EA011222B1

EA011222B1 - Добавки к жидкости для гидроразрыва пласта в виде сухой смеси

Info

Publication number: EA011222B1
Application number: EA200700644A
Authority: EA
Inventors: Мари Ноэлль Дессенж; Жан-Луи Пессен
Original assignee: Шлюмбергер Текнолоджи Б.В.
Priority date: 2004-09-15
Filing date: 2005-09-13
Publication date: 2009-02-27
Also published as: EA200700644A1; US7972998B2; US20060058198A1; AR051569A1; WO2006030385A2; US20110257050A1; CA2577605C; CA2577605A1; WO2006030385A3; US8673826B2

Abstract

Способ и композиция для сшивания жидкости на основе полимера включают в себя получение сухой смеси сшивателя и замедлителя. Сшиватель и замедлитель смешивают и гранулируют в сухом виде перед добавлением к полимерной жидкости.

Description

Настоящее изобретение относится, в основном, к добавкам для жидкости для гидроразрыва. Более определенно, изобретение относится к сухой, гранулированной смеси, содержащей сшивающий агент и замедлитель.

Описание предшествующего уровня техники

При извлечении углеводородов из подземных образований, особенно из образований низкой проходимости, общепринятой практикой является разрушение содержащих углеводород образований, обеспечивающее появление поровых каналов. Такие поровые каналы позволяют нефти или газу достичь ствола скважины так, чтобы нефть или газ можно было откачать из скважины.

Гидравлические жидкости для разрыва пласта на основе воды обычно содержат гидратирующийся полимер, который оказывает влияние на сгущение жидкости для гидроразрыва и который можно дополнительно сгустить посредством химического сшивания. Такой полимер, как правило, находится в виде порошка или в виде взвеси в углеводороде, такой как дизельное топливо, и гидратируется на поверхности земли, например, при жидком процессе замеса в отдельной емкости в больших резервуарах для смешивания в течение значительного периода времени и затем смешивания с другими жидкими добавками различных типов, используя крупногабаритное дорогостоящее оборудование. После гидратации полимер, как правило, сшивают для того, чтобы дополнительно сгустить жидкость и улучшить ее вязкость при повышенных температурах, часто встречающихся в трещине, таким образом, она может нести расклинивающую жидкость в трещину как только ее закачивают в ствол скважины ниже поверхности земли. Природные полимеры включают в себя полисахариды, такие как гуар и производные гуара, такие как гидроксипропилгуар (НРО), карбоксиметилгидроксипропилгуар (СМНРО), карбоксиметилгуар (СМО) или гидрофобно модифицированный гуар. Как правило, используют сшивающие агенты, содержащие борат, цирконий и титан. Как боратные, так и металлоорганические сшивающие агенты обладают преимуществами в зависимости от параметров жидкости и требований к стоимости определенного гидроразрыва пласта.

Большое количество химических добавок, таких как противовспенивающие средства, кислоты или основания или другие химические вещества можно добавлять для того, чтобы обеспечить подходящие свойства жидкости после того, как она гидратируется. Другие добавки, обычно включаемые в состав в жидкости для гидроразрыва пласта, включают в себя стабилизаторы вязкости, активаторы сшивания, средства восстановления скалывания, средства, облегчающие гидратацию, и стабилизаторы неустойчивых глин. В основном, стабилизатор вязкости представляет собой добавку, используемую для того, чтобы замедлить деградацию полимера при воздействии температуры, скалывания и воздействия железом. Стабилизатор неустойчивых глин предотвращает набухание или перемещение глин в образовании.

Гидравлические жидкости для разрыва пласта на основе полимера хорошо известны в индустрии нефтепромысловых сервисных услуг. Данные жидкости обычно используют для обработки и разрушения подземных образований для увеличения продукции из таких образований. Как правило, жидкость получают или смешивают на поверхности, комбинируя множество жидких потоков добавок с гидратированной полимерной жидкостью. Жидкость затем закачивают в нисходящую скважину при достаточном давлении, чтобы осуществить обработку. В определенных случаях, жидкость можно использовать для того, чтобы транспортировать расклинивающий агент или другие добавки в образование. Вязкость жидкости часто является важным фактором при планировании работы. Жидкость должна обладать достаточной вязкостью, чтобы переносить любые включенные в ее состав твердые частицы, такие как расклинивающий агент; тем не менее, она не может быть настолько вязкой, что ее невозможно было бы экономно закачивать в нисходящую скважину.

