EA016095B1

EA016095B1 - Гидрофобно модифицированные снижающие фильтрацию добавки и повышающие вязкость продукты

Info

Publication number: EA016095B1
Application number: EA200870621A
Authority: EA
Inventors: Дэвид Энтони Боллард
Original assignee: Эм-Ай ЭлЭлСи
Priority date: 2006-06-09
Filing date: 2007-06-11
Publication date: 2012-02-28
Also published as: NO345067B1; CA2654591A1; EA200870621A1; AR061338A1; BRPI0712146A2; AU2007350922A1; CA2654591C; US7786052B2; EP2027227A4; NO20090112L; AU2007350922B2; EP2027227A1; US20070287640A1; MX2008015575A; WO2008123888A1

Abstract

Описан скважинный флюид, который включает масляную непрерывную фазу; немасляную фазу и полимерную добавку, полученную при взаимодействии по меньшей мере одного липофильного эпоксидного модификатора и по меньшей мере одного реагирующего с эпоксидом агента, где по меньшей мере один реагирующий с эпоксидом агент выбирают по меньшей мере из одного члена группы, включающей лигнины, таннины, биополимеры, крахмалы, карбоксиметилцеллюлозу, полиакрилаты, полиакриламиды и синтетические полимеры.

Description

Раскрытые в данном описании варианты осуществления касаются в основном компонентов скважинных флюидов.

При бурении или заканчивании скважин в толще пород в скважине по ряду причин используют различные флюиды. Обычные назначения флюидов скважин включают смазывание и охлаждение калибрующих поверхностей бурового долота при бурении в целом или вскрытии продуктивного пласта (т.е. вскрытии намеченного нефтеносного пласта), транспортировку бурового шлама (кусков породы, смещенных при резании зубьев бурового долота) на поверхность, регулирование давления пластового флюида для предупреждения выбросов, поддержание устойчивости скважины, суспендирование твердой фазы в скважине, сведение к минимуму водоотдачи в скважине и стабилизацию пласта, через который бурят скважину, минимизацию гидроразрыва пласта в районе скважины, вытеснение флюида в скважине другим флюидом, очистку скважины, испытание скважины, передачу гидравлической мощности буровому долоту, флюид, используемый для установки пакера, ликвидацию скважины или подготовку скважины к ликвидации и иную обработку скважины или пласта.

Многие типы флюидов используются в буровых скважинах, в частности, при бурении нефтяных и газовых скважин. Выбор скважинных флюидов на нефтяной основе включает тщательное взвешивание хороших и плохих характеристик таких флюидов в случае конкретного применения. Первостепенные выгоды от выбора бурового флюида на нефтяной основе включают лучшую устойчивость ствола, в особенности, в пластах глинистых сланцев, образование более тонкой фильтровальной корки, чем фильтровальная корка, получаемая с буровым раствором на водной основе; превосходное смазывание бурильной колонны и скважинных инструментов; проходку соляных пластов без обрушения или расширения скважины, равно как и другие преимущества, известные специалисту в данной области. В особенности выгодным свойством буровых растворов на нефтяной основе являются смазочные характеристики. Такие смазочные свойства дают возможность бурения скважин с существенным вертикальным отклонением, что типично для операций по бурению на расстоянии от берега, или глубоководному бурению, или для случая, когда требуются горизонтальные скважины. В таких сильно наклонных скважинах скручивающие и осевые нагрузки на бурильную колонну становятся значительной проблемой, поскольку бурильная труба лежит против нижней стенки ствола наклонной скважины, и риск прихвата трубы высок в случае использования бурового раствора на водной основе. Напротив, буровые растворы на нефтяной основе дают тонкую, скользкую фильтровальную корку, помогающую избежать прихвата трубы, и поэтому применение бурового раствора на нефтяной основе может быть оправданным.

Несмотря на множество преимуществ применения буровых растворов на нефтяной основе такие растворы имеют недостатки. В целом, применение буровых флюидов и буровых растворов на нефтяной основе связано с высокими начальными и эксплуатационными расходами. Такие затраты могут существенно зависеть от глубины выбуриваемой скважины. Однако часто большие затраты могут быть оправданы, если буровой флюид на нефтяной основе предупреждает обрушение или расширение скважины, которые могут значительно увеличивать время бурения и стоимость.

Обычно буровые флюиды прокачивают вниз под давлением через колонны бурильных труб, затем через головку и вокруг головки бурового долота, которая погружена в землю, и затем возвращают обратно на поверхность земли через затрубное/кольцевое пространство между наружной стороной колонны бурильных труб и стенкой скважины или колонной обсадных труб. Помимо обеспечения бурильной смазки и эффективности, и замедления износа буровые флюиды должны суспендировать и переносить твердые частицы на поверхность для отделения на вибрационном сите и ликвидации. Вдобавок, флюиды должны быть способны к суспендированию добавочных утяжелителей (для увеличения удельной вязкости бурового раствора), обычно, тонко измельченных баритов (рудного сульфата бария), и переносу глины и других веществ, которые могут налипать и покрывать поверхность скважины.

Буровые флюиды обычно описываются как тиксотропные жидкие системы, то есть обладающие низкой вязкостью при срезе, таком как в условиях циркуляции (как происходит во время подачи насосом или контактирования с движущимся буровым долотом). Однако когда срезывающее действие прекращается, флюид должен быть способен к суспендированию содержащейся твердой фазы для предотвращения гравитационного разделения. Кроме того, когда буровой флюид находится в условиях срезывающего усилия и является свободно текущим, почти жидким, такой флюид должен поддерживать значительно высокую вязкость, достаточную для перенесения всех нежелательных твердых частиц со дна буровой скважины на поверхность. Состав бурового флюида должен также позволять удаление бурового шлама и другого нежелательного материала в виде взвешенных твердых частиц или, иначе, обеспечивать осаждение из жидкой фракции.

