ВСПЕНЕННЫЕ ГЕЛЕОБРАЗНЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ГИДРОРАЗРЫВА ПОДЗЕМНЫХ ПЛАСТОВ И СПОСОБЫ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ

1. Водная композиция, подходящая для гидравлического разрыва пласта, содержащая:
воду,
ионно-связанную гелеобразную систему, включающую в себя:
заряженный полимер и
противоположно заряженный пенообразователь, и
газ,
причем гелеобразная система и газ присутствуют в количестве, достаточном для образования ионно-связанной вспененной композиции для гидроразрыва.
2. Композиция по п.1, где гелеобразная система, кроме того, содержит бетаин.
3. Композиция по п.1, где гелеобразная система, кроме того, содержит аминоксид.
4. Композиция по п.1, где гелеобразная система, кроме того, содержит низший спирт.
5. Композиция по п.1, где гелеобразная система содержит:
от примерно 0,5 до примерно 20 вес.% заряженного полимера и
от примерно 0,1 до примерно 50 вес.% противоположно заряженного пенообразователя.
6. Композиция по п.2, где гелеобразная система содержит:
от примерно 0,5 до примерно 20 вес.% заряженного полимера,
от примерно 0,1 до примерно 50 вес.% противоположно заряженного пенообразователя и
от примерно 0,01 до примерно 20 вес.% бетаина.
7. Композиция по п.3, где гелеобразная система содержит:
от примерно 0,5 до примерно 20 вес.% заряженного полимера,
от примерно 0,1 до примерно 50 вес.% противоположно заряженного пенообразователя,
от примерно 0,01 до примерно 20 вес.% бетаина и
от примерно 1 до примерно 35 вес.% аминоксида.
8. Композиция по п.4, где гелеобразная система, кроме того, содержит:
от примерно 0,5 до примерно 20 вес.% заряженного полимера,
от примерно 0,1 до примерно 50 вес.% противоположно заряженного пенообразователя,
от примерно 0,01 до примерно 20 вес.% бетаина,
от примерно 1 до примерно 35 вес.% аминоксида и
от примерно 0,1 до примерно 20 вес.% низшего спирта.
9. Композиция по п.4, где гелеобразная система содержит:
от примерно 1 до примерно 20 вес.% анионного полимера,
от примерно 0,5 до примерно 50 вес.% катионного пенообразователя,
от примерно 0,1 до примерно 20 вес.% бетаина,
от примерно 2 до примерно 35 вес.% аминоксида и
от примерно 1 до примерно 20 вес.% низшего спирта.
10. Композиция по п.4, где гелеобразная система содержит:
от примерно 2,5 до примерно 20 вес.% катионного полимера,
от примерно 1 до примерно 50 вес.% анионного пенообразователя,
от примерно 1 до примерно 20 вес.% бетаина,
от примерно 5 до примерно 35 вес.% аминоксида и
от примерно 2 до примерно 20 вес.% низшего спирта.
11. Композиция по п.1, где катионные полимеры включают полиамины, четвертичные производные простых эфиров целлюлозы, четвертичные производные гуаровой смолы, гомополимеры и сополимеры с по меньшей мере 20 моль% диметилдиаллиламмонийхлорида (DMDAAC), гомополимеры и сополимеры метакриламидопропил триметиламмонийхлорида (MAPTAC), гомополимеры и сополимеры акриламидопропилтриметиламмонийхлорида (APTAC), гомополимеры и сополимеры метакрилоилоксиэтилтриметиламмонийхлорида (METAC), гомополимеры и сополимеры акрилоилоксиэтилтриметиламмонийхлорида (AETAC), гомополимеры и сополимеры метакрилоилоксиэтилтриметиламмоний метилсульфата (METAMS) и четвертичные производные крахмала, и их смеси или комбинации.
12. Композиция по п.1, где анионные полимеры включают гомополимеры и сополимеры акриловой кислоты (AA), гомополимеры и сополимеры метакриловой кислоты (MAA), гомополимеры и сополимеры акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты (AMPSA), гомополимеры и сополимеры N-метакриламидопропил-N,N-диметиламиноуксусной кислоты, N-акриламидопропил-N,N-диметиламиноуксусной кислоты, N-метакрилоилоксиэтил-N,N-диметиламиноуксусной кислоты и N-акрилоилоксиэтил-N,N-диметиламиноуксусной кислоты и их смеси или комбинации.