Сшиватели обычно используют для увеличения вязкости жидкостей для разрыва пласта на основе полимера. Сшиватель химически соединяет или связывает цепи полимера в жидкости, тем самым увеличивая вязкость. Известные сшиватели полимерных жидкостей включают в себя бор-, цирконий- и титансодержащие соединения. В большинстве случаев использование одного только сшивателя вызывает очень быстрое увеличение вязкости жидкости и может привести к появлению существенных проблем в отношении манипуляций и перекачивания жидкости с увеличенной вязкостью (то есть количество лошадиных сил, необходимых для перекачивания очень вязкой жидкости в нисходящую скважину, больше количества лошадиных сил, типично предоставляемых на рабочей площадке). Для решения данной проблемы сшивание полимера можно отсрочить на предварительно определенное время. Таким образом, жидкость не приобретает свою полную вязкость, пока ее не разместят в нисходящую скважину. Замедлители обычно объединяются с сшивателем до смешивания сшивателя с полимерной жидкостью.

Задержку механизма сшивания полимера можно осуществить, используя различные средства. Один способ заключается в физическом заключении в ловушку или изоляции сшивателя в капсуле, которая раствориться со временем при определенных условиях температуры, рН, давления и так далее. Альтернативно, сшиватель можно связать или подвергнуть реакции с другим химическим веществом (то есть замедлителем). Высвобождение из такого химического замедлителя также будет функцией от времени, температуры и относительных концентраций сшивателя и замедлителя. Задержка реакции сшивания

- 1 011222 происходит вследствие лигандного обмена между сшивателем, замедлителем и полимером. В упрощенных выражениях, задержка определяется временем, необходимым для сшивателя, чтобы «освободиться» от замедлителя и сшить полимер.

Хотя жидкие добавки, включающие сшиватель и замедлитель, как правило, предоставляются в жидком виде, известно, что некоторые из таких добавок или, в некоторых случаях, добавки и полимер могут предоставляться в сухом виде. Например, в патенте США № 5372732 (Натк) описан сухой, гранулированный сшиватель с замедленным высвобождением. Боратный сшиватель объединяют с жидким раствором полисахарида, чтобы получить жидкость, содержащую полимер с высокой степенью сшивания. Данный раствор затем высушивают и гранулируют и его можно затем добавлять к полимерной жидкости.

Другой пример использования сухой смеси полимера и добавок описан в патенте США № 5981446 (Ош). Сухую смешанную композицию частиц, которая включает в себя полимер, так же, как и множество других добавок, получают и добавляют к воде, чтобы получить жидкость для гидроразрыва пласта. Определенный состав жидкости необходимо предварительно определить и, в общем случае, ее невозможно изменить в скважине. Такая потеря гибкости может представлять собой существенные проблемы касательно завершения работы. Сниженная гибкость может также представлять собой существенную проблему во время планирования работы. Например, в типичной работе по разрыву пластов, инициацию разрыва осуществляют, используя линейную (не сшитую) жидкость, которая не содержит расклинивающий агент. Как только разрыв образуется, жидкость сшивается и добавляется расклинивающий агент. Понятно, что две различные смеси были бы необходимы в данном случае: одна, содержащая сшиватель, другая, не содержащая сшиватель.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение относится к сухой, гранулированной смеси или композиции для загущения или сшивания жидкостей для гидроразрыва пласта на основе полимера. Смесь состоит из сшивателя и замедлителя. В изобретении также описан способ добавления данной гранулированной смеси в сухом виде к жидкости для гидроразрыва пласта на основе полимера, как правило, перед расклинивающим агентом. Количество дополнительных потоков добавок уменьшается, в виду объединения смеси в единую добавку из двух или больше продуктов, которые, как правило, предоставлялись отдельно. Это уменьшает сложность получения или смешивания жидкости, тем самым уменьшая стоимость и время, необходимое для получения жидкости и проведения операции по гидроразрыву пласта или другой обработки образования. В дополнение, концентрация сшивателя и замедлителя в смеси часто связана с концентрацией гелеобразующего средства.