Существует нарастающая потребность в буровых флюидах, имеющих реологические профили, позволяющие облегчить выбуривание таких скважин. Буровые флюиды с оптимизированными реологическими свойствами обеспечивают удаление бурового шлама из ствола скважины настолько экономично и эффективно, насколько возможно, чтобы предупредить скопление шлама в скважине, которое может приводить, помимо всего прочего, к заклиниванию бурильной колонны. Существует также потребность в гидравлически перспективном буровом флюиде (с эквивалентной плотностью циркуляции) для снижения давления, требуемого для циркуляции флюида, что помогает избежать создания избыточных усилий,

- 1 016095 которые могут разрушать пласт, вызывая поступление пластовой жидкости и, возможно, утрату скважины. Вдобавок улучшенный профиль необходим для предупреждения оседания или отслоения утяжелителя в флюиде, если такое происходит, то может приводить к неравномерному распределению плотности в системе циркуляции флюида, что ведет к проблемам регулирования скважины (приток газ/флюид) и устойчивости ствола скважины (обвал/изломы).

Для получения характеристик флюида, требуемых для преодоления указанных сложностей, флюид должен легко перекачиваться насосом, то есть требовать минимального давления для принудительной подачи через сужения в системе циркуляции флюида, такие как сопла долота или инструменты для нисходящей скважины. Или, другими словами, флюид должен обладать наименьшей возможной вязкостью в условиях высокого срезывающего усилия. Напротив, в зонах скважины, где площадь потока флюида велика и скорость флюида небольшая, или в условиях низкого срезывающего усилия, вязкость флюида должна быть максимально высокой, чтобы позволяла суспендировать и переносить буровой шлам. Сказанное также применимо к периодам, когда флюид остается неподвижным в скважине, где как буровой шлам, так и утяжелители должны поддерживаться в суспендированном состоянии для предупреждения оседания. Однако следует также отметить, что вязкость флюида не должна непрерывно увеличиваться в статических состояниях до неприемлемых уровней, в противном случае, когда флюид должен будет вновь циркулировать, потребуются избыточные давления, которые могут разрушить пласт, или, альтернативно, такая вязкость может привести к простойному времени, если усилие, требуемое для полного восстановления системы циркулирующего флюида, выходит за пределы возможности насосов.

Основной химический состав инвертно-эмульсионного флюида не изменился радикально с момента внедрения; те же основные типы поверхностно-активных веществ (амидоамины) и загустители (органоглины) все еще используются, с соответствующими ограничениями. Например, способность амидоамина сильно смачиваться может привести к тому, что система станет сверхдисперсной, что выражается в утрате вязкости.

Материалы, которые влияют на реологический профиль буровых растворов на нефтяной основе, могут включать как загустители, так и снижающие фильтрацию добавки (материалы для борьбы с поглощениями, ЬСМ). Следовательно, продолжает существовать непрерывная потребность в улучшении таких буровых материалов и составов скважинных флюидов.

Сущность изобретения

По одному из аспектов описанные здесь варианты осуществления касаются скважинного флюида, который включает масляную непрерывную фазу; немасляную фазу и полимерную добавку, полученную при взаимодействии по меньшей мере одного липофильного эпоксидного модификатора и по меньшей мере одного реагирующего с эпоксидом агента, где по меньшей мере один реагирующий с эпоксидом агент выбирают по меньшей мере из одного члена группы, включающей лигнины, таннины, биополимеры, крахмалы, карбоксиметилцеллюлозу, полиакрилаты, полиакриламиды и синтетические полимеры.

В другом аспекте описанные здесь варианты осуществления касаются способа бурения подземной скважины с применением инвертно-эмульсионного бурового флюида, который включает смешивание масляного флюида, немасляного флюида и полимерной добавки; где полимерную добавку получают смешиванием по меньшей мере одного липофильного эпоксидного модификатора и по меньшей мере одного реагирующего с эпоксидом агента; и где по меньшей мере один реагирующий с эпоксидом агент выбирают по меньшей мере из одного члена группы, включающей лигнины, таннины, биополимеры, крахмалы, карбоксиметилцеллюлозу, полиакрилаты, полиакриламиды и синтетические полимеры; и бурения указанной подземной скважины с применением указанной инвертной эмульсии в качестве бурового флюида.

В еще одном аспекте описанные здесь варианты осуществления касаются добавки к скважинному флюиду, которая включает полимер, полученный при взаимодействии по меньшей мере одного липофильного эпоксидного модификатора и по меньшей мере одного реагирующего с эпоксидом агента, где по меньшей мере один реагирующий с эпоксидом агент выбирают по меньшей мере из одного члена группы, включающей лигнины, таннины, биополимеры, крахмалы, карбоксиметилцеллюлозу, полиакрилаты, полиакриламиды и синтетические полимеры.

Другие аспекты и преимущества изобретения будут очевидны из следующего описания и приложенной формулы изобретения.

Подробное описание

Варианты осуществления изобретения касаются снижающих фильтрацию добавок (материалов для борьбы с поглощениями, ЬСМ) и загустителей в составах глинистых скважинных флюидов. В частности, некоторые описанные здесь варианты осуществления касаются полимерных добавок, синтезированных с помощью нуклеофильного эпоксидного раскрытия эпоксидированных липофилов. Такие полимерные добавки могут быть получены сшивкой и/или химической модификацией существующей полимерной структуры. В приведенном ниже описании многочисленные подробности приведены далее для обеспечения понимания данного изобретения. Однако специалисту в данной области понятно, что рассматриваемое изобретение может быть осуществлено на практике без указанных подробностей и что возможны многочисленные варианты или модификации описанных вариантов осуществления.

- 2 016095

В одном из вариантов осуществления полимерная добавка может быть получена при взаимодействии липофильного эпоксидного модификатора и реагирующего с эпоксидом агента. В одном из вариантов осуществления полученная полимерная добавка может быть вязкой жидкостью, которая может использоваться в качестве загустителя. В другом варианте осуществления полученная полимерная добавка может представлять собой гель или другой структурный компонент, приемлемый в качестве материала для борьбы с поглощениями.

