СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ФИЛЬТРАЦИОННЫХ КОРОК
METHOD FOR BREAKAGE OF FILTRATION CRUSTS

Способ согласно настоящему изобретению в общем случае применим для бурения скважин в подземных пластах, содержащих углеводород и воду и предназначенных для добычи углеводородов или воды.
При обычном бурении скважины сквозь подземный пласт в общем случае используют буровую жидкость. Буровые жидкости (которые также называют буровыми растворами или жидкостями для вскрытия продуктивного пласта) обычно составляют с целью минимизации потери жидкости в пласте. Обычно это достигается включением в буровой раствор подходящих веществ, способствующих образованию фильтрационной корки. Буровые растворы на водной основе обычно содержат закупоривающие агенты и утяжелители, по меньшей мере, один полимер в качестве загустителя и добавку, которая снижает водоотдачу, такую как крахмал. Подходящие закупоривающие агенты включают, однако этим не ограничиваясь, барит, карбонат кальция и доломит, которые также выполняют функцию утяжелителей. В качестве закупоривающего агента может также применяться сортированная по крупности соль в сочетании с насыщенным солевым раствором (патент США № 4175042). В общем случае используют один или несколько закупоривающих агентов в комбинации с загустителями, такими как подходящие биополимеры. Вместе с измельченной породой, образующейся в процессе бурения, это приводит к образованию фильтрационной корки на внутренних стенках ствола скважины. Пока идет формирование фильтрационной корки, происходит потеря жидкости в пласт.
После бурения ствол скважины может укрепляться обсадными трубами и перфорироваться, и в таком случае фильтрационную корку обходят. Тем не менее, многие скважины, в частности горизонтальные скважины и особенно длинные горизонтальные скважины, оставляют в виде скважин без спуска обсадных колонн в продуктивную зону, и укрепления скважины обсадными колонками и перфорирования в продуктивном пласте. После бурения внутренние стенки ствола подобных скважин покрывает фильтрационная корка. Фильтрационная корка, образующаяся при бурении, представляет собой повреждение пласта и, хотя она необходима в процессе бурения, фильтрационная корка может значительно ограничивать скорость добычи углеводорода или воды из указанных скважин или же снижать приемистость нагнетательных скважин. По этой причине, с целью максимально увеличить добычу или скорость нагнетания, фильтрационную корку необходимо удалить.
Если пласт представляет собой пласт с высокой водопроницаемостью, то фильтрационную корку можно соответственно удалить за счет значительного понижения уровня в скважине. Однако часто в пластах с низкой водопроницаемостью или в пластах с небольшим понижением уровня необходимо применять методы, способствующие удалению фильтрационной корки и позволяющие избавиться от фильтрационной корки. В общем случае для удаления фильтрационной корки необходимо применять химическую обработку. Обычные обработки, направленные на удаление фильтрационной корки, включают применение водных растворов окислителя, растворов хлористоводородной кислоты, растворов органической кислоты, включая муравьиную или уксусную кислоту, сочетаний кислоты и окислителя и применение водных растворов ферментов.
Особенно необходимы способы, которые позволяют эффективно разрушать фильтрационные корки после заполнения гравием. Успешное заполнение гравием скважин без спуска обсадной колонны в продуктивную зону (“внешнее заполнение гравием”) требует наличия неповрежденной фильтрационной корки. Тем не менее, для обеспечения приемлемых скоростей добычи после размещения гравийного фильтра необходимо или желательно вычистить фильтрационные корки.
Неповрежденная фильтрационная корка требуется также и при других типах заканчивания скважин, предусматривающих борьбу с поступления песка в скважину, например, при размещении предварительно изготовленных сетчатых фильтров, с целью предотвращения потери текучей среды. Кроме того, эффективное разрушение фильтрационных корок после размещения фильтров необходимо или желательно для обеспечения приемлемых скоростей добычи.
В патенте США № 6140277 и в публикации РСТ/GB00/01032 детально рассмотрены проблемы, которые влияют на обычные методы удаления фильтрационной корки. Эффективное размещение реактивных жидкостей, таких как хлористоводородная кислота, является весьма трудным и обычно приводит к значительно различающейся по своей эффективности обработке вдоль ствола скважины или другой целевой зоны. Решению проблем, возникающих при размещении реактивных жидкостей, посвящены способы, в которых генерируют кислоту in situ (патент США № 5678632; публикация РСТ/GB00/01032).
Другая проблема заключается в том, что фильтрационная корка часто состоит из нескольких компонентов, которые обычно не удаляются при однократной обработке. Например, некоторые буровые растворы или жидкости для вскрытия продуктивного пласта содержат карбонат кальция или доломит в сочетании с полимером или полимерами, которые обеспечивают им подходящие реологические свойства. Как карбонат, так и полимер способствуют образованию фильтрационной корки. В состав фильтрационных корок могут также входить измельченные породы, образующиеся при бурении твердых горных пород.
