EA020002B1 - Способ обработки подземного пласта, пронизанного буровой скважиной - Google Patents

Abstract

Данное изобретение относится к способам для обработки подземных пластов, в частности способам для интенсификации добычи на нефтяном месторождении, использующим эмульсии "вода-в-воде" для полимера в целях однородного растворения реологически активного полимера, такого как загуститель или понижающий трение агент, в рабочей жидкости для обработки буровой скважины. Эмульсии характеризуются малой вязкостью и легко закачиваются для перемешивания с рабочей жидкостью для обработки буровой скважины, где при разбавлении в водной среде полимер легко гидратируется без образования комков. Перераспределяющая добавка в эмульсии "вода-в-воде" в общем случае не оказывает неблагоприятного воздействия на реологию рабочей жидкости для обработки буровой скважины. Изобретение также относится к дополнительной обработке эмульсии в результате мокрого размалывания, высокосдвигового перемешивания и/или нагревания для улучшения скорости гидратирования при получении рабочей жидкости для обработки буровой скважины.

Description

Данное изобретение относится к способу обработки подземного пласта.

В операциях, относящихся к освоению и заканчиванию буровых скважин, которые проникают в подземные пласты, и к добыче газообразных и жидких углеводородов из природных резервуаров через такие буровые скважины, используют различные типы рабочих жидкостей. Данные операции включают перфорирование подземных пластов, гидравлический разрыв подземных пластов, модифицирование проницаемости подземных пластов или борьбу с выносом песка или притоком воды из подземных пластов. Рабочие жидкости, использующиеся в данных операциях на нефтяном месторождении, известны под наименованиями буровых рабочих жидкостей, рабочих жидкостей для заканчивания буровой скважины, рабочих жидкостей для капитального ремонта буровой скважины, надпакерных рабочих жидкостей, рабочих жидкостей для гидравлического разрыва пласта, рабочих жидкостей для воздействия на пласт, рабочих жидкостей для выравнивания профиля приемистости или контроля проницаемости, рабочих жидкостей для закрепления стенок ствола буровой скважины и т.п. и в настоящем документе коллективно называются рабочими жидкостями для обработки буровой скважины.

Для модифицирования реологии, например загущения, суспендирования расклинивающего наполнителя, понижения трения и т.п., в нескольких рабочих жидкостях для обработки подземных пластов, в том числе в рабочих жидкостях для гидравлического разрыва пласта, рабочих жидкостях для очистки буровой скважины, рабочих жидкостях для формирования гравийной набивки и т.п., зачастую используются водорастворимые полимеры. Создание данных рабочих жидкостей зачастую включает стадии диспергирования и гидратирования в водном потоке полимеров, таких как гуаровая смола, целлюлоза и их производные. Гидратирование полимеров для областей применения на нефтяном месторождении в общем случае представляет собой медленный процесс. Данный процесс обычно включает, по меньшей мере, несколько минут перемешивания полимера, либо углеводородной суспензии, либо сухого полимера, с водой в линии тока, которая включает различные ячейки. Несмотря на укорочение процесса и времени гидратирования благодаря множеству усилий, приложенных в последние десятилетия, процесс все еще не является настолько быстрым, как хотелось бы, т.е. не обеспечивает достижения более чем 80% от конечной вязкости рабочей жидкости, в течение менее чем 1 или 1,5 мин. Продолжительное время гидратирования требует использования в операции специфической гидратирующей установки, такой как прецизионный непрерывный смеситель (ПНС), наверху установки смешения, такой как смеситель с программируемой оптимальной плотностью (ПОП). Затраты на оборудование и энергию в данном способе являются высокими.

Разновидности порошкообразной гуаровой смолы в общем случае получают способом размалывания. Частицы гуаровой смолы в общем случае имеют крученую, пластиноподобную структуру, которую можно наблюдать в микроскоп. При контакте с водой крученые структуры быстро раскручиваются до получения слоистых структур, которые являются более плоскими. По мере того как данные структуры становятся интеркалированными благодаря абсорбированию большего количества воды, они будут неравномерно набухать с образованием более крупных пластин там, где они вступают в контакт с водой. При неравномерном набухании, проходящем между слоями, и содействии ему от определенного перемешивания слои расслаиваются на почти отдельные листы. Конечная стадия заключается в полном растворении набухших пластинчатых структур до индивидуальных молекулярных клубков. В процессе гидратирования стадии набухания и расслаивания проходят быстро, обычно в течение менее чем 10 с. Стадия растворения отслоившихся пластинок протекает намного медленнее, а также зависит от степени перемешивания. Последняя стадия является наиболее продолжительной, обычно составляющей приблизительно 50-70% от совокупного времени полного процесса гидратирования.