Липофильный эпоксидный модификатор

В одном из вариантов осуществления полимерные добавки могут быть получены модификацией/сшивкой полимерной структуры с помощью липофильного эпоксидного модификатора. Как использовано здесь, липофильный эпоксидный модификатор означает любые эпоксидсодержащие химические структуры, обладающие сродством к маслу. Липофильный эпоксидный модификатор, содержащий эпоксидную группу, может давать реакционноспособную электрофильную группу для взаимодействия/сшивки с соответствующим нуклеофилом согласно общей химической реакции

где В означает липофильную группу и может включать ряд эпоксидных групп для взаимодействия/сшивки, и В'ЫиН означает реагирующий с эпоксидом агент и может включать ряд гетероатомных нуклеофилов.

В конкретном варианте осуществления подходящий липофильный эпоксидный модификатор может включать соединения, представленные следующей скелетной структурой:

где X может означать 8, ΝΗ, О или СН₂; η может изменяться в пределах от 0 до 20; т может изменяться в пределах от 0 до 20 и каждый из В1 и В₂ может быть независимо выбран из группы, включающей Н и алкильные группы с 1-4 атомами углерода. Специалисту в данной области понятно, что любой атом по всей вышеуказанной скелетной цепи (включая X) может быть замещенным и может включать производные, содержащие по меньшей мере один из заместителей: галоген, алкокси, арил и гетероарил, например, каждый из которых также может быть замещенным. Вдобавок специалист в данной области должен понимать, что по мере увеличения размера В1 и В2, реакционная способность соединения в вышеуказанной реакции может снижаться.

Подходящие липофильные эпоксидные модификаторы могут также включать, например, 1,2эпоксиалканы, такие как выпускаемые Агкета, 1пс. (РЫ1абе1рЫа, РА) алканы под торговой маркой У1ко1ох® Εροχίάί/еб А1рйа 01еГй15; длинноцепные алкиловые простые эфиры, включающие С₆-С₁₅ алкилглицидиловые простые эфиры, такие как поставляемые под торговой маркой Еробй® 747 и Еробй® 748, выпускаемые Αίτ Ртобисй (А11еЩо\уп. РА), а также другие моноэпоксидные соединения, такие как глицидиловый эфир лаурилового спирта, поставляемый под торговой маркой ^ЕNΑС0^® ЕХ-171, и глицидиловый эфир смеси спиртов С_11-15, поставляемый под торговой маркой ^ЕNΑС0^® ЕХ-192, которые оба выпускаются Жщахе Сйет1еХ Согр. (0§ака, 1арап).

В другом конкретном варианте осуществления подходящие липофильные эпоксидные модификато ры могут включать различные эпоксидированные натуральные масла, такие как соевое масло, льняное масло, рапсовое масло, масло из семян ореха кешью, перилловое масло, тунговое масло, ойтисиковое масло (ой1С1а), сафлоровое масло, маковое масло, конопляное масло, хлопковое масло, подсолнечное масло, высокомасличные триглицериды, триглицериды молочая, арахисовое масло, оливковое масло, оливковое масло из косточек, миндальное масло, капковое масло, масло лесного ореха, масло из косточек абрикоса, масло буковых орешков, люпиновое масло, кукурузное масло, кунжутное масло, масло из виноградных косточек, масло лаллемантии, касторовое масло, жир из сельди, жир из сардин, жир из менхэдина, китовый жир и талловое масло.

В конкретном варианте осуществления липофильный мономер может включать эпоксидсодержащие производные карданола, представленные следующей структурой:

Карданол является метазамещенным алкенилфенолом, полученным из встречающихся в природе фенолов, экстрагируемых из жидкости скорлупы орехов кешью, производные которых доступны из ряда

- 3 016095 коммерческих источников, включающих СатбоШе Сотротабоп (№\тагк. N1). По причине смешанной алифатической/ароматической структуры карданола производные карданола совместимы с широким спектром органических растворителей. включая ОВМ. Алифатическая боковая цепь содержит одну ненасыщенность. которая может быть эпоксидирована. и. таким образом. обеспечивает точку возможной сшивки. Карданол также обладает многими химическими характеристиками фенолов. а именно реакционной способностью в орто- и пара-положениях в отношении электрофильного ароматического замещения. Такие характеристики реакционной способности составляют основу синтеза промышленно выпускаемых производных. таких как олигомеры формальдегидной конденсации (новолак или новолачные смолы. известные специалистам в данной области) общей структуры

где X означает 0 или 1 и существует независимо от того. является или нет алифатическая боковая цепь эпоксидированной. у и ζ означают повторяющиеся звенья карданола. которые могут иметь различные функциональные группы на ароматической фенольной группе (В_£ и В₂). Общее число звеньев карданола в олигомере представлено суммой у и ζ и может изменяться от 1 до 30 в одном из вариантов осуществления. от 1 до 10 в другом варианте осуществления и от 1 до 5 в еще одном варианте осуществления. Фенольные группы боковой цепи Κι и независимо могут означать водород. алкильную или алкенильную эпоксидную боковую цепь. содержащую от 2 до 15 атомов углерода. Алкильные и алкенильные эпоксиды могут содержать линейные углеродные цепи. разветвленные углеродные цепи или комбинации соответствующих цепей. Вдобавок. каждому специалисту в данной области ясно. что как алкильные. так и алкенильные углеродные цепи могут быть замещенными и могут включать производные по меньшей мере с одним заместителем. таким как галоген. алкокси. арил и гетероарил. например каждый из которых может быть замещенным. Кроме того. специалисту в данной области также ясно. что. как использовано здесь. замещенный означает замещение водорода(водородов) на алкильной или алкенильной цепи (или на любом из соответствующих заместителей) любым другим атомом или группой атомов. включая изотопы. такие как дейтерий или тритий.