Следовательно, лучше осуществлять контроль качества операции, поскольку две важные добавки добавляют в фиксированном соотношении (смешивание проводят перед операцией в контролируемом окружении, в отличие от смешивания на местоположении скважины для операции по гидроразрыву пласта).

Гранулированную смесь получают, предоставляя сухой сшиватель и сухой замедлитель. Сшиватель и замедлитель, как правило, смешиваются или перемешиваются полностью в сухом виде для того, чтобы получить смешанный состав сшиватель/замедлитель. Составу можно затем придать форму гранул. В зависимости от природы компонентов (то есть сшивателя и замедлителя) возможно будет необходимо включить в состав связующее вещество, чтобы способствовать образованию и стабильности гранул. Относительные процентные соотношения сшивателя и замедлителя, а также и размер гранул, можно подобрать для изменения продолжительности задержки, как это необходимо. Сухой смешанный состав применим как для жидкостей для замеса в отдельной емкости, так и жидкостей, которые «смешивают в процессе закачки». Ни на какой стадии во время приготовления такой сухой смеси индивидуальные компоненты не объединяются или не предоставляются в жидком виде. Точно так же сухую смесь не растворяют или как-либо еще не доводят до жидкой формы до того, как ей придают форму или получают в гранулах.

Такой сухой гранулированный состав можно более просто хранить и переносить в скважину. В дополнение, приготовление жидкости для гидроразрыва пласта упрощается, поскольку в сухой смеси предоставляются две добавки в едином виде, тем самым уменьшая количество потоков добавок в жидкость. Дополнительно количество операций на местоположении скважины уменьшено вследствие уменьшенного числа потоков. Сухой состав не подвергается замораживанию, тем самым облегчая использование в более холодных условиях климата. В дополнение, концентрация компонентов в сухой смеси не будет изменяться из-за испарения растворителя. Это особенно благоприятно при более теплых условиях климата. Еще одно преимущество сухой смеси заключается в уменьшении объема и веса продукта по сравнению с жидкой добавкой. Дополнительно, действие сшивателя, особенно циркониевого и титанового сшивателей, как было показано, уменьшается со временем в растворе. Сухая смесь по настоящему изобретению сокращает время, в течение которого сшиватель находится в растворе до объединения с полимером, тем самым сохраняя более высокий и более подходящий уровень активности.

В зависимости от определенного применения, в котором будет использоваться состав, возможно будет необходимо включить в состав любое количество дополнительных добавок к составу. Как упомя

- 2 011222 нуто ранее, можно включать в состав связующее вещество, чтобы способствовать производству сухого состава. В дополнение, составы могут также содержать стабилизатор вязкости, особенно термостабилизирующий реагент, активатор или стабилизатор неустойчивых глин.

Используя сходные принципы, как описанные выше, для сухого состава сшиватель/замедлитель, другие жидкие добавки можно объединять в сухом виде, чтобы получить одну сухую и/или гранулированную добавку. Например, сшиватель можно объединить с активатором, стабилизатором вязкости, средством восстановления скалывания или средством восстановления скалывания, средством, облегчающим гидратацию, вместо замедлителя. Точно так же замедлитель можно объединить с любым количеством подходящих добавок, включающих в себя активаторы, стабилизаторы, средства восстановления скалывания, средства, облегчающие гидратацию, и тому подобное.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет собой график, показывающий время задержки как зависимость от концентрации замедлителя;

фиг. 2 - график, показывающий вязкость в течение времени для полимерной жидкости;

фиг. 3 - график, показывающий влияние размера гранул на время задержки.

Подробное описание предпочтительных осуществлений

Настоящее изобретение заключается в получении объединенного сшивателя и замедлителя, предлагаемого в сухом виде. Предпочтительно сшиватель/замедлитель предлагается в гранулированном виде. В отличие от сухих добавок, особенно сшивателей и замедлителей, которые были разработаны в прошлом, в настоящем изобретении не требуется, чтобы индивидуальные компоненты (то есть сшиватель и замедлитель) смешивали или соединяли в жидкой форме до высушивания. Сшиватель и замедлитель можно оба объединять в сухом виде, чтобы получить сухой состав.