Как известно, чем меньшими будут частицы полимера, тем большей будет площадь поверхности, которая может вступать в контакт с водной фазой, и тем быстрее будет протекать процесс гидратирования. Однако существует несколько проблем, связанных с использованием очень маленьких частиц гуаровой смолы. Размалывание сухого полимера гуаровой смолы может оказывать неблагоприятное воздействие на эксплуатационные характеристики полимера, поскольку процесс размалывания может физически разрушить молекулярные цепи и, таким образом, уменьшить молекулярную массу полимера и поэтому уменьшить конечный выход вязкости геля. В дополнение к этому, чем меньшим будет размер частиц, тем более трудным будет размалывание в том, что касается геометрии бегунов, подвода энергии, контроля рассеяния тепла и т.п., что, в свою очередь, приводит к повышенным затратам. Кроме того, в случае маленьких частиц они имеют тенденцию к образованию во время гидратирования комков, когда при быстром гидратировании наружных частиц агломерата образуется густой желатинообразный материал, который инкапсулирует внутренние частицы агломерата и предотвращает поступление воды в сердцевину для последующего гидратирования. Таким образом, знание о том, что более мелкие частицы потенциально укоротят время гидратирования, не привело к эффективному улучшению с точки зрения сокращения времени завершения процесса гидратирования.

Исторически растворы полимеров на нефтяных месторождениях подвергали гелеобразованию способами периодического перемешивания, при которых сухой полимер перемешивали с водой в резервуарах, достаточно больших для вмещения всей рабочей жидкости для обработки буровой скважины. Дан

- 1 020002 ные периодические способы обработки имели множество ограничений, поскольку гель, будучи получен, мог разлагаться под действием бактерий, и любой гель, не использованный на буровой площадке, уходил в отход. В дополнение к этому, периодическое перемешивание не обеспечивало легкого внесения изменений в концентрации геля или загрузку в ходе обработки. В соответствии с этим были разработаны многочисленные технологии, позволяющие проводить непрерывное перемешивание растворов полимера на буровой площадке. Успешная методика гелеобразования для водной рабочей жидкости должна удовлетворять нескольким критериям, включающим нижеследующие, но не ограничивающимся только этими: обеспечение точного дозирования полимерного материала в водный поток, получение рабочих жидкостей, содержащих гидратированный полимер, на минимальном количестве оборудования при одновременном также избегании и образования комков при попадании частиц полимера в контакт с водой.

Широко применяемые системы непрерывного перемешивания обычно используют неводные суспензии или системы сухих порошков. Неводные суспензии содержат сухой полимер, суспендированный в масляном растворителе, зачастую дизельном топливе, что вызывает появление определенных трудностей. Для сведения к минимуму использования масляных суспензий обслуживающие компании также разработали сухие системы, в которых сухой порошок непосредственно перемешивают с водой, но такие системы могут вызывать появление другого набора трудностей, известных специалисту в соответствующей области техники. Некоторые примеры усложненного оборудования для гидратирования полимера описываются в документах И8 5190374, И8 5382411, И8 5426137 и И8 2004/0256106.

Подобные трудности встречаются и при добавлении понижающего трение агента, такого как акриламидный гомополимер или сополимер, к маловязким рабочим жидкостям для гидравлического разрыва пласта, известным под наименованием рабочих жидкостей на водной основе, содержащих реагент для снижения поверхностного натяжения, которые обычно содержат только от 0,025 до 0,2 мас.% понижающего трение агента, в дополнение к другим обычным добавкам, таким как биоциды, ингибиторы образования отложений, стабилизаторы неустойчивых глин, такие как хлорид калия, хлорид триметиламмония и т.п. Понижающие трение агенты коммерчески доступны в масле или эмульсиях масло-вода. Для подавления турбулентного течения в рабочей жидкости на водной основе, содержащей реагент для снижения поверхностного натяжения, понижающий трение агент должен переключаться из эмульсии на быстрое растворение в воде, обычно в течение нескольких секунд, в противном случае полное снижение сопротивления течению во время закачивания через ствол буровой скважины достигнуто не будет. Для укорочения времени переключения в эмульсиях понижающего трение агента использовали поверхностно-активные вещества. Кроме того, разбавление понижающего трение агента в соляном растворе использовали для схлопывания ионных полимерных цепей и уменьшения вязкости концентрированного раствора понижающего трение агента; однако проблемой являлась стабильность при хранении, поскольку любой контакт с пресной водой, такой как капельный конденсат внутри резервуара для хранения, немедленно приводил к образованию комков, которые нельзя было повторно диспергировать. Необходимо отметить то, что комки образуются даже несмотря на то, что маловязкие разбавленные соляным раствором полиакриламидные смеси представляют собой прозрачные растворы, что свидетельствует об отсутствии фазового разделения.