В одном из вариантов осуществления алифатическая боковая цепь может сохранять ненасыщенность (х=0) или может быть эпоксидированной (х=1). В смолах типа новолака формальдегид может служить для связывания звеньев карданола с метиленовыми (СН₂) мостиками. По одному из вариантов осуществления олигомеры карданола могут содержать 2-30 звеньев карданола (у+ζ). Фенольная группа карданола может быть дополнительно функционализирована. и формальдегидные олигомерные продукты могут включать фенолы с различным замещением на феноле (В! и В₂). Хотя в данном варианте осуществления показаны два различных фенольных замещения. специалисту в данной области понятно. что в олигомер может быть включено более двух различных фенольных замещений.

В одном из вариантов осуществления эпоксид может присутствовать в фенольных заместителях В_£и В₂. Указанный эпоксид может являться эпоксидом линейной алкенильной цепи. которая может включать такие боковые цепи. как винил. пропенил. бутенил. пентенил. гексенил. гегептенил. октенил. ноненил. деценил. ундеценил и додеценил. В конкретном варианте осуществления боковая цепь может являться эпоксидом пропениловой боковой цепи (глицидиловый эфир). Хотя конкретные варианты осуществления относятся к боковым цепям алкенила с нормальной линейной цепью. специалисту в данной области следует понимать. что эпоксиды алкенильных замещений с разветвленной цепью на фенольной группе также возможны.

В одном из вариантов осуществления липофильный эпоксидный модификатор может иметь структуру. представленную х=0. у=0. ζ=1 и В! - глицидиловый эфир. В таком случае партнер по нуклеофильной сшивке может требовать более одного нуклеофила с аминофункциональностью. В другом варианте осуществления липофильный эпоксидный модификатор может иметь структуру. представленную х=1. у=0. ζ=1 и В1 - глицидиловый эфир. В еще одном варианте осуществления липофильный эпоксидный модификатор может иметь структуру. представленную х=0. у+ζ=5. В1 - глицидиловые эфиры фенола карданолов в положениях 1. 3 и 5 олигомера и В₂ - водород на феноле карданолов в положениях 2 и 4 олигомера.

В другом варианте осуществления липофильный эпоксидный модификатор может представлять собой производное карданола с функционализированной алифатической боковой цепью. как представлено следующей структурой:

- 4 016095

Что касается применений в бурении на нефть, липофильный эпоксидный модификатор может быть желателен при использовании в сочетании с буровым раствором на нефтяной основе (ОВМ). Липофильный характер может придавать растворимость полученной полимерной структуре в ОВМ. Как должно быть очевидно для специалиста в данной области, соответствующий выбор липофильного эпоксидного модификатора зависит от требуемых свойств конечного полимерного продукта. Характеристики полимера, которые могут представлять интерес, включают упругость, твердость, химическую стойкость, теплостойкость, ударную прочность и способность создавать инвертную эмульсию.

Реагирующий с эпоксидом полимер

В одном из вариантов осуществления полимерный материал также включает по меньшей мере один реакционноспособный полимер, который может быть химически изменен с помощью липофильного эпоксидного модификатора. В целом, реагирующий с эпоксидом полимер может содержать любую нуклеофильную группу, способную реагировать с раскрытием эпоксидного цикла. В другом варианте осуществления реагирующий с эпоксидом полимер может включать полифункциональную молекулу, имеющую более одной нуклеофильной группы. В конкретных вариантах осуществления нуклеофильные группы могут включать амины, спирты, фенолы, тиолы, карбанионы и карбоксилаты.

В одном из вариантов осуществления реагирующий с эпоксидом полимер может включать фенольные соединения, такие как лигнины, включая модифицированные лигнины и лигносульфонаты, и таннины, включая модифицированные таннины и дубильные кислоты, и комбинации указанных соединений. В некоторых вариантах осуществления таннины могут быть модифицированы до большего содержания фенола. В одном из вариантов осуществления фенольная функциональная группа может взаимодействовать с эпоксидфункционализированным натуральным маслом в условиях, при которых рН изменяется в пределах 5-12, в другом варианте осуществления - 5-10 и в еще одном варианте осуществления - 6-9. Реагенты, которые могут быть использованы для доведения рН до нужного значения, могут включать гидроксиды щелочных металлов, такие как гидроксид натрия, гидроксид калия, гидроксид кальция и гидроксид рубидия, гидроксиды лития, гидроксиды бензилтриметиламмония и частично нейтрализованные соли органических кислот, такие как тринатрийэтилендиаминтетрауксусная кислота. В некоторых вариантах осуществления гидроксид щелочного металла, агент регулирования рН, или буфер, могут действовать как катализатор, вызывая или усиливая взаимодействие между липофильным эпоксидным модификатором и реагирующим с эпоксидом полимером.

Некоторые типичные увеличивающие вязкость скважинного флюида добавки включают натуральные или биополимеры, или соответствующие производные, такие как, например, ксантановая камедь и гидроксиэтилцеллюлоза (НЕС), или синтетические полимеры и олигомеры, такие как поли(этиленгликоль) (РЕС), поли(диаллиламин), поли(акриламид), поли(аминометилпропилсульфонат [АМР8]), поли(акрилонитрил), поли(винилацетат), поли(виниловый спирт), поли(виниламин), поли(винилсульфонат), поли(стирилсульфонат), поли(акрилат), поли(метилакрилат), поли(метакрилат), поли(метилметакрилат), поли(винилпирролидон), поли(виниллактам) и со-, трет- и кватер-полимеры следующих сомономеров: этилен, бутадиен, изопрен, стирол, дивинилбензол, дивиниламин, 1,4пентадиен-3-он (дивинилкетон), 1,6-гептадиен-4-он (диаллилкетон), диаллиламин, этиленгликоль, акриламид, АМР8, акрилонитрил, винилацетат, виниловый спирт, виниламин, винилсульфонат, стирилсульфонат, акрилат, метилакрилат, метакрилат, метилметакрилат, винилпирролидон и виниллактам.