Сшиватели, применимые в настоящем изобретении, представляют собой сшиватели, которые способны к сшиванию полимера. В предпочтительном осуществлении сшиватель содержит бор. Более предпочтительно сшиватель представляет собой борную кислоту, буру, бораты щелочных и щелочноземельных металлов или их смеси. Альтернативно, сшиватель может представлять собой соединение циркония или титана или комбинацию или смесь любого из упомянутых выше соединений.

Точно так же в настоящем изобретении можно использовать любое количество замедлителей. Примеры подходящих замедлителей включают в себя в качестве неограничивающих примеров полиолы, глюконат натрия, сорбитол, соль карбоната или комбинацию упомянутого выше.

В дополнение к сшивателю и замедлителю, любое подходящее количество дополнительных добавок можно включать в состав сухого смешанного вещества. В предпочтительном осуществлении можно включать в состав связующее вещество, чтобы физически стабилизировать сухую смесь и способствовать грануляции. Другие добавки включают в себя в качестве неограничивающих примеров активатор сшивателя, термостабилизирующий реагент, разжижитель геля, средство восстановления скалывания и стабилизатор неустойчивых глин. В предпочтительном осуществлении стабилизатор может представлять собой поглотитель кислорода, полиол или соль карбоната. Стабилизатор неустойчивых глин может представлять собой любую подходящую композицию, но предпочтительно представляет собой соль, такую как хлорид калия. В предпочтительном осуществлении разжижитель геля может состоять из инкапсулированного или неинкапсулированного окислительного вещества.

Определенное время задержки, обеспечиваемое продуктом по настоящему изобретению, может подобрать или изменить посредством множества параметров. Определенный тип и относительное количество сшивателя и замедлителя представляют собой два первичных фактора. Тем не менее, размер гранул, рН жидкости, температура, относительный размер смешиваемых частиц и присутствие внешнего замедлителя, сшивателя или активатора все можно использовать для того, чтобы влиять на время задержки, обеспечиваемое гранулированным продуктом.

Способ по настоящему изобретению охватывает получение полимерной жидкости, в котором жидкость может или полностью, или частично гидратироваться. Сухую добавку к жидкости затем смешивают с полимерной жидкостью. Добавка к жидкости включает в себя гранулированный состав, который содержит сшиватель и замедлитель.

В первом осуществлении способ по настоящему изобретению охватывает смешивание полимерной жидкости и добавки в одном резервуаре (то есть замес в отдельной емкости). Полимер объединяют с жидкостью и позволяют ему, по крайней мере, частично гидратироваться. Затем добавку объединяют с полимерной жидкостью. Как только жидкость и добавка объединяются, тогда жидкость можно закачивать в нисходящую скважину. Во втором осуществлении способ охватывает смешивание компонентов «в процессе закачки». Другими словами, компоненты смешивают, когда жидкость закачивают в нисходящую скважину. Важно отметить, что добавку сшиватель/замедлитель получают в сухом виде до объединения с или добавления к полимерной жидкости.

В альтернативном осуществлении сухую добавку сшиватель/замедлитель можно добавлять к или объединять с сухим полимером. Объединенную добавку и полимер можно тогда смешивать с подходящим жидким потоком, чтобы получить жидкость на основе полимера.