В пищевой промышленности используют двухфазные водные жидкости для создания растворов полимеров, которые имитируют свойства глобул жира. В биомедицине такие системы используют в качестве разделительных сред для белков, ферментов и других макромолекул, которые предпочтительно перераспределяются в одну фазу полимера в смеси. В случае совместного растворения в водной среде двух и более различных водорастворимых полимеров иногда будет наблюдаться разделение фазы системы на отчетливые области. Например, это происходит в случае выбора двух полимеров с высокой концентрацией, каждый из которых является водорастворимым, но термодинамически несовместимым с другим компонентом из пары, например в случае полиэтиленгликоля (ПЭГ) и декстрана. Такие двухфазные системы в литературе называют по-разному - эмульсиями вода-в-воде, двухфазными системами, водными двухфазными системами (ВДФС) и т.д. Хотя они и могут быть названы эмульсиями, они необязательно содержат либо масло, либо поверхностно-активное вещество.

Несмотря на наличие на нефтяном месторождении в настоящее время многочисленных систем непрерывного перемешивания, ни одна из них не является полностью удовлетворительной, и сохраняется значительная потребность в системах, демонстрирующих улучшенные характеристики гидратирования. Данная потребность, по меньшей мере, отчасти удовлетворяется в следующем изобретении.

Краткое изложение изобретения

Некоторые варианты реализации настоящего изобретения отчасти базируются на открытии того, что эмульсии вода-в-воде или другие эмульсии растворитель-в-растворителе могут быть использованы для доставки полимеров, в особенности полимеров, модифицирующих реологию, в плотные соляные растворы и другие рабочие жидкости для обработки буровых скважин. В случае включения в дисперсную фазу небольших капель раствора полимера или смачиваемых водой частиц полимера эмульсии с точки зрения реологии будут вести себя во многом подобно суспензии твердых частиц в непрерывной фазе. Таким образом, воздействие на кажущуюся вязкость эмульсии главным образом оказывают реология непрерывной фазы и совершенно немного вязкость дисперсной фазы. Термин эмульсия вода-в-воде

- 2 020002 в соответствии с использованием в настоящем документе применяется для включения смесей, содержащих обычно водорастворимые полимеры в дисперсной фазе вне зависимости от того, будет ли дисперсная фаза представлять собой каплю жидкости мало- или высоковязкого раствора полимера или глобулу пастообразного или смачиваемого водой полимера, содержащую твердые частицы полимера, т.е. термин эмульсия вода-в-воде может быть использован как для смесей жидкость-жидкость, так и для суспензий жидкость-твердое вещество, содержащих водорастворимые полимеры.

В одном варианте реализации в настоящем изобретении используют перераспределяющую добавку, которая серьезно ограничивает растворимость реологической добавки, такой как полимер. В результате смесь образует эмульсию вода-в-воде, где концентрированная реологическая добавка концентрируется в дисперсной фазе, в виде вязкого водного раствора или в виде смачиваемых водой, гидратированных или частично гидратированных частиц, а перераспределяющая добавка концентрируется в непрерывной фазе. Один пример не ограничивающей системы содержит гуаровую смолу в качестве загустителя и полиэтиленгликоль (ПЭГ) в качестве перераспределяющей добавки. Гуаровую смолу обычно используют при загущении рабочих жидкостей для обработки буровой скважины с относительно низкими концентрациями, например, 0,1 мас.%, а при более высоких концентрациях в воде рабочая жидкость может стать чрезмерно густой для закачивания или течения. В вариантах реализации настоящего изобретения эмульсия вода-в-воде для концентрированной гуаровой смолы характеризуется относительно низкой вязкостью и очень легко закачивается, но в случае разбавления водой на буровой площадке происходит пересечение точки бинодали и образуется непрерывная водная фаза полимера, легко загущающая рабочую жидкость.