13. Композиция по п.1, где анионные пенообразователи включают алкил-, арил- или алкиларилсульфаты, алкил-, арил- или алкиларилкарбоксилаты, или алкил-, арил- или алкиларилсульфонаты; в определенных вариантах осуществления алкильные фрагменты содержат от примерно 1 до примерно 18 атомов углерода, арильные фрагменты содержат от примерно 6 до примерно 12 атомов углерода, и алкиларильные фрагменты содержат от примерно 7 до примерно 30 атомов углерода; типичными группами являются пропил, бутил, гексил, децил, додецил, фенил, бензил и линейные или разветвленные алкилбензольные производные карбоксилатов, сульфатов и сульфонатов.
14. Композиция по п.1, где анионные пенообразователи содержат сульфаты простых алкиловых эфиров, алкарилсульфонаты, алкилсукцинаты, алкилсульфосукцинаты, N-алкоилсаркозинаты, алкилфосфаты, фосфаты простых алкиловых эфиров, карбоксилаты простых алкиловых эфиров, альфа-олефин сульфонаты и ацилметилтаураты, в частности, их натриевые, магний-аммониевые и моно-, ди- и триэтаноламиновые соли, или их смеси или комбинации, причем алкильные и ацильные группы содержат от 8 до 18 атомов углерода и являются насыщенными или ненасыщенными, причем сульфаты простых алкиловых эфиров, фосфаты простых алкиловых эфиров и карбоксилаты простых алкиловых эфиров могут содержать от одного до 10 звеньев этиленоксида или пропиленоксида на молекулу.
-
+
1
2
3
1
2
3
15. Композиция по п.1, где катионные пенообразователи содержат ПАВы на основе четвертичного аммония формулы XNRRR, где R, R и R независимо выбраны из водорода, алифатической группы, содержащей от примерно 1 до примерно 22 атомов углерода, или из ароматической, арильной, алкокси, полиоксиалкиленовой, алкиламидо, гидроксиалкильной или алкиларильной группы, имеющей от примерно 1 до примерно 22 атомов углерода; и X представляет собой анион, выбранный из аниона галогена, ацетатного, фосфатного, нитратного, сульфатного, алкилсульфатного радикалов, тозилата, лактата, цитрата и гликолята и их смесей или комбинаций, причем алифатические группы могут включать, помимо атомов углерода и водорода, простые эфирные связи и другие группы, такие, как заместители гидроксильной или аминогрупп, причем более длинноцепочечные алифатические группы, имеющие по меньшей мере 12 атомов углерода, могут быть насыщенными или ненасыщенными.
1
2
3
4
16. Композиция по п.15, в которой R является алкильной группой, имеющей от примерно 12 до примерно 18 атомов углерода; R выбран из H или алкильной группы, имеющей от примерно 1 до примерно 18 атомов углерода; R и R независимо выбраны из H или алкильной группы, имеющей от примерно 1 до примерно 3 атомов углерода; и X таков, как описано выше.
17. Композиция по п.1, в которой низшие спирты включают спирты общей формулы ROH, где R есть линейная или разветвленная карбильная группа, имеющая от 1 до 5 атомов углерода, причем один или более атомов углерода может быть замещен атомом кислорода, азота или серы, и один или более атомов водорода может быть замещен атомом галогена, алкокси-группой, амидной группой или любой другой группой, которая может замещать атом водорода и не влияет отрицательно на свойства спирта.
n
2n+2
18. Композиция по п.1, где низшие спирты имеют общую формулу CHOH, где n есть целое число, составляющее от примерно 1 до примерно 5.
19. Композиция по п.18, где n есть целое число, составляющее от 2 до 4.
20. Композиция по п.18, где n есть целое число, составляющее от 3 до 4.
21. Композиция по п.18, где n есть целое число, равное 3.