Для растворения карбонатных компонентов подобных фильтрационных корок может применяться кислота, а для разрушения полимеров, входящих в состав фильтрационной корки, применяют подходящие средства разрушения полимера, такие как окислители или ферменты. Их обычно используют для раздельной обработки, поскольку кислоты и средства разрушения полимеров часто несовместимы друг с другом (см. патент США № 6140277 и публикацию РСТ/GB00/01032).
В патенте США № 6140277 описывается применение составов, содержащих вязко-эластичное поверхностно-активное вещество, хелатообразующий агент и фермент для разрушения фильтрационной корки.
В публикации РСТ/GB00/01032 описывается применение составов, содержащих сложные эфиры, которые гидролизуются (необязательно при использовании ферментов, гидролизующих сложные эфиры) с образованием на месте органической кислоты, в сочетании с окислителями или ферментами, разрушающими полимеры, с целью устранения повреждений пласта, включая фильтрационные корки.
Как способ, приведенный в патенте США № 6140277, так и способ, приведенный в публикации РСТ/GB00/01032, позволяет провести обработку фильтрационных корок в одну стадию, при этом обработка приводит к растворению карбонатов и гидролизу полимеров. Оба типа обработки обеспечивают очень хороший охват рабочей зоны.
Если бы были доступны буровые растворы, в которых фильтрационная корка в значительной степени разлагалась бы в течение разумного периода времени (от нескольких дней до нескольких недель) без очищающей обработки, то это позволило бы обойтись без проведения отдельных обработок для очистки скважины. Это позволило бы также решить проблемы, связанные с размещением применяемых для обработки реактивных жидкостей и обеспечения хорошего охвата рабочей зоны при проведении подобных обработок. Подобные фильтрационные корки можно было бы считать самоочищающимися.
Объектом настоящего изобретения являются составы буровых растворов, которые образуют фильтрационные корки, полностью или частично самоочищающиеся после бурения. Таким образом, в настоящем изобретении предлагается способ получения саморазрушающейся фильтрационной корки в подземном пласте, включающий следующие стадии:
введение в буровой раствор твердого полимера, способного в результате гидролиза превращаться в одну или несколько органических кислот;
применение бурового раствор для бурения скважины в подземном пласте таким образом, что твердый полимер в буровом растворе способствует образованию фильтрационной корки;
обеспечение гидролиза твердого полимера в присутствии воды и нарушения целостности фильтрационной корки.
В способе согласно настоящему изобретению буровой раствор (который обычно представляет собой жидкость для вскрытия продуктивного пласта), применяемый для бурения сквозь часть пласта, из которого будут добывать углеводороды или воду, составляют таким образом, чтобы он обладал приемлемыми буровыми свойствами. Жидкость, которую применяют при проведения бурения, должна обладать свойствами, соответствующими тем функциям, которые она должна выполнять. Буровая жидкостью, буровой раствор или жидкость для вскрытия продуктивного пласта выполняют следующие функции: контроль давления пласта; смазка бурильной колонны; охлаждение бурового долота; суспендирование твердых веществ в статических условиях и удаление выбуренной породы из скважины.
В способе согласно настоящему изобретению композицию бурового раствора составляют также таким образом, чтобы ввести выбранные твердые полимерные вещества, играющие роль закупоривающих агентов и способствующие образованию фильтрационной корки.
Буровой раствор обычно представляет собой жидкость на водной основе, но он может быть приготовлен на масляной основе или на основе синтетических соединений, таких как жидкие сложные эфиры. Подобные буровые растворы хорошо известны специалистам.
В наиболее общем варианте осуществления настоящего изобретения выбирают частицы твердого полимера, который претерпевает медленный гидролиз и растворение при температуре продуктивного пласта, и включают их в состав бурового раствора, применяемого для проведения бурения в части пласта, которая вырабатывает углеводород или воду. В процессе бурения частицы полимера способствуют образованию фильтрационной корки в сочетании с измельченной горной породой, загустителями, включая биополимеры, если они присутствуют, и другими веществами в виде мелких частиц, которые входят в буровой раствор в качестве закупоривающего агента или понизителя водоотдачи. Бурение согласно способу настоящего изобретения включает все процессы, которые специалист понимает как бурение, в том числе расширение ствола скважины с помощью раздвижного бурового расширителя. Затем полимер гидролизуется в присутствии воды с образованием водорастворимых мономеров или олигомеров. Обычно полимер растворяется с образованием органической кислоты или органических кислот. Гидролиз полимера приводит к нарушению целостности фильтрационной корки за счет удаления, по крайней мере, части вещества в виде мелких частиц из фильтрационной корки. Кроме того, если фильтрационная корка содержит растворимое в кислоте вещество, такое как карбонатный закупоривающий агент и/или измельченные горные породы, то кислота, образующаяся в результате гидролиза полимера, будет взаимодействовать, по крайней мере, с частью растворимого в кислоте вещества и приведет к дальнейшему нарушению целостности фильтрационной корки. Если пласт представляет собой карбонатный пласт, то кислота, образующаяся при гидролизе полимера, может также взаимодействовать с породами, примыкающими к фильтрационной корке, и будет способствовать разрушению фильтрационной корки.