Таким образом, вариант реализации концентрированной гуаровой смолы характеризуется низкой вязкостью, удобной для транспортирования на буровую площадку и/или получения рабочей жидкости для обработки буровой скважины, но быстро загущается при разбавлении в рабочей жидкости для обработки буровой скважины. Кроме того, и это неожиданно, перераспределяющие добавки, такие как вариант реализации ПЭГ, могут быть эффективно использованы в эмульсиях вода-в-воде при концентрациях по отношению к загущающему полимеру, которые при разбавлении в рабочей жидкости для обработки буровой скважины являются достаточно низкими для сведения к минимуму любых неблагоприятных воздействий на рабочую жидкость для обработки буровой скважины, выражаемых, например, через реологию, стабильность, сшиваемость и т.п.

Еще одно преимущество эмульсии вода-в-воде заключается в легкой текучести и закачиваемости смеси даже несмотря на очень большую густоту или пастообразность сопоставимой смеси из воды и одного только полимера в отсутствие какой-либо перераспределяющей добавки. Это обеспечивает получение эмульсии вода-в-воде при высоком уровне содержания полимера, и в то же самое время частицы полимера входят в контакт с водной средой и, по меньшей мере, частично набухают в воде, будучи в то же самое время диспергированными в водном растворе перераспределяющей добавки. Таким образом, набухшие гуаровая смола или другой полимер в эмульсии вода-в-воде получают преимущество в процессе гидратирования и, таким образом, могут быть быстрее гидратированы в воде или водной рабочей жидкости, чем сухая гуаровая смола.

Более важно то, что набухшая гуаровая смола в эмульсии вода-в-воде может быть дополнительно обработана благоприятным образом для дополнительного улучшения быстрого гидратирования. Например, для разрушения частиц гуаровой смолы на более мелкие куски и, таким образом, для достижения более быстрого гидратирования может быть использована механическая обработка, такая как мокрое размалывание, эмульсии вода-в-воде, но без проблем, отмеченных ранее для предшествующего уровня техники сухого размалывания. Набухшая частица гуаровой смолы является относительно более крупной и более мягкой в сопоставлении со своим сухим партнером, что облегчает размалывание. При мокром размалывании выделяемое тепло может быть рассеяно в жидкой среде. Поскольку размалывание также амортизируется рабочей жидкостью, имеет место меньшее уменьшение молекулярной массы полимера. Кроме того, все более и более мелкие частицы, образующиеся во время мокрого размалывания, являются уже диспергированными в воде и не подвержены образованию комков. В настоящее время эффективный способ промотирования гидратирования может представлять собой предварительное нагревание концентрированной смеси гуаровой смолы, поскольку нет необходимости нагревания совокупной жидкой фазы рабочей жидкости для обработки буровой скважины, и концентрат представляет собой только малую долю от совокупной рабочей жидкости.

В одном варианте реализации изобретение предлагает способ обработки подземного пласта, пронизанного буровой скважиной. Способ может включать стадии: (1) перемешивания реологического полимера, перераспределяющей добавки и первой жидкой среды для получения гетерогенной смеси, содержащей дисперсную фазу, обогащенную реологическим полимером, и фазу, обогащенную перераспределяющей добавкой; (2) разбавления гетерогенной смеси второй жидкой средой, смешиваемой с первой жидкой средой, для взаимного растворения фазы, обогащенной полимером, и фазы, обогащенной перераспределяющей добавкой, и получения рабочей жидкости для обработки буровой скважины, содержащей непрерывную перемешанную фазу полимер-добавка; и (3) нагнетания рабочей жидкости для обработки буровой скважины в буровую скважину. В вариантах реализации реологическим полимером могут

- 3 020002 являться загущающий полимер, эффективный для увеличения вязкости рабочей жидкости для обработки буровой скважины; или понижающий трение агент, эффективный для понижения гидравлических потерь на трение при закачивании рабочей жидкости для обработки буровой скважины в буровую скважину при большом расходе, например, 4 м/с.

В вариантах реализации непрерывная перемешанная фаза полимер-добавка характеризуется кажущейся вязкостью при 1 л/с и 25°С, которая является большей, чем объемная кажущаяся вязкость гетерогенной смеси; кажущейся вязкостью при 10 л/с и 25°С, которая является большей, чем объемная кажущаяся вязкость гетерогенной смеси; или кажущейся вязкостью при 100 л/с и 25°С, которая является большей, чем объемная кажущаяся вязкость гетерогенной смеси.

В одном варианте реализации первая и вторая жидкие среды могут быть водными, а стадия перемешивания может дополнительно включать, по меньшей мере, частичное гидратирование загущающего полимера.

В одном варианте реализации фаза, обогащенная перераспределяющей добавкой, может быть непрерывной, а фаза, обогащенная реологическим полимером, может быть в ней тонко диспергирована.