Полимерные добавки

Лигнины, таннины, биополимеры и синтетические полимеры, которые обычно используют в качестве добавок к скважинным флюидам, могут быть химически модифицированы по описанной здесь реакции с липофильными эпоксидными модификаторами, с получением гидрофобных загустителей или материалов для борьбы с потерями.

При соответствующем изменении реагирующего с эпоксидом полимера специалист в данной области должен учитывать способность реагирующего с эпоксидом полимера образовывать полимерные добавки с различными степенями твердости и вязкости. В частности, сшивка и модификация реагирующих с эпоксидом полимеров может приводить к материалам с различными твердостью, гидрофобным свойством и способностью приводить к набуханию и увеличению вязкости масляной основы, в которой указанные материалы используются.

Как очевидно для специалиста в данной области, степень модификации/сшивки может влиять на свойства полученного полимера. Специалисту в данной области должно быть ясно, что молярное эквивалентное соотношение липофильного эпоксидного модификатора и выбранного реагирующего с эпоксидом полимера (ЬЕМ:ЕКР) влияет на степень достигаемой модификации/сшивки. Путем обычного изменения молярного эквивалентного соотношения ЬЕМ:ЕКР специалист в данной области легко способен определить подходящее молярное эквивалентное соотношение для получения требуемой вязкости. Специалисту в данной области ясно, что минимально модифицированный/сшитый полимер с высокой текучестью (т.е. низкой вязкостью) будет получен при использовании высокого молярного эквивалентного соотношения ЬЕМ:ЕКР. В одном из вариантов осуществления соотношение следует выбирать так, чтобы происходила только частичная модификация/сшивка. Более низкая модификация/сшивка может давать более вязкий материал, приемлемый для применений в качестве загустителя. В другом варианте осуще

- 5 016095 ствления может быть выбрано соотношение для высокой модификации/сшивки и может приводить к жестким структурам, таким как гели, что может быть приемлемо в случае материалов для борьбы с поглощениями.

Соотношение липофильного эпоксидного модификатора и реагирующего с эпоксидом полимера может изменяться. В одном из вариантов осуществления соотношение может изменяться в пределах приблизительно от 0,02 до 2. В другом варианте осуществления соотношение может изменяться в пределах приблизительно от 0,02 до 1 и в еще одном варианте осуществления приблизительно от 0,2 до 0,8. В одном из вариантов осуществления может быть использовано более одного липофильного эпоксидного модификатора и/или более одного реагирующего с эпоксидом полимера. Специалисту в данной области понятно, что массовое (или в молярном эквиваленте) соотношение липофильного эпоксидного модификатора и реагирующего с эпоксидом полимера будет влиять на степень модификации/сшивки. Путем соответствующего изменения количества реагирующих компонентов специалист в данной области легко способен определить подходящее соотношение для получения требуемой вязкости. Специалисту в данной области также ясно, что минимально сшитый полимер будет обладать высокой текучестью (низкой вязкостью).

В одном из вариантов осуществления смеси липофильного эпоксидного модификатора и реагирующего с эпоксидом полимера могут быть нагреты в условиях динамического процесса старения с применением месильной машины, что приводит к образованию полимерного продукта. В одном из вариантов осуществления температура может изменяться в пределах от 30 до 250°С. В другом варианте осуществления температура может изменяться в пределах от 30 до 175°С. В еще одном варианте осуществления температура может изменяться в пределах от 50 до 100°С.

В одном из вариантов осуществления полимерный продукт может иметь молекулярную массу в пределах приблизительно от 300 до 2000000, в другом варианте осуществления приблизительно от 500 до 50000 и в еще одном варианте осуществления приблизительно от 1000 до 5000.

Инвертно-эмульсионные компоненты для составов скважинных флюидов

В одном из вариантов осуществления описанные в вышеуказанных способах полимеры могут быть включены в скважинный флюид. Скважинные флюиды могут включать масляную непрерывную фазу; немасляную дисперсную фазу и материал для борьбы с поглощениями и/или загуститель. Специалисту в данной области ясно, что описанные выше составы могут быть модифицированы в соответствии с требуемым назначением.

Например, модификации могут охватывать степень сшивки и/или характер реагирующего с эпоксидом полимера.

Масляный флюид может представлять собой жидкость и более предпочтительно натуральное или синтетическое масло, предпочтительно масляный флюид выбирают из группы, включающей дизельное масло; минеральное масло; синтетическое масло, такое как гидрированные и негидрированные олефины, включая поли-а-олефины, линейные и разветвленные олефины и тому подобное, полидиорганосилоксаны, силоксаны или органосилоксаны, эфиры жирных кислот, в частности линейные, разветвленные и циклические алкиловые простые эфиры жирных кислот, смеси указанных эфиров и тому подобные соединения, известные специалистам в данной области; и смеси указанных соединений. Концентрация масляного флюида должна быть достаточной, чтобы образовывалась инвертная эмульсия, и может составлять примерно менее 99 об.% от инвертной эмульсии. В одном из вариантов осуществления количество масляного флюида составляет примерно от 30 до 95 об.% и более предпочтительно примерно от 40 до 90 об.% от инвертно-эмульсионного флюида. Масляный флюид в одном из вариантов осуществления может включать по меньшей мере 5 об.% материала, выбираемого из группы, включающей сложные эфиры, простые эфиры, ацетали, диалкилкарбонаты, углеводороды и комбинации указанных материалов.