Гидролиз твердого полимера обычно протекает в течение периода времени, превышающего время, необходимое для бурения сквозь часть пласта, который будет разрабатываться. Обычно на это требуется, по меньшей мере, несколько дней и предпочтительно 4 дня или более, хотя, в зависимости от времени, необходимого для бурения и заканчивания скважины, может потребоваться гидролиз полимера в течение более короткого или более длительного периода времени. В общем случае необходимо, чтобы фильтрационная корка оставалась не разрушенной до тех пор, пока бурение не закончится. В этот момент буровой раствор обычно заменяют жидкостью, не содержащей твердые вещества, как правило, жидкостью на водной основе. Желательно, чтобы целостность фильтрационной корки нарушалась значительно позднее того, как буровой раствор был заменен жидкостью, не содержащей твердые вещества, так что потеря жидкости внутри пласта была бы сведена к минимуму.
Полимер, который применяют в способе по настоящему изобретению, является любым твердым полимером, который гидролизуется в присутствии воды с образованием органической кислоты или органических кислот. Полимер предпочтительно является полиэфиром, как правило, алифатическим полиэфиром. Наиболее предпочтительно полимер выбирают из группы полимеров, которые можно синтезировать по способам, известным специалистам из области техники, включая конденсацию в расплаве с раскрытием цикла лактида (циклического димера молочной кислоты), гликолида (циклического димера гликолевой кислоты) и капролактона. Подходящие полимеры включают полимеры, которые включают лактид, гликолид или капролактон с добавками или без добавок других мономеров. Конкретные примеры включают полилактид (полилактоновую кислоту), полигликолид (полигликолевую кислоту), сополимер лактида-гликолида, сополимер лактида-капролактона, сополимер гликолида-капролактона и сополимер лактида-гликолида-капролактона. Подходящие полимеры включают также гомополимеры или сополимеры молочной кислоты и гидроксиуксусной кислоты (гликолевой кислоты) и сополимеры молочной кислоты и/или гликолевой кислоты с одним или несколькими соединениями, включающими фрагменты гидрокси-, карбокси- или гидрокси-карбоксисодержащих кислотных соединений. В патенте США № 4986353 приводятся примеры подходящих мономеров, с которыми может конденсироваться молочная кислота или гликолевая кислота. Подходящие мономеры включают, однако этим не ограничиваясь, трехосновные кислоты, такие как лимонная кислота, двухосновные кислоты, такие как адипиновая кислота, и диолы, такие как этиленгликоль или полиолы. Они также включают молекулы, содержащие две функциональные группы, такие как 2,2-бисгидроксиметил пропановая кислота. Предпочтительными молекулами для совместной конденсации, в соответствии со способом по патенту США № 4986353, являются лимонная кислота, 2,2-бисгидроксиметил пропановая кислота, триметилолэтан и адипиновая кислота.
Указанные и другие мономеры также могут включаться в полимеры, применяемые в способе по настоящему изобретению, при условии, что твердый полимер претерпевает гидролиз в присутствии воды с образованием органической кислоты или органических кислот. Образование кислот является следствием простого гидролиза сложноэфирной связи в полиэфире.
Предпочтительны полимеры, которые гидролизуются с образованием молочной кислоты и/или гликолевой кислоты. Наиболее предпочтительными полимерами являются алифатические полиэфиры, выбранные из группы полимеров, которые могут быть синтезированы конденсацией молочной кислоты, гликолевой кислоты, лактида (димера молочной кислоты), гликолида (димера гликолевой кислоты) и капролактона. Гидролиз полимера, в который молочная кислота включена путем конденсации, приводит к образованию молочной кислоты, а гидролиз полимера, в который гликолевая кислота включена путем конденсации, приводит к образованию гликолевой кислоты.
Состав полимера или сополимера является доминирующим фактором, определяющим скорость гидролиза полимера. Обычно выбирают состав, который обеспечит требуемую скорость гидролиза при температурных условиях внутри подвергаемого обработке пласта. После бурения скважины и замены бурового раствора на жидкость, не содержащую твердые вещества, скважину обычно запирают на период времени, достаточный для того, чтобы полимер гидролизовался и нарушал целостность фильтрационной корки. Затем начинают добычу из скважины (или проводят нагнетание нагнетательной скважины).
Гидролиз полимера представляет собой эрозию в объеме (Biodegradable Polymers as Drug Delivery Systems, Edited by Mark Chasin and Robert Langer. Marcel Dekker Inc., New York, Basel and Hong Kong, 1990).
На скорость гидролиза в основном влияют четыре ключевых параметра: стереохимия мономеров (D или L форма), соотношение сополимеров, линейность цепи полимера и молекулярная масса полимера. Гидролиз протекает на поверхности полимера и, таким образом, для данного состава полимера размер частиц полимера также является важным фактором, влияющим на скорость гидролиза и на скорость образования кислоты.