В вариантах реализации первая и вторая жидкие среды могут быть водными, а перераспределяющая добавка может содержать водорастворимый полимер.

В одном варианте реализации стадия перемешивания включает массовое соотношение между реологическим полимером и перераспределяющей добавкой в диапазоне от 1:4 до 4:1. Гетерогенная смесь может содержать от 2 до 20 мас.% реологического полимера при расчете на массу жидких сред в гетерогенной смеси. Непрерывная перемешанная фаза полимера может содержать от 0,01 до 1 мас.% реологического полимера при расчете на массу жидких сред.

В одном варианте реализации перераспределяющая добавка может включать полимер, растворимый в жидких средах и характеризующийся растворимостью, отличной от растворимости реологического полимера. Концентрированные растворы реологического полимера и перераспределяющей добавки в первой жидкой среде предпочтительно являются несмешиваемыми. В вариантах реализации реологический полимер может представлять собой полисахарид; перераспределяющая добавка полиалкиленоксид. В одном конкретном варианте реализации гетерогенная смесь может содержать в водной среде полиэтиленгликоль и один или несколько представителей, выбираемых из гуаровой смолы, производного гуаровой смолы, целлюлозы, производного целлюлозы, гетерополисахарида, производного гетерополисахарида или полиакриламида.

В одном варианте реализации первая жидкая среда является водной, а второй жидкой средой может являться соляной раствор высокой плотности. В еще одном варианте реализации первая и вторая жидкие среды могут быть водными, а способ также может включать механическую, термическую или комбинированную механическую и термическую обработку гетерогенной смеси, эффективную для увеличения скорости гидратирования полимера на стадии разбавления. Обработка может включать, например, мокрое размалывание, высокосдвиговое перемешивание, обработку ультразвуком, нагревание и т.п или любую их комбинацию.

В одном варианте реализации жидкие среды могут быть водными, а перераспределяющая добавка может включать неионогенное поверхностно-активное вещество. В дополнительном или альтернативном варианте способ может дополнительно включать стадию диспергирования газовой фазы в рабочей жидкости для обработки буровой скважины в целях получения активированной рабочей жидкости или пены.

В вариантах реализации эмульсия вода-в-воде может содержать от 5 до 20% одного или нескольких полимеров при расчете на массу воды в эмульсии. Рабочая жидкость для обработки буровой скважины может содержать от 0,01 до 1 мас.% одного или нескольких полимеров при расчете на массу воды в рабочей жидкости для обработки буровой скважины.

Еще один вариант реализации изобретения предлагает способ обработки подземного пласта, пронизанного буровой скважиной, включающий стадии: (а) перемешивания описанного ранее концентрата полимера со второй водной средой для диспергирования полимера в получающейся в результате смеси в течение 90 с, и (Ь) нагнетания получающейся в результате смеси в буровую скважину.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 иллюстрирует аппроксимированную бинодальную кривую для водных систем, образованных из гуаровой смолы и полиэтиленгликоля, имеющего молекулярную массу 8000 (ПЭГ 8000), в деионизованной (ДИ) воде, где закрашенные кружки указывают на однофазные смеси, а незакрашенные кружки указывают на двухфазные смеси, содержащие маловязкие концентраты гуаровой смолы, и где диагональная линия представляет один вариант реализации пути разбавления для получения раствора 0,5 мас.% гуаровой смолы из концентрата гуаровая смола:ПЭГ 8000 с соотношением компонентов смеси 1:1.

Фиг. 2 иллюстрирует фазовую диаграмму для гуаровой смолы, перемешанной с ПЭГ 8000 в воде ДИ, в том числе бинодаль, отделяющую однофазные растворы от двухфазных растворов; линию равных объемов двух фаз, указывающую на композиции, где равновесное разделение фаз в результате приводит к получению двух фаз равного объема и где композиции над и под линией равных объемов двух фаз образуют относительно более и менее концентрированные фазы гуаровой смолы; и один соответствующий изобретению вариант реализации предельной линии, где смесь может быть разбавлена до 0,5 мас.% гуа

- 4 020002 ровой смолы без реологических изменений под действием ПЭГ 8000 в соответствии с массовым соотношением гуаровая смола:ПЭГ 8000, равным приблизительно 5:8.

Фиг. 3 демонстрирует реологию растворов 0,5 мас.% гуаровой смолы при добавлении и без добавления ПЭГ 8000, выраженную через зависимость между кажущейся вязкостью и скоростью сдвига, что свидетельствует об отсутствии измеримого изменения реологии растворов 0,5 мас.% гуаровой смолы, соответствующих одному варианту реализации изобретения, вызываемого концентрациями ПЭГ 8 000, меньшими, чем приблизительно 1 мас.%.