2
3
22. Композиция по п.1, где бетаины включают кокодиметил карбоксиметилбетаин, лаурилдиметилкарбоксиметилбетаин, лаурилдиметилальфакарбоксиэтилбетаин, цетилдиметил карбоксиметилбетаин, цетилдиметилбетаин, лаурил-бис-(2-гидроксиэтил)карбоксиметилбетаин, олеилдиметил гамма-карбоксипропилбетаин, лаурил-бис-(2-гидроксипропил)альфа-карбоксиэтилбетаин, кокодиметилсульфопропилбетаин, лаурилдиметил сульфоэтилбетаин, лаурил-бис-(2-гидроксиэтил)сульфопропилбетаин, амидобетаины и амидосульфобетаины, причем радикал RCONH(CH) присоединен к атому азота бетаина, олеилбетаин и кокамидопропилбетаин и их смеси или комбинации.
1
2
3
3
1
2
23. Композиция по п.1, где аминоксиды включают кокамидопропилдиметиламиноксид и другие соединения формулы RRRN->O, где R означает гидрокарбил или замещенный гидрокарбил, имеющий от примерно 8 до примерно 30 атомов углерода, и R и R независимо означают водород, гидрокарбил или замещенный гидрокарбил, имеющий до 30 атомов углерода, и их смеси или комбинации.
24. Композиция по п.1, где газы включают азот, диоксид углерода или любой другой газ, подходящий для применения при гидроразрыве пласта, или их смеси или комбинации.
25. Композиция, включающая:
жидкость для гидроразрыва, включающую от примерно 5,5 gpt до примерно 70 gpt гелеобразной системы, причем гелеобразная система включает:
первое количество первой дополнительной композиции, включающей:
примерно 16,5 вес.% раствора (16,25 вес.%) полидиаллилдиметиламмонийхлорида (pDADMAC),
примерно 2,63 вес.% кокамидопропилбетаина,
примерно 3,46 вес.% кокаминоксида и
примерно 77,66 вес.% деионизированной воды;
и второе количество второй дополнительной композиции, включающей:
примерно 25,0 вес.% лаурилсульфата аммония,
примерно 10 вес.% изопропилового спирта (IPA) и
примерно 65 вес.% деионизированной воды,
причем отношение количества первой добавки к количеству второй добавки составляет от примерно 2:1 до примерно 6:1.
26. Композиция по п.1, где первое количество варьируется от примерно 5 gpt до примерно 50 gpt, и второе количество варьируется от примерно 0,5 gpt до примерно 20 gpt.
27. Композиция по п.1, где первое количество варьируется от примерно 7,5 gpt до примерно 45 gpt, и второе количество варьируется от примерно 1 gpt до примерно 15 gpt.
28. Композиция по п.1, где первое количество варьируется от примерно 10 gpt до примерно 40 gpt, и второе количество варьируется от примерно 1 gpt до примерно 12,5 gpt.
29. Композиция по п.1, где первое количество варьируется от примерно 10 gpt до примерно 40 gpt, и второе количество варьируется от примерно 2,5 gpt до примерно 10 gpt.
30. Композиция по п.1, где отношение составляет от примерно 3:1 до примерно 5:1.
31. Композиция по п.1, где отношение составляет примерно 4:1.
32. Композиция по п.1, где гелеобразная система присутствует в диапазоне от примерно 12,5 gpt до примерно 50 gpt.
33. Способ гидроразрыва пласта, включающий этапы:
образования жидкости для гидроразрыва, содержащей от примерно 5,5 gpt до примерно 70 gpt ионно-связанной гелеобразной системы и достаточное количество пропанта, чтобы удержать раскрытыми трещины, полученные в пласте при гидроразрыве,
закачивание жидкости для гидроразрыва и газа в пласт при достаточном давлении, чтобы разорвать пласт и повысить продуктивность,
причем гель и газ присутствуют в количествах, достаточных для образования вспененной ионно-связанной гелеобразной композиции для гидроразрыва, и причем пропант удерживает пласт раскрытым во время и/или после гидроразрыва.
34. Способ по п.33, где гелеобразная система, кроме того, содержит бетаин.
35. Способ по п.33, где гелеобразная система, кроме того, содержит аминоксид.