Меньшие частицы полимера для данного состава и данной температуры имеют большую площадь поверхности на единицу массы, так что они выделяют кислоту с большей скоростью. В общем случае полимолочная кислота и другие полимеры, содержащие много молочной кислоты, деградируют с меньшей скоростью, чем полигликолевая кислота и другие полимеры, содержащие много гликолевой кислоты, и обычно являются предпочтительными в способе по настоящему изобретению.
Включение капролактона в полимеры может, если необходимо, увеличить скорость гидролиза. На скорость гидролиза полимеров может также оказать влияние относительное содержание блочных и разупорядоченных структур в сополимерах, химическая модификация концевых групп полимера или введение боковых групп в полимеры, например, за счет включения полиолов в состав полимера.
Скорость деполимеризации можно также увеличить за счет включения в полиэфиры специфических химических веществ, таких как четвертичные аммониевые соединения (патент США № 5278256).
Композиции полимера, которые гидролизуются относительно быстро, включают полигликолевую кислоту и полимеры, в которых доля гликолевой кислоты составляет более 50% и вплоть до 100% от составляющих полимер мономеров. Композиции полимера, которые гидролизуются относительно медленно, включают полимолочную кислоту и полимеры, в которых доля молочной кислоты составляет более 50% и вплоть до 100% от составляющих полимер мономеров. При низких температурах, например в интервале от 20°С до 100°С, в соответствии с настоящим изобретением, преимущественно применяют полимеры с большим содержанием гликолевой кислоты (т.е. с содержанием более 50%). При более высоких температурах, например в интервале от 80°С до 170°С преимущественно применяют полимеры с большим содержанием молочной кислоты (т.е. с содержанием более 50%).
Тип органической кислоты, количество поставляемой кислоты и скорость образования кислоты при данной температуре можно задавать путем подбора соответствующего состава полимера и формы, в которой выпускается твердый полимер (т.е. размера и формы твердых частиц).
Кислота, образующаяся при гидролизе полимера, может взаимодействовать с растворимым в кислоте веществом, таким как карбонат кальция или доломит, которое присутствует в фильтрационной корке или в прилегающем к ней пласте. Органическая кислота, образовавшаяся в результате гидролизе полимера, преимущественно взаимодействует с карбонатом кальция с образованием солей кальция, растворимость которых в воде составляет, по меньшей мере, несколько процентов при температуре внутри пласта. Подходящими кислотами являются молочная кислота и гликолевая кислота.
Поскольку кислота образуется в течение некоторого периода времени, то твердый полимер может быть включен в состав фильтрационной корки пока не образуется большая часть кислоты. Полимер обычно содержится в цельном буровом растворе, который применяют при проведении бурения сквозь продуктивный пласт, а потому может присутствовать во всей фильтрационной корке.
Полимеры могут применяться в любой твердой форме, включая, однако этим не ограничиваясь, сферы, цилиндры, прямоугольные параллелепипеды, волокна, порошки, шарики или любые другие формы, которые можно ввести в пласт. Обычно их применяют в виде частиц с размером в диапазоне от 1 микрона до 2 мм, наиболее предпочтительно, с размером в диапазоне от 5 микрон до 100 микрон.
Полимеры нужного размера и формы можно получить любым подходящим способом, известным специалистам из области техники, включая, однако этим не ограничиваясь, дисперсию расплава полимера с большой величиной сдвигового усилия, эмульгирование с последующим испарением растворителя, десольватацию, распылительную сушку и измельчение. Обзор некоторых подходящих способов получения частиц малого размера, микросфер, микрокапсул, профилированных частиц и волокон приводится в Chasin M. and Langer R. (Eds.) Biodegradable Polymers as Drug Delivery Systems. Marcel Dekker Inc., New York (1990). В патенте США № 4986355 приводится способ получения соответствующим образом сформованных частиц полимера для применения в качестве понизителя водоотдачи или в качестве средства для разрушения гелей в подземном пласте.
В общем случае в способах получения частиц требуемой формы и размера, предусматривающих использование растворителя, желательно избегать применения хлорсодержащих растворителей. Например, метиленхлорид применяли для получения небольших частиц полиэфиров, таких как полилактид, для использования при доставке лекарств, однако значительное количество метиленхлорида может сохраняться в небольших частицах даже после сушки. Присутствие хлорсодержащего растворителя снижает в остальном превосходную приемлемость полиэфиров с точки зрения окружающей среды. Растворимость полиэфиров в не содержащих хлор растворителях обычно ограничена.