Фиг. 4 демонстрирует вязкости базовой рабочей жидкости из примера 4, полученной из сухой гуаровой смолы, и рабочей жидкости изобретения из примера 5, полученной из концентрата гуаровой смолы совместно с ПЭГ 8000, в обоих случаях при идентичных в других отношениях рецептурах боратного сшивания, для скорости сдвига 100 с^-1 при увеличении температуры образца от комнатной температуры до 79,4°С (175°Е).

Фиг. 5 демонстрирует эквивалентность вязкостей при 100 с^-1 для рабочих жидкостей из примеров 4 и 5 с фиг. 4 в ходе выдерживания образцов при температуре 79,4°С (175°Е) в течение 2 ч.

Фиг. 6 демонстрирует вязкости двух гидроксипропильных производных гуаровой смолы (ГПГ), характеризующихся степенями замещения 0,6 и 0,4, нагнетаемых в плотный соляной раствор СаС1₂ в виде сухого ГПГ для сопоставления и концентратов предварительно гидратированных ГПГ в эмульсиях вода-в-воде, соответствующих настоящему изобретению, согласно описанию в примерах 7-10, где каждая из рецептур концентратов предварительно гидратированных ГПГ быстро увеличивает вязкость, а добавление к соляному раствору сухого ГПГ демонстрировало очень малое развитие вязкости даже по истечении 30 мин.

Фиг. 7 демонстрирует зависимость между числом оборотов в минуту для смесителя, загруженного водой при относительно постоянной мощности, в который гуаровую смолу добавляют всю сразу, и вязкостью раствора гуаровой смолы и временем, согласно описанию в примере 11.

Фиг. 8 демонстрирует зависимость между процентным гидратированием раствора гуаровой смолы с фиг. 7 и временем, по которой процентное гидратирование может быть скоррелировано с числом оборотов в минуту для смесителя, согласно описанию в примере 11.

Фиг. 9 сопоставляет кривые гидратирования для сухой гуаровой смолы (пример 11, сравнительный); эмульсии вода-вводе, содержащей 10 мас.% гуаровой смолы и 6 мас.% ПЭГ 8000 и полученной в смесителе ΧΑΛΚΙΝΟ (основа ΧΑΙΧΑΕ, пример 12, изобретение); основы ΧΑΙΧΑΕ, обработанной при использовании высокосдвигового смесителя δΙΕνΕΚδΟΝ в течение 10 (пример 13, изобретение); основы ΧΑΙΧΑΕ, обработанной при использовании высокосдвигового смесителя δΙΕνΕΚδΟΝ в течение 20 мин (пример 14, изобретение); и основы ΑΙΑΕ, обработанной при использовании электрической ступки в течение 10 мин (пример 15, изобретение), согласно описанию в примерах 11-15, в соответствии с вариантами реализации изобретения.

Фиг. 10 сопоставляет кривые гидратирования для эмульсии вода-в-воде, содержащей 10 мас.% гуаровой смолы и 6 мас.% ПЭГ 8000 и полученной в смесителе ΧΑΛΚΝΙΝΟ (основа ΧΑΙΧΑΕ) и основы ΑΙАЕ, предварительно нагретой до 65,6°С (150°Е), согласно описанию в примерах 12 и 16, в соответствии с вариантами реализации изобретения.

Фиг. 11 демонстрирует схематическую блок-схему получения на буровой площадке полимерного геля в рабочей жидкости для обработки буровой скважины на основе сухой порошкообразной гуаровой смолы при использовании способа эмульсии вода-в-воде для предварительного гидратирования, согласно описанию в примере 17, в соответствии с одним вариантом реализации изобретения.

Описание изобретения

Вначале необходимо отметить то, что при разработке любого такого фактического варианта реализации для достижения конкретных целей разработчика, таких как соответствие ограничениям, связанным с системой и экономической деятельностью, которые будут варьироваться при переходе от одного варианта реализации к другому, необходимо принять множество решений, специфических для конкретного варианта реализации. Кроме того, необходимо понимать то, что такие усилия по разработке могут быть сложными и отнимающими много времени, но, тем не менее, будут представлять собой стандартное мероприятие для специалистов в соответствующей области техники, использующих преимущества данного описания изобретения. Описание изобретения и примеры представлены исключительно для целей иллюстрирования предпочтительных вариантов реализации изобретения и не должны восприниматься в качестве ограничения объема и применимости изобретения. Несмотря на описание в настоящем документе композиций настоящего изобретения как содержащих определенные материалы, необходимо понимать то, что композиция необязательно могла бы содержать два и более химически разнородных материала. В дополнение к этому композиция также может содержать некоторые компоненты, отличные от тех, которые уже были упомянуты.