- 3 011222

Примеры

Следующие ниже примеры иллюстрируют некоторые осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 1 показана задержка, полученная как зависимость от концентрации замедлителя в сухой смеси. Образцы готовили с использованием полимерной жидкости, с нагрузкой 4,2 г на литр жидкости (35 фунтов на 1000 галлонов (число частей на триллион)). Полимер полностью гидратировался в данном примере; однако, в некоторых применениях, можно добавлять сшиватель/замедлитель до того, как полимер полностью гидратируется. Полимер, используемый в экспериментах, представлял собой гуар. Следует понимать, что хотя в примере использовали гуар, можно использовать любой подходящий полимер или гелеобразующий агент. Предпочтительно полимер представляет собой гуар или дериватизированный гуар. Предпочтительные дериватизированные гуара включают в себя гидроксипропилгуар, карбоксиметилгидроксипропилгуар, карбоксиметилгуар или любую их комбинацию. Полимерной жидкости позволяли гидратироваться в течение приблизительно 30 мин перед сшиванием. Сухую смесь сшивателя и замедлителя добавляли к жидкости при смешивании в смесителе при 2000 об./мин. Сшиватель присутствовал в количестве 0,18 г на литр (1,5 фунта на тысячу галлонов (число частей на триллион)) жидкости. Количество замедлителя изменяли от 0 мас.% до приблизительно 1,1 г на литр жидкости. После добавления сшивателя/замедлителя добавляли 0,45 л на тысячу литров раствора каустика (28% раствор каустической соды) и жидкость далее перемешивали в течение 10 с. Для каждого образца регистрировали начальное время выплескивания и конечное время выплескивания. Начальное время выплескивания обозначает время, необходимое полимерной жидкости для приобретения начальной вязкости. Конечное время выплескивания обозначает время, необходимое полимеру для достижения полной вязкости. Используемый сшиватель представлял собой борную кислоту, и замедлитель представлял собой глюконат натрия. И тот, и другой добавляли одновременно в виде порошка. Данные результаты показывают, что сшиватель и замедлитель можно добавлять в сухом виде без предварительного взаимодействия или растворения для сшивания полимерной жидкости.

Следующую ниже процедуру использовали при определении времен выплескивания: полученную жидкость выливают из контейнера до тех пор, пока не образуется язычок приблизительно 1,9 см и его можно вернуть назад в контейнер. Это является начальным временем выплескивания. Конечное время выплескивания представляет собой время, за которое двухдюймовый язычок можно вылить и вернуть обратно.

В дополнение к использованию жидкостей на основе гуара, сшиватель/замедлитель по настоящему изобретению также проверяли с использованием жидкости на основе СМНРС. Приготавливали и гидратировали 4,2 г на литр жидкости СМНРС. Значение рН жидкости доводили до приблизительно 9,46 с использованием 5% раствора каустической соды. 200 мл образца жидкости СМНРС затем сшивали сухой смесью, содержащей лактат циркония и натрия и глюконат натрия в молекулярном соотношении 40:1. Сухую смесь смешивали с жидкостью в течение приблизительно 10 с. Время окончательного сшивания составляло приблизительно 45 с, которое указывает на то, что сшивание замедлялось сухой смесью. В целях сравнения типичная полимерная жидкость СМНРС в тех же самых условиях без замедлителя обладала бы временем сшивания менее чем 10 с.

На фиг. 2 показана стабильность жидкости, полученной с использованием сухого гранулированного сшивателя/замедлителя. Основную жидкость, содержащую 4,2 г на литр (35 число частей на триллион) сухого гуара, гидратировали в смесителе в течение приблизительно 30 мин. Жидкость затем сшивали, добавляя гранулированную смесь в количестве 0,56 г на литр, которые соответствуют 0,18 г на литр борной кислоты и 0,36 г на литр глюконата натрия, и дополнительно включая в состав связующее вещество и средств, предотвращающих слипание в количестве приблизительно 2 мас.%. Активатор представлял собой жидкий раствор 28% каустической соды, используемый в количестве 0,45 л на тысячу литров. Вязкость сшитой жидкости затем измеряли и регистрировали в течение длительного времени при 93 °С в реометре Ратт 50. Как можно заметить, жидкость оставалась стабильной и сохраняла подходящую вязкость при температуре в течение приблизительно 2 ч, на стадии которых не предпринимали никакие дальнейшие измерения.

На фиг. 3 показано различие во времени задержки, когда сшиватель/замедлитель добавляли в измельченном виде или в виде порошка и в гранулированном виде. Основную полимерную жидкость получали, используя загрузку полимера 4,2 г в литр. Жидкость гидратировали в смесителе в течение приблизительно 30 мин. После гидратации жидкость сшивали при помощи 0,05 г на литр раствора 28% каустической соды и комбинации сшивателя/замедлителя, содержащей 0,18 г на литр борной кислоты и 0,36 г на литр глюконата натрия. Сшиватель/замедлитель добавляли в сухом, измельченном виде и в первой гранулированной форме (размер ячейки сита 10/20 (то есть средний диаметр частицы составляет 1,26 мм)) и второй гранулированной форме (размер ячейки сита 4/10 (то есть средний диаметр частицы составляет 3,38 мм)). Результаты показывают что, чем больше диаметр частицы, тем дольше задерживается сшивание, поскольку задержка является функцией от площади поверхности гранулы, подвергаемой растворению. Дополнительно, результаты показывают, что добавка в виде гранулированной сухой смеси действительно сшивает полимерную жидкость и действительно обеспечивает подходящую задержку сшивания.