В других вариантах осуществления настоящего изобретения в ствол скважины могут, но необязательно, также вводиться средства для разрушения полимеров для облегчения разрушения фильтрационной корки за счет разрушения любых биополимеров и других загустителей или полимеров, используемых в качестве понизителей водоотдачи, которые содержатся в фильтрационной корке. Средство для разрушения полимера можно включить в буровой раствор и/или в сам твердый полимер, однако предпочтительно его добавляют в не содержащую твердых веществ жидкость, которую вводят в ствол скважины для замены бурового раствора. Средства для разрушения полимеров могут быть растворены или диспергированы в буровом растворе, твердом полимере или не содержащей твердых веществ жидкости или же могут быть в форме любого состава замедленного действия или состава с контролируемым высвобождением вещества, включая инкапсулированные формы средств для разрушения полимеров, в частности, такие формы, которые известны специалистам.
Предпочтительные средства для разрушения полимеров представляют собой средства для разрушения полимеров окислительного типа (окислители) и ферментативные средства для разрушения полимеров, хотя могут также применяться любые другие разрушающие средства, способные, по крайней мере, частично разлагать загустители или полимеры, применяемые в качестве понизителей водоотдачи.
Средства для разрушения полимеров окислительного типа, применяемые в способе по настоящему изобретению, могут быть любыми окислительными средствами для разрушения полимеров, которые, как известно специалистам в данной области техники, могут применяться для понижения вязкости содержащих полимер композиций или разрушения содержащих полимер фильтрационных корок, для взаимодействия с загустителями или полимерами, применяемыми в качестве понизителей водоотдачи и представляющими собой в своем большинстве полисахаридные биополимеры. Средства для разрушения полимеров окислительного типа могут присутствовать в растворе или в виде дисперсии. Подходящие соединения включают пероксиды, персульфаты, пербораты, перкарбонаты, перфосфаты, гипохлориты, персиликаты и аддукты пероксида водорода, такие как пероксид водорода - мочевина, и пероксид оксида магния. Их обычно применяют, по меньшей мере, в концентрации, известной специалистам из области техники.
Предпочтительными окислительными средствами для разрушения полимеров, которые, в соответствии со способом по настоящему изобретению, применяют для включения в состав бурового раствора жидкостей (включая не содержащие твердых веществ жидкости), которые вводят в ствол скважины для замещения бурового раствора, или в твердые полимеры, являются пероксиды, способные разлагаться с выделением пероксида водорода. Из средств разрушения полимеров окислительного типа наиболее предпочтительными являются перкарбонаты и пербораты, в особенности перкарбонат натрия и перборат натрия.
Предпочтительные ферментативные средства для разрушения полимеров, которые применяют в способе по настоящему изобретению, включают такие известные из области техники ферменты, которые, как известно, способны гидролизовать полимеры, применяемые в качестве загустителей или понизителей водоотдачи, и тем самым снижать вязкость содержащих полимеры композиций или разрушать содержащие полимеры фильтрационные корки. Ферментативные средства для разрушения полимеров выбирают по их способности гидролизовать полимеры, применяемые в качестве загустителей. Обычно полимер, применяемый в качестве загустителя, является полисахаридом, и ферментативные средства для разрушения полимеров выбирают по их способности гидролизовать полисахаридные компоненты фильтрационной корки. Примеры подходящих ферментов, которые могут применяться для разрушения полисахаридов, включают ферменты, способные гидролизовать крахмал, ксантан, целлюлозу, гуар, склероглюкан, сукциноглюкан или производные указанных полимеров.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения эффективность входящего в их состав средства для разрушения полимеров окислительного типа может быть повышена за счет образования большего количества окислителей. В определенных условиях, например, в том случае, когда вводят пероксид, образование пероксида водорода в присутствии органической кислоты может привести к получению надкислоты, которая является более эффективным окислителем, чем пероксид водорода. Гидролиз сложных эфиров в присутствии пероксида водорода также может привести к получению надкислот. Известно, что сложные эфиры могут гидролизоваться гидролазами (ЕС 3), такими как липаза (ЕС 3.1.1.3), эстераза (ЕС 3.1.1.1) или протеаза (ЕС 3.4), в присутствии пероксида водорода или других пероксидов с образованием надкислоты (патент США № 3974082; патент США № 5108457, патент США № 5296161; патент США № 5338474; патент США № 5352594; патент США № 5364554). Образуемые на месте указанными ферментами надкислоты применяли для отбеливания. Надкислоты являются более эффективными окислителями, чем пероксиды, в особенности в диапазоне температур от 25 до 80°С. Таким образом, сложные эфиры, ферменты, гидролизующие сложные эфиры, пероксид водорода или соединения, генерирующие пероксид водорода, могут входить в состав бурового раствора, в не содержащую твердых веществ жидкость, которую вводят в ствол скважины для замещения бурового раствора, или в твердый полимер согласно настоящему изобретению. Предполагают также, что гидролиз полиэфиров в присутствии пероксида водорода приводит к генерации надкислоты.
В определенных вариантах осуществления настоящего изобретения может оказаться желательным использовать более одного средства для разрушения полимеров, например, окислитель может быть использован в сочетании с ферментативным средством для разрушения полимеров в том случае, когда присутствуют два полисахарида, но лишь один из них может разлагаться под действием фермента.