В кратком изложении изобретения и данном описании изобретения каждое численное значение должно прочитываться один раз как модифицированное термином приблизительно (если только уже однозначно такое модифицирование не будет иметь места), а после этого прочитываться еще раз как не модифицированное таким образом, если только в контексте не будет указано другого. Кроме того, в

- 5 020002 кратком изложении изобретения и данном подробном описании изобретения необходимо понимать то, что диапазон концентраций, приведенный или описанный как подходящий, пригодный и т.д., подразумевает то, что все без исключения концентрации в пределах данного диапазона, в том числе и граничные точки, должны рассматриваться как заявленные. Например, диапазон от 1 до 10 должен прочитываться как указывающий на все без исключения возможные числа в пределах континуума от приблизительно 1 до приблизительно 10. Таким образом, даже в случае наличия недвусмысленного указания на конкретные экспериментальные точки в пределах диапазона или упоминания только нескольких конкретных примеров или даже в случае отсутствия недвусмысленного указания на какие-либо экспериментальные точки в пределах диапазона или упоминания только нескольких конкретных примеров необходимо понимать то, что изобретатели осознают и понимают необходимость рассматривания как заявленных всех без исключения экспериментальных точек в пределах диапазона и что изобретатели раскрыли и задействовали весь диапазон и все точки в пределах диапазона.

Данное изобретение относится к рабочим жидкостям, использующимся при обработке подземного пласта, и, в частности, изобретение относится к использованию эмульсий вода-в-воде для создания концентрированных суспензий полимера, подходящих для использования при создании рабочих жидкостей для обработки буровой скважины, и в способах обработки подземных пластов. Изобретение представляет собой улучшение в сопоставлении с предшествующим уровнем техники благодаря предложению концентрированной суспензии полимера, которую можно удобно получать, легко хранить и/или транспортировать и точно доставлять в рабочую жидкость для обработки буровой скважины при использовании минимума оборудования и времени растворения. В одном неожиданном открытии использование эмульсий вода-в-воде также может служить значительным улучшением при загущении плотных соляных растворов для применения на нефтяных месторождениях.

Некоторые варианты реализации изобретения включают концепцию водных двухфазных систем в качестве систем доставки для предварительно гидратированных концентратов полимеров на буровой площадке. Преимущество предварительно гидратированных концентратов в вариантах реализации заключается в уменьшении или исключении образования комков, которые в противном случае могут иметь место при попытке диспергирования сухого полимера в воде. Присутствие перераспределяющей добавки при получении концентрата полимера подавляет образование гелеобразного покрытия поверх агрегатов частиц полимера, и даже малосдвиговое перемешивание во многих вариантах реализации будет легко разбивать и диспергировать частицы полимера в растворе перераспределяющей добавки. В одном варианте реализации, в котором перераспределяющая добавка растворяется в воде медленнее, перераспределяющая добавка может быть растворена в воде до добавления частиц полимера. В любом случае, поскольку при получении водного концентрата полимер является уже диспергированным, и все поверхности находятся в контакте с водой, риск образования комков при использовании полимера на буровой площадке сводится к минимуму. В одном варианте способ получения рабочей жидкости для обработки буровой скважины или обработки подземного пласта исключает образование комков.

В дополнение к этому, еще одно важное неожиданное открытие изобретения заключается в том, что данные предварительно гидратированные концентраты полимера могут быстро загущать тяжелые соляные растворы. В соответствии с использованием в настоящем документе тяжелый соляной раствор, иногда также называемый соляным раствором высокой плотности или высокоплотным соляным раствором, представляет собой водный раствор неорганической соли, характеризующийся удельной плотностью, большей, чем приблизительно 1,02 кг/л (8,5 фунт/галлон (фунт на один галлон)), 1,08 кг/л (9 фунтов на один галлон) или 1,14 кг/л (9,5 фунтов на один галлон), в особенности большей чем 1,2, 1,32, 1,44 или 1,5 кг/л (10, 11, 12 или 12,5 фунта на один галлон). Данное открытие предполагает то, что на загущение и другие морфологические характеристики рабочей жидкости, содержащей полимер, сильное воздействие оказывает способ, по которому вводят полимер, а не просто совокупная композиция конечной рабочей жидкости.