- 4 011222

В дополнение к объединению сшивателя и замедлителя в сухой смеси, как описано ранее, настоящее изобретение может охватить любое количество дополнительных сухих компонентов, смешанных вместе в виде одной сухой добавки. Например, оксид магния, активатор и глюконат натрия, замедлитель, можно объединить в сухом виде, чтобы получить сухую смесь для замедления сшивания полимерной жидкости. Чтобы проиллюстрировать это, готовили и гидратировали гуаровый раствор в концентрации 4,2 г на литр. Эквивалент борной кислоты в концентрации 0,24 г на литр и оксида магния в концентрации 0,6 г на литр в виде 0,42 г сухой смеси, содержащей оксид магния и борную кислоту в соотношении 2,5:1, добавляли к 500 мл гидратированного гуарового раствора и полученную жидкость смешивали в течение приблизительно 10 с. После этого добавляли и жидкость. Первое выплескивание появилось через 1 мин, и время окончательного сшивания составляло приблизительно 2 мин. Подобный эксперимент затем проводили с подобной жидкостью на основе гуара. Гуаровый раствор в концентрации 4,2 г на литр готовили и гидратировали. Эквивалент борной кислоты в концентрации 0,24 г на литр затем добавляли к 500 мл гидратированного гуарового раствора и полученную жидкость смешивали в течение 30 с. Сухую смесь МдО и глюконата натрия в соотношении 1:1 затем добавляли вместо смеси МдО/борная кислота. Время окончательного сшивания составляло приблизительно 4 мин.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Добавка к жидкости для гидроразрыва пласта в виде гранул, полученных из смешанных в сухом виде сшивателя и замедлителя.
2. Добавка по п.1, где сшиватель включает в себя по меньшей мере одно из следующих соединений: содержащее бор соединение, содержащее титан соединение и содержащее цирконий соединение.
3. Добавка по любому из предыдущих пунктов, где сшиватель включает борную кислоту, буру, бораты щелочных и щелочно-земельных металлов или их смеси.
4. Добавка по любому из предыдущих пунктов, где замедлитель включает глюконат натрия, сорбитол или их комбинацию.
5. Добавка по любому из предыдущих пунктов, дополнительно включающая стабилизатор вязкости.
6. Добавка по любому из предыдущих пунктов, дополнительно включающая активатор.
7. Добавка к жидкости для гидроразрыва пласта в виде гранул, полученных из смешанных в сухом виде первого компонента и второго компонента, где первый сухой компонент представляет собой замедлитель, активатор, сшиватель, средство восстановления скалывания, стабилизатор вязкости или средство, способствующее гидратации, и где второй сухой компонент отличается от первого сухого компонента, причем второй сухой компонент представляет собой замедлитель, активатор, сшиватель, средство восстановления скалывания, стабилизатор или средство, способствующее гидратации.
8. Способ сшивания полимерной жидкости для гидроразрыва пласта, в котором получают жидкость, содержащую полимер;

получают добавку к жидкости в виде гранул, полученных из смешанных в сухом виде сшивателя и замедлителя;

смешивают полученную добавку к жидкости с жидкостью, содержащей полимер, с получением сшитого полимера.
9. Способ по п.8, где полимер представляет собой гуар, производное гуара.
10. Способ по п.9, где производное гуара представляет собой гидроксипропилгуар, карбоксиметилгидроксипропилгуар, карбоксиметилгуар и их комбинации.
11. Способ по любому из пп. 8-10, где добавку к жидкости смешивают при замесе в одной емкости с жидкостью.
12. Способ по любому из пп.8-10, где добавку к жидкости и жидкость смешивают в процессе закачки.