Твердые полимеры, если необходимо, могут содержать другие вещества за счет растворения, диспергирования или инкапсулирования. Другие соединения могут включать средства для разрушения полимеров. При гидролизе твердого полимера высвобождаются средства для разрушения полимеров или другие добавленные вещества. В том случае, когда средства для разрушения полимеров инкапсулированы внутри полимера, высвобождение обычно сопровождает гидролиз твердого полимера и образование кислоты, а в случае растворенных или диспергированных веществ высвобождение совпадает с образованием кислоты. Одна из функций добавленных веществ заключается в регулировании удельного веса твердого полимера до значения, необходимого для его включения в буровой раствор. Предпочтительные вещества для регулирования удельного веса включают водорастворимые соли щелочных металлов и других солей, которые используют для регулирования удельного веса нефтепромысловых минерализованных вод. Другие соединения могут также включать пероксид кальция и бифторид аммония. В том случае, если другие соединения растворимы в воде, то растворение другого соединения, способного растворяться в воде, сопровождающееся гидролизом твердого полимера, будет происходить в присутствии рассола, который не насыщен по отношению к другому соединению, способному растворяться в воде. Это приводит к дальнейшему разрушению фильтрационной корки.
Поскольку при гидролизе твердых полимеров образуется кислота, то, в соответствии со способом настоящего изобретения, химические соединения, которые взаимодействуют с образованием требуемых окислителей, или другие химические вещества, необходимые для проведения обработки подземного пласта, удобно вводить в одну из или несколько жидкостей, включающих буровой раствор, жидкость, которую вводят в ствол скважины для замещения бурового раствора, или в твердый полимер. Примерами подходящих химических веществ являются пероксид кальция и бифторид аммония. Пероксид кальция разлагается в присутствии кислоты с образованием пероксида водорода, а бифторид аммония разлагается в присутствии кислоты с образованием фторида водорода. Получение пероксида водорода или фторида водорода на месте может способствовать дальнейшему разрушению фильтрационной корки. Образование фторида водорода позволяет растворить вещества, трудно растворимые в растворах органических кислот, такие как силикаты и измельченная глина, которые образуются в процессе бурения, силикаты и глины, которые входят в состав бурового раствора (в частности, бентонит или монтмориллонит) или силикаты и глины, которые содержатся в пласте, например в пластах песчаника, примыкающих к стволу скважины. Генерация фторида водорода при осуществлении способа по настоящему изобретению может способствовать разрушению фильтрационных корок, которые содержат вещества, способные растворяться под действием фторида водорода, или разрушению фильтрационных корок вблизи пластов, содержащих вещества, способные растворяться под действием фторида водорода.
Гликолевая кислота способна растворять сульфат кальция. Гликолевая кислота, которая образуется при гидролизе твердого полимера или которую вводят непосредственно в ствол скважины, способна эффективно удалять сульфат кальция и тем самым позволяет, если необходимо, использовать сульфат кальция в буровых растворах в качестве закупоривающего средства. Гликолевая кислота, образующаяся в результате гидролиза твердого полимера, может быть также эффективна при растворении сульфата кальция, который образуется при взаимодействии бурового раствора с жидкостью в пласте. Другие хелатообразующие кислоты, которые могут образовываться в результате гидролиза твердого полимера и которые способны растворять другие закупоривающие средства или крошку, должны быть очевидны для специалистов в данной области техники.
В пласт может одновременно вводиться более чем один твердый полимер, который содержит или не содержит инкапсулированные, растворенные или диспергированные средства для разрушения полимеров. По возможности полное растворение твердых полимеров является идеальным для осуществления очистки.
Для снижения стоимости используют технические сорта для всех химических соединений, необходимых для осуществления способа по настоящему изобретению.
В том случае, когда в качестве средства для разрушения полимеров применяют фермент, то, в соответствии со способом настоящего изобретения, необходимо выбрать фермент, который остается активным в условиях продуктивного пласта и в буровом растворе, по крайней мере, до тех пор, пока требуется каталитическая активность.
Фермент обычно является водорастворимым ферментом. Обычно предпочтительно фермент должен быть хорошо растворим в воде, хотя ферменты могут быть также активны и могут применяться и в среде с низкой водной активностью или в двухфазных системах, таких как эмульсии или дисперсии. Как правило, применяют изолированные ферменты. Ферменты можно выделять из растительных, животных, бактериальных или грибковых источников. Ферменты можно получить из организмов дикого типа, обычных образом выращенных организмов, мутантных и полученных методами генной инженерии организмов. Ферменты необязательно могут быть химически модифицированы при условии, что сохраняют требуемую каталитическую активность или обладают требуемой каталитической активностью. Ферменты предпочтительно представляют собой промышленные ферменты, которые доступны в больших количествах из коммерческих источников.