Немасляный флюид, используемый в составе описанного здесь инвертно-эмульсионного флюида, является жидкостью и предпочтительно водной жидкостью. Более предпочтительно немасляная жидкость может быть выбрана из группы, включающей морскую воду, насыщенный раствор соли, содержащий растворенные органические и/или неорганические соли, жидкости, содержащие смешиваемые с водой органические соединения, и комбинации указанных жидкостей. Количество немасляного флюида составляет обычно менее теоретического предела, необходимого для образования инвертной эмульсии. Так, в одном из вариантов осуществления количество немасляного флюида составляет приблизительно меньше 70 об.% и предпочтительно приблизительно от 1 до 70 об.%. В другом варианте осуществления немасляный флюид составляет предпочтительно приблизительно от 5 до 60 об.% от инвертноэмульсионного флюида. Фаза флюида может включать либо водный флюид, либо масляный флюид, либо смеси указанных флюидов. В конкретном варианте осуществления барит с покрытием или другие утяжелители могут быть включены в скважинный флюид, содержащий водный флюид, который включает по меньшей мере одно из перечисленного: пресную воду, морскую воду, насыщенный раствор соли и комбинации вышеперечисленного.

Описанные здесь флюиды в особенности полезны при бурении, завершении и эксплуатации подземных нефтяных и газовых скважин. В частности, описанные здесь флюиды могут находить применение в составлении буровых растворов и флюидов для завершения скважины, позволяющих легко и быст

- 6 016095 ро удалять фильтровальную корку. Такие буровые растворы и флюиды в особенности полезны при бурении горизонтальных скважин в нефте-газоносных пластах.

Для получения описанных здесь буровых флюидов могут быть использованы общепринятые способы, аналогично тому, как обычно используются такие способы для получения общепринятых буровых флюидов на масляной основе. В одном из вариантов осуществления заданное количество масляного флюида, такого как масляная основа, и подходящее количество вышеуказанного поверхностно-активного вещества смешивают вместе и оставшиеся компоненты добавляют последовательно при непрерывном перемешивании. Инвертная эмульсия может быть получена энергичным взбалтыванием, смешиванием или перемешиванием в условиях сдвигового усилия, масляного флюида и немасляного флюида.

Другие добавки, которые могут быть включены в описанные здесь скважинные флюиды, включают, например, увлажнители, органофильные глины, загустители, понизители водоотдачи, поверхностноактивные вещества, диспергаторы, ослабители поверхностного натяжения, буферы рН, взаимные растворители, разбавители, понизители вязкости и очищающие агенты. Введение таких агентов хорошо известно специалисту в области составления буровых флюидов и буровых растворов.

Примеры

Различные полимеры модифицированы с помощью эпоксидных модификаторов согласно вариантам осуществления рассматриваемого изобретения. В частности, образцы ЬМА таннинов и НМА лигносульфонатов модифицированы с помощью САКЭОЬПЕ® N0’513. фенилглицидилового эфира, содержащего ненасыщенную С15-алкильную группу, присоединенную к ароматическому циклу, поставляемого СагйоШе Согрогайои (№тагк, N1), и НЕЬОХУ™ Моййег 8, С₁₂-С₁₄-алкилглицидилового эфира, поставляемого Нехюп 8рес1а11у СйетюаИ (НоиКоп, Техак), путем смешивания полимеров с эпоксидными модификаторами в присутствии различных основных материалов. Полимеры и модификаторы сначала смешивают в химическом стакане с помощью шпателя до однородности и затем добавляют по каплям предварительно рассчитанное количество основания при перемешивании вручную до однородности. Если образцы содержат крупные кусочки, такие кусочки следует размолоть с помощью пестика и ступки. Для приведенных ниже образцов 1-4 определяют количество основания, необходимого для доведения рН образцов приблизительно до рН 10. Для образцов 5 и 6 предполагается, что третичных аминогрупп достаточно для раскрытия цикла без щелочного рН.

Затем образцы помещают в герметично закрытый контейнер и нагревают до требуемой реакционной температуры. После взаимодействия в течение требуемого периода времени образцы удаляют и повторно измельчают с помощью пестика и ступки для обеспечения однородности и отсутствия крупных кусочков. По 5 мг каждого образца добавляют к 100 мл аликвотам предварительно полученного основного флюида, включающего 25 г УЕК.8А6ЕЕ™ (поставляемого М-Ι БЬС, НоиКоп, Техак), перемешивают в условиях сдвигового усилия в 1000 мл масляной основы, к которой добавляют 1 мл воды для получения глинистого УЕРЗАСЕЕ™. Затем образцы прокатывают в горячем состоянии при 93°С в течение 16 ч, после чего исследуют на реологические свойства и водоотдачу. Реологические свойства определяют, используя Еаил Мойе1 35 вискозиметр, поставляемый Еаил 1и51гитеи1 Сотрапу. Водоотдачу измеряют с помощью насыщенного элемента ΑΡΙ элемента высокой температуры, высокого давления (НТНР). Составы образцов и результаты исследования приведены ниже в табл. 1.