36. Способ по п.33, где гелеобразная система, кроме того, содержит низший спирт.
37. Способ по п.33, где гелеобразная система содержит:
от примерно 0,5 вес.% до примерно 20 вес.% заряженного полимера и
от примерно 0,1 вес.% до примерно 50 вес.% противоположно заряженного пенообразователя.
38. Способ по п.34, где гелеобразная система содержит:
от примерно 0,5 вес.% до примерно 20 вес.% заряженного полимера,
от примерно 0,1 вес.% до примерно 50 вес.% противоположно заряженного пенообразователя,
от примерно 0,01 вес.% до примерно 20 вес.% бетаина.
39. Способ по п.35, где гелеобразная система содержит:
от примерно 0,5 вес.% до примерно 20 вес.% заряженного полимера,
от примерно 0,1 вес.% до примерно 50 вес.% противоположно заряженного пенообразователя,
от примерно 0,01 вес.% до примерно 20 вес.% бетаина и
от примерно 1 вес.% до примерно 35 вес.% аминоксида.
40. Способ по п.36, где гелеобразная система, кроме того, содержит:
от примерно 0,5 вес.% до примерно 20 вес.% заряженного полимера,
от примерно 0,1 вес.% до примерно 50 вес.% противоположно заряженного пенообразователя,
от примерно 0,01 вес.% до примерно 20 вес.% бетаина,
от примерно 1 вес.% до примерно 35 вес.% аминоксида и
от примерно 0,1 вес.% до примерно 20 вес.% низшего спирта.
41. Способ по п.36, где гелеобразная система содержит:
от примерно 1 вес.% до примерно 20 вес.% анионного полимера,
от примерно 0,5 вес.% до примерно 50 вес.% катионного пенообразователя,
от примерно 0,1 вес.% до примерно 20 вес.% бетаина,
от примерно 2 вес.% до примерно 35 вес.% аминоксида и
от примерно 1 вес.% до примерно 20 вес.% низшего спирта.
42. Способ по п.36, где гелеобразная система содержит:
от примерно 2,5 вес.% до примерно 20 вес.% катионного полимера,
от примерно 1 вес.% до примерно 50 вес.% анионного пенообразователя,
от примерно 1 вес.% до примерно 20 вес.% бетаина,
от примерно 5 вес.% до примерно 35 вес.% аминоксида и
от примерно 2 вес.% до примерно 20 вес.% низшего спирта.
43. Способ гидроразрыва пласта, включающий этапы:
закачивание жидкости для гидроразрыва и газа в продуктивный пласт при давлении, достаточном для разрыва пласта и для повышения продуктивности, причем жидкость для гидроразрыва содержит вспениваемую ионно-связанную гелеобразную композицию для гидроразрыва, включающую в себя анионный или катионный полимер и противоположно заряженный пенообразователь, причем гель и газ присутствуют в количествах, достаточных для образования вспененной ионно-связанной гелеобразной композиции для гидроразрыва, и
закачивание пропанта после гидроразрыва для удержания открытым разорванного пласта.
44. Способ получения вспененной композиции для гидроразрыва, содержащий этап растворения анионного или катионного полимера в воде и затем добавление противоположно заряженного пенообразователя, причем эти два компонента присутствуют в количестве, достаточном для образования вспениваемой ионно-связанной гелеобразной композиции для гидроразрыва.
45. Способ получения вспениваемой композиции для гидроразрыва, включающий этапы:
образования, путем смешивания, первой дополнительной композиции, содержащей примерно 16,5 вес.% раствора (16,25 вес.%) полидиаллилдиметиламмонийхлорида (pDADMAC), примерно 2,63 вес.% кокамидопропилбетаина, примерно 3,46 вес.% кокаминоксида и примерно 77,66 вес.% деионизированной воды,
образования, путем смешивания, второй дополнительной композиции, содержащей примерно 25,0 вес.% лаурилсульфата аммония, примерно 10 вес.% изопропилового спирта (IPA) и примерно 65 вес.% деионизированной воды,
добавления второго количества второй дополнительной композиции к первому количеству первой дополнительной композиции при отношении первой добавки ко второй добавке от примерно 2:1 до примерно 6:1.