Несмотря на то, что большая часть кислоты образуется при гидролизе твердого полимера после формирования фильтрационной корки, следы кислоты, образующейся в результате гидролиза твердого полимера в процессе бурения, которые присутствуют в буровом растворе, потенциально могут привести к преждевременному растворению способных растворяться в кислоте порций фильтрационной корки. Избежать этого можно за счет включения в буровые растворы по настоящему изобретению соответствующего количества основания или буферной добавки, которая будет поддерживать рН на уровне выше, чем уровень, при котором может происходить эрозия фильтрационной корки, по крайней мере, в течение времени, необходимого для бурения скважины к пласту, содержащему углеводород или воду.
Аналогично преждевременного растворение фильтрационной корки под воздействием средств для разрушения полимеров можно избежать при использовании препаратов с контролируемым высвобождением средства для разрушения полимеров, которые хорошо известны специалистам, включая, однако этим не ограничиваясь, препараты, в которых средство для разрушения полимеров включено в твердый полимер за счет инкапсулирования, растворения или диспергирования. Однако обычно средства для разрушения полимеров не содержатся в буровом растворе, поскольку в противном случае они бы снижали вязкость ниже требуемого уровня. Одно или несколько средств для разрушения полимеров вводят в ствол скважины вместе с не содержащей твердых веществ жидкостью, которую применяют для замещения бурового раствора. Средство для разрушения полимеров должно присутствовать в количестве, достаточном для содействия при дальнейшем разрушении фильтрационной корки за счет деградации полимеров, содержащихся в фильтрационной корке. Это разрушение дополняет разрушение, вызываемое растворением твердого полимера и растворением любого растворимого в кислоте вещества, которое содержится в фильтрационной корке.
Разрушение фильтрационной корки по способу настоящего изобретения может применяться, но необязательно, в сочетании с обычными средствами разрушения фильтрационной корки, отличными от средств для разрушения полимеров. Они хорошо известны специалистам и включают кислоты, генерирующие кислоты комбинации, такие как сочетание сложных эфиров и ферментов, которые гидролизуют сложные эфиры, и хелатообразующие агенты. Компоненты, применяемые при подобных химических обработках, удобно включать в состав жидкостей, которые вытесняют буровой раствор из ствола скважины.
Буровой раствор и не содержащая твердых веществ жидкость, которую вводят в ствол скважины для замещения бурового раствора, могут быть приготовлены любыми способами, применяемыми для получения подобных жидкостей, и хорошо известны специалистам из области техники. Обычно указанные жидкости применяют лишь для бурения сквозь продуктивный пласт. Для бурения через другие зоны применяют другие буровые растворы.
В настоящем изобретении предлагается также буровой раствор, пригодный для бурения скважины в подземном пласте, который в качестве закупоривающего средства содержит один или несколько твердых полимеров, способных в результате гидролиза превращаться в одну или несколько органических кислот. Каждый из указанных твердых полимеров может быть полимером, рассмотренным ранее в связи со способом по настоящему изобретению. Твердым полимером предпочтительно является полиэфир.
Количества твердого полимера, содержащегося в буровом растворе, зависят от требуемых свойств бурового раствора и количества других компонентов бурового раствора. В общем случае выбранный состав приводит к получению фильтрационной корки, которая содержит достаточное количество твердого полимера, так что гидролиз твердого полимера вызывает значительное разрушение фильтрационной корки (самостоятельно или в сочетании с растворением способных растворяться в кислоте веществ, содержащихся в фильтрационной корке, и/или с деградацией полимеров, содержащихся в фильтрационной корке, если в ней уже присутствуют средства для разрушения полимеров), для усиления и предпочтительно практически восстановления той проницаемости пласта, которая существовала до бурения скважины.
Как правило, применяют объем твердого полимера, который может замещать весь объем или часть объема мелких частиц вещества, которое содержится в буровом растворе. Как правило, в буровом растворе содержится вплоть до приблизительно 60 мас.% твердых веществ, которые могут составлять вплоть до 20% от объема. Таким образом, в соответствии с настоящим изобретением, в буровые растворы может включаться твердый полимер в количестве от приблизительно 1% до 25% и, предпочтительно, от приблизительно 5% до 20% по объему.
3
3
В том случае, когда в жидкости по способу настоящего изобретения входят средства для разрушения полимеров, их включают в концентрации, достаточной для того, чтобы они способствовали разрушению фильтрационной корки. Ферментативные средства разрушения полимеров обычно применяют в виде жидких коммерческих препаратов, содержащих от 0,05% до 5% объема или в виде эквивалентного количества сухих препаратов фермента. Количества окислительных средств для разрушения полимеров будут зависеть от типа применяемого для разрушения полимеров средства и составляют от приблизительно 0,005 до 60 кг/м, предпочтительно, от 0,2 до 10 кг/м. Если в состав твердого полимера входят средства для разрушения полимеров, то их включают в концентрации, достаточной для того, чтобы они способствовали разрушению фильтрационной корки.