- 7 016095

Таблица 1

	Образец №
Компонент	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
							(конт-	(конт-	(конт-	(конт-
							роль)	роль)	роль)	роль)
Основной флюид (мл)	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100
Образец	5	5	5	5	5	5		-	5	5
Таннин (г)	10	20	20	-	20	-		-	-	5
Лигносульфонат (г)	-	-	-	20	-	20		-	5	-
ΗΕΙΌΧΎ™ 8 (мл)	2	-	-	-	2	-		-	-	-
N0513 (мл)	-	2	2	2	-	2		-	-	-
50¾ негашеная	40 кап.	4 мл	-	-	-	-		-		-
известь (г)	-	-	2	2	-	-		-	-	-
Трипропиламин	-	-		-	2	2		-	-	-
Обработанный амином	-		-	-	-	-		5	-	-
лигнит
(УепСЬет 222)
Тепловая обработка	70“С/4д	110°С	11(ГС	110°С	11(ГС	110’С
	+	за	за	за	за	за	-	-	-	-
	110°С/1д	16 час	16	16	6 час	6 час
			час	час
Реология Еапп 35			Реология при комнатной	темпера туре
€00 об/мин	11	25	22	21	15	20	11	10	14	18
300 об/мин	7	16	13	12	9	12	8	6	10	11
6 об/мин	2	4	3	2	2	2	3	2	4	4
	3 об/мин	1	3	2	2	2	2	2	1	4	4
	Прочность геля	2/-	5/-	3/-	3/-	3/-	3/-	3/-	ί/-	4/-	4/-
	(10 сек/10 мин)
	Пластическая вязкость	4	9	9	9	6	8	3	4	4	7
	(сПз)
	Предел текучести	3	7	4	3	3	4	5	2	6	4
	(фунт/кв.фут)
		Объем	при 30	мин (93	*С и 500 фунт/кв.дюйм)
	Водоотдача при НТНР	6, 5 мл	9,5 мл	23 мл	20, 5	15,5	21 мл	20 мл	42 мл	12,5	16
					мл	мл		за 30		мл за	мл за
								сек		1 мин	1 мин
	Наблюдения	Очень						Нет ГЬ	15,5	Нет ГЪ	Нет Г1
		тонкое						конт-	мл за	конт-	конт-
		диспер-						роля	4 мин	роля	роля
		сное
		темное
		вещество
		в филь-
		трате

Результаты показывают, что свойства полимеров можно попробовать изменить путем модификации. Далее некоторые данные указывают на то, что тип модификатора и основания могут оказывать некоторое влияние на свойства флюида. Водоотдача, наблюдаемая для образца 1, низкая по сравнению со стандартным контрольным продуктом УспСйсш 222 в образце 8, но также значительно выше, чем для немодифицированного основного полимера в образце 10. Показано, что вязкость образца 2 повышается при добавлении модифицированного таннина, в то же время образец также показывает хорошую водоотдачу в сравнении с образцами.

Преимущества данного изобретения включают улучшенные реологические свойства флюидов, содержащих описанные здесь загустители. Указанные свойства могут включать предел текучести и пластическую вязкость. Вдобавок, включение элемента высоколипофильного эпоксидного модификатора в полимерную структуру загустителей и/или материалов для борьбы с потерями должно давать продукты, совместимые с глинистыми буровыми флюидами на нефтяной основе. Такие агенты могут также увеличивать скольжение и снижать износ бурового оборудования.

Хотя изобретение описано ограниченным числом вариантов осуществления, специалисту в данной области понятно, что могут быть разработаны другие варианты осуществления, не выходящие за рамки объема раскрытого изобретения. Следовательно, объем изобретения ограничивается только приложен

- 8 016095 ными пунктами формулы изобретения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Скважинный флюид, включающий масляную непрерывную фазу; немасляную фазу и полимерную добавку, полученную при взаимодействии по меньшей мере одного липофильного эпоксидного модификатора и по меньшей мере одного реагирующего с эпоксидом агента, где по меньшей мере один реагирующий с эпоксидом агент выбирают по меньшей мере из одного члена группы, включающей лигнины, таннины, крахмалы, карбоксиметилцеллюлозу, полиакрилаты и полиакриламиды.
2. Скважинный флюид по п.1, где липофильный эпоксидный модификатор включает эпоксидфункционализированное производное натурального масла.
3. Скважинный флюид по п.2, где эпоксид-функционализированное производное натурального масла включает по меньшей мере одно, выбираемое из группы, включающей соевое масло, льняное масло, рапсовое масло, масло из семян ореха кешью, перилловое масло, тунговое масло, ойтисиковое масло, сафлоровое масло, маковое масло, конопляное масло, хлопковое масло, подсолнечное масло, высокомасличные триглицериды, триглицериды молочая, арахисовое масло, оливковое масло, оливковое масло из косточек, миндальное масло, капковое масло, масло лесного ореха, масло из косточек абрикоса, масло буковых орешков, люпиновое масло, кукурузное масло, кунжутное масло, масло из виноградных косточек, масло лаллемантии, касторовое масло, жир из сельди, жир из сардин, жир из менхэдина, китовый жир и талловое масло.
4. Скважинный флюид по п.2, где эпоксид-функционализированное производное натурального масла включает производные масла из семян ореха кешью формулы где х означает целое число, выбранное из значений от 0 до 1;

у означает целое число, выбранное из значений от 0 до 5;

ζ означает целое число, выбранное из значений от 1 до 5;

К₁ выбирают из группы, включающей Н, С_2-1₅алкил, С_2-1₅алкенилэпоксид и производные указанных групп; и

Я₂ выбирают из группы, включающей Н, С_2-1₅алкил, С_2-1₅алкенилэпоксид и производные указанных групп.
5. Скважинный флюид по п.1, где липофильный эпоксидный модификатор включает соединение формулы где X может означать 8, ΝΗ, О или СН₂;

η может изменяться в пределах от 0 до 20;

т может изменяться в пределах от 0 до 20 и каждый из Я! и Я₂ может быть независимо выбран из группы, включающей Н и алкильные группы с 1-4 атомами углерода.
6. Скважинный флюид по п.1, где массовое соотношение липофильного эпоксидного модификатора и реагирующего с эпоксидом агента изменяется в пределах от 0,05 до 1.
7. Скважинный флюид по п.1, где масляную фазу выбирают из группы, включающей дизельное масло, минеральное масло, синтетическое масло, сложноэфирное масло, глицериды жирных кислот, алифатические сложные эфиры, алифатические простые эфиры, алифатические ацетали и комбинации указанных соединений.
8. Скважинный флюид по п.1, где немасляную фазу выбирают из группы, включающей пресную воду, морскую воду, насыщенный раствор соли, водные растворы, содержащие водорастворимые органические соли, водорастворимые спирты, водорастворимые гликоли и комбинации указанных соединений.
9. Способ бурения подземной скважины с помощью инвертно-эмульсионного бурового флюида, включающий смешивание масляного флюида, немасляного флюида и полимерной добавки;

где полимерную добавку получают смешиванием по меньшей мере одного липофильного эпоксид

- 9 016095 ного модификатора и по меньшей мере одного реагирующего с эпоксидом агента; и где по меньшей мере один реагирующий с эпоксидом агент выбирают по меньшей мере из одного члена группы, включающей лигнины, таннины, крахмалы, карбоксиметилцеллюлозу, полиакрилаты и полиакриламиды; и бурение указанной подземной скважины с применением указанной инвертной эмульсии в качестве бурового флюида.
10. Способ по п.9, где липофильный эпоксидный модификатор включает соединение формулы т X' где X может означать 8, ΝΗ, О или СН₂;

η может изменяться в пределах от 0 до 20;

т может изменяться в пределах от 0 до 20 и каждый из В, и К₂ может быть независимо выбран из группы, включающей Н и алкильные группы с 1-4 атомами углерода.
11. Способ по п.9, где по меньшей мере один липофильный эпоксидный модификатор включает эпоксид-функционализированное производное по меньшей мере одного из масел, выбранных из группы, включающей соевое масло, льняное масло, рапсовое масло, масло из семян ореха кешью, перилловое масло, тунговое масло, ойтисиковое масло, сафлоровое масло, маковое масло, конопляное масло, хлопковое масло, подсолнечное масло, высокомасличные триглицериды, триглицериды молочая, арахисовое масло, оливковое масло, оливковое масло из косточек, миндальное масло, капковое масло, масло лесного ореха, масло из косточек абрикоса, масло буковых орешков, люпиновое масло, кукурузное масло, кунжутное масло, масло из виноградных косточек, масло лаллемантии, касторовое масло, жир из сельди, жир из сардин, жир из менхэдина, китовый жир и талловое масло.
12. Способ по п.11, где по меньшей мере один липофильный эпоксидный модификатор включает производные экстрактов масла семян ореха кешью формулы, включающие структуры формулы

ОН где х означает целое число, выбранное из значений от 0 до 1;

у означает целое число, выбранное из значений от 0 до 5;

ζ означает целое число, выбранное из значений от 1 до 5;

Κι выбирают из группы, включающей Н, С_2-1₅алкил, С_2-1₅алкенилэпоксид и производные указанных групп; и

К₂ выбирают из группы, включающей Н, С_2-1₅алкил, С_2-1₅алкенилэпоксид и производные указанных групп.
13. Способ по п.9, где массовое соотношение липофильного эпоксидного модификатора и реагирующего с эпоксидом агента изменяется в пределах от 0,05 до 1.
14. Способ по п.9, где масляный флюид выбирают из группы, включающей дизельное масло, минеральное масло, синтетическое масло, сложноэфирное масло, глицериды жирных кислот, алифатические сложные эфиры, алифатические простые эфиры, алифатические ацетали и комбинации указанных соединений.
15. Способ по п.9, где немасляную фазу выбирают из группы, включающей пресную воду, морскую воду, насыщенный раствор соли, водные растворы, содержащие водорастворимые органические соли, водорастворимые спирты, водорастворимые гликоли и комбинации указанных соединений.
16. Добавка к скважинному флюиду, включающая полимер, полученный при взаимодействии по меньшей мере одного липофильного эпоксидного модификатора и по меньшей мере одного реагирующего с эпоксидом агента; где по меньшей мере один реагирующий с эпоксидом агент выбирают по меньшей мере из одного члена группы, включающей лигнины, таннины, крахмалы, карбоксиметилцеллюлозу, полиакрилаты и полиакриламиды.
17. Добавка к скважинному флюиду по п.16, где по меньшей мере один липофильный эпоксидный модификатор включает эпоксид-функционализированное производное натурального масла.
18. Добавка к скважинному флюиду по п.17, где эпоксид-функционализированное производное натурального масла является по меньшей мере одним из указанных производных масла, выбранных из группы, включающей соевое масло, льняное масло, рапсовое масло, масло из семян ореха кешью, перил

- 10 016095 ловое масло, тунговое масло, ойтисиковое масло, сафлоровое масло, маковое масло, конопляное масло, хлопковое масло, подсолнечное масло, высокомасличные триглицериды, триглицериды молочая, арахи совое масло, оливковое масло, оливковое масло из косточек, миндальное масло, капковое масло, масло лесного ореха, масло из косточек абрикоса, масло буковых орешков, люпиновое масло, кукурузное мас ло, кунжутное масло, масло из виноградных косточек, масло лаллемантии, касторовое масло, жир из сельди, жир из сардин, жир из менхэдина, китовый жир и талловое масло.
19. Скважинный флюид по п.18, где эпоксид-функционализированное производное натурального масла включает производные масла из семян ореха кешью формулы где х означает целое число, выбранное из значений от 0 до 1;

у означает целое число, выбранное из значений от 0 до 5;

ζ означает целое число, выбранное из значений от 1 до 5;

К₁ выбирают из группы, включающей Н, С_2-1₅алкил, С_2-1₅алкенилэпоксид и производные указанных групп; и

К₂ выбирают из группы, включающей Н, С_2-1₅алкил, С_2-1₅алкенилэпоксид и производные указанных групп.
20. Скважинный флюид по п.16, где липофильный эпоксидный модификатор включает соединение формулы где X может означать 8, ΝΗ, О или СН₂;

η может изменяться в пределах от 0 до 20;

т может изменяться в пределах от 0 до 20 и каждый из Р| и К₂ может быть независимо выбран из группы, включающей Н и алкильные группы с 1-4 атомами углерода.
21. Добавка к скважинному флюиду по п.16, где массовое соотношение липофильного эпоксидного модификатора и реагирующего с эпоксидом агента изменяется в пределах от 0,05 до 1.

4^) Евразийская патентная организация, ЕАПВ

Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2