В общем случае буровой раствор и не содержащая твердых веществ жидкость, которую используют для замещения бурового раствора, являются жидкостями на водной основе. Однако твердый полимер может входить в состав буровых растворов на основе углеводородов. Растворение фильтрационной корки требует присутствия воды. При переходе от жидкости на углеводородной основе к жидкости на водной основе необходимо принять меры, чтобы избежать образования эмульсий. Потенциальные проблемы, возникающие при проведении операций замещения, и способы решения указанных проблем хорошо известны специалистам.
Настоящее изобретение предоставляет следующие особые преимущества перед известными из области техники способами.
Бурение с применением составов бурового раствора по настоящему изобретению приводит к образованию самоочищающейся фильтрационной корки. Составы бурового раствора безопасны. Способ разрушает фильтрационные корки вдоль всего продуктивного слоя с хорошим охватом рабочей зоны. Применение обычных способов кислотной очистки не требуется, что предоставляет операционные преимущества, а также преимущества с точки зрения охраны здоровья и безопасности. Фильтрационные корки, которые содержат и карбонат, и полимер, можно просто и удобно разложить посредством бурения скважины с помощью составов бурового раствора по настоящему изобретению и посредством замены бурового раствора на не содержащую твердых веществ жидкость, которая включает средства для разрушения полимеров. Разрушение фильтрационной корки после заполнения гравием и иного заканчивания скважины, предохраняющего от поступления песка в скважину, можно добиться, не включая химических соединений для проведения очистки в жидкость для заполнения гравием или не проводя последующую обработку заполненной гравием скважины. Компоненты системы в общем случае являются приемлемыми с точки зрения окружающей среды. Жидкости, применяемые для удаления фильтрационной корки, не обладают сильным коррозионным действием. По этой причине применение ингибиторов коррозии в общем случае не требуется, что предоставляет дополнительные преимущества с точки зрения защиты окружающей среды.
Изобретение далее поясняется следующими примерами.
Пример 1
1 г порошка полигликолевой кислоты добавляют в пробирку емкостью 50 мл, содержащую 10 мл воды и 2 г карбоната кальция (средний размер частиц 50 микрон). Пробирки закрывают и выдерживают в термостате при температуре 25°С, 60°С и 80°С. За растворением карбоната кальция (происходит благодаря гликолевой кислоте, высвобожденной при гидролизе полигликолевой кислоты) наблюдают путем отбора проб жидкости на водной основе, отделения частиц центрифугированием и анализа растворенного кальция с помощью колориметрических методов анализа.
Количество карбоната кальция, растворенного по прошествии 24 ч, составляет 6, 20 и 40 г/л при температуре 25°С, 60°С и 80°С соответственно.
Пример 2
1 г гранул (средний диаметр 2,5 мм) полимолочной кислоты добавляют в пробирку емкостью 50 мл, которая содержит 10 мл воды и 2 г карбоната кальция (средний размер частиц 50 микрон). Пробирки закрывают и выдерживают в термостате при температуре 80°С и 95°С. За растворением карбоната кальция (происходит благодаря молочной кислоте, высвобожденной при гидролизе полимолочной кислоты) наблюдают путем отбора проб жидкости на водной основе, отделения частиц центрифугированием и анализа растворенного кальция с помощью колориметрических методов анализа.
Количество карбоната кальция, растворенного по прошествии 24 ч, составляет 2,5 и 12,4 г/л при температуре 80°С и 95°С соответственно.
Пример 3
1,000 г измельченной полимолочной кислоты (средний диаметр частиц 400 микрон) добавляют к 75 мл деионизованной воды и помещают в высокотемпературную ячейку высокого давления Ofite. Ячейку герметизируют и нагревают до 121°С. Через приблизительно 23 ч, 48 ч и 69 ч (проводят три отдельные серии) ячейки вскрывают, отделяют нерастворенные вещества и сушат на воздухе до постоянного веса. Затем определяют процент растворившейся исходной полимолочной кислоты.
Время при 121°С
Процент растворившейся полимолочной кислоты
рН раствора (по индикаторной бумаге)
0
0
23
60
3
48
98
2*
69
100
2
(*2,85 по показаниям рН-метра)
Полученные результаты показывают, что гидролиз при 121°С требует нескольких десятков часов. Низкие значения рН свидетельствуют о том, что образование молочной кислоты связано с гидролизом полимолочной кислоты.
Примеры показывают, что полигликолевая кислота и полимолочная кислота гидролизуются при контакте с водой. Карбонат кальция растворяется под действием кислоты, образующейся в результате гидролиза твердых полимеров. Примеры также показывают, что скорость образования кислоты является функцией состава полимера и температуры. Гидролиз полиэфирных полимеров, содержащихся в фильтрационной корке, приводит к разрушению фильтрационной корки. Одновременно образование органической кислоты способствует дальнейшему разложению карбонатсодержащих фильтрационных корок и фильтрационных корок, контактирующих с карбонатным пластом.