Еще одно преимущество данных систем эмульсий вода-в-воде заключается в том, что они очень хорошо выдерживают воздействие любого случайного поступления воды в концентрат, такое как, например, конденсация в ходе транспортирования, тогда как даже небольшие количества воды, присутствующей в неводных суспензиях полимера или системах сухого свободнотекучего порошкообразного или гранулированного полимера, могут сделать материал непригодным.

Некоторые варианты реализации изобретения используют маловязкий концентрированный раствор полимера для быстрого получения на буровой площадке растворов полимера при минимальной потребности в оборудовании и мощности. Несмотря на отсутствие ограничения какими-либо конкретными теорией или механизмом действия эмульсия вода-в-воде, как представляется, делает возможными растворение или, по меньшей мере, частичное гидратирование полимера в водной фазе без получения избыточно вязкого жидкого средства переноса. Данная эмульсия может быть фазово-разделенной рабочей жидкостью, где полимер, который может представлять собой высокомолекулярный водорастворимый полимер, и перераспределяющую добавку, которая также может представлять собой водорастворимый полимер и/или низкомолекулярный водорастворимый полимер, растворяют в воде для создания маловязкой смеси.

- 6 020002

Как представляется, смесь характеризуется малой вязкостью вследствие очень низкой концентрации реологического полимера в непрерывной фазе, но изобретение не ограничивается данной теорией и в общем случае является применимым к любым концентрированным по полимеру двухфазным смесям во взаимных растворителе или системе растворителя, где разбавление дополнительным растворителем быстро растворяет реологический полимер в однофазной системе. В одном варианте реализации концентрат полимера может характеризоваться более низкой вязкостью в сопоставлении с тем, что имело бы место для соответствующего концентрата полимера в отсутствие перераспределяющей добавки, т.е. разбавление дополнительным растворителем может загущать раствор полимера. Такие предварительно гидратированные концентрированные раствор или суспензия в случае водных сред могут быстро диспергироваться в других водных средах, например водном потоке, обеспечивая непрерывное получение реологически модифицированных растворов или гелей полимера для обработок буровой скважины. В одном варианте реализации это может исключить недостатки растворения сухого порошкообразного полимера или использования полимера, суспендированного в масле, или использования раствора полимера, схлопнувшегося по ионному механизму.

Основой некоторых вариантов реализации изобретения являются двухфазные системы полимерполимер, доставляемые на нефтяное месторождение при использовании интересующих полимеров, например, загустителей, понижающих трение агентов и т.п. Кроме того, данные двухфазные системы могут быть использованы для создания маловязких предварительно гидратированных (в случае систем водных растворителей) или предварительно сольватированных (в случае неводных растворителей) концентрированных смесей, обеспечивающих быстрое перемешивание полимера на буровой площадке.

Некоторые примеры полимеров, подходящих для использования в изобретении, включают полимеры, которые являются либо сшитыми, либо линейными или представляют собой любую их комбинацию. Полимеры включают природные полимеры, производные природных полимеров, синтетические полимеры, биополимеры и т.п. или любые их смеси. В одном варианте реализации используют любой загущающий полимер, применяемый в нефтяной промышленности для получения гелей. В еще одном варианте реализации используют любой понижающий трение полимер, применяемый в нефтяной промышленности для понижения гидравлических потерь на трение при высоких скоростях закачивания, например, в системах на водной основе, содержащих реагент для снижения поверхностного натяжения. Некоторые не ограничивающие примеры подходящих полимеров включают полисахариды, такие как, например, гуаровые смолы, высокомолекулярные полисахариды, образованные из маннозных и галактозных сахаров, в том числе производные гуаровой смолы, такие как гидроксипропильное производное гуаровой смолы (ГПГ), карбоксиметильное производное гуаровой смолы (КМГ) и карбоксиметилгидроксипропильное производное гуаровой смолы (КМГПГ), и другие полисахариды, такие как ксантан, диутан и склероглюкан; производные целлюлозы, такие как гидроксиэтилцеллюлоза (ГЭЦ), гидроксипропилцеллюлоза (ГПЦ), карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлоза (КМГЭЦ) и т.п.; синтетические полимеры, такие как нижеследующие, но не ограничивающиеся только этими: полимеры и сополимеры акриловых и метакриловых кислоты, сложного эфира и амида, полиалкиленоксиды, такие как полимеры и сополимеры этиленгликоля, пропиленгликоля или -оксида, и т.п. Полимеры предпочтительно являются водорастворимыми. Кроме того, могут быть использованы ассоциирующиеся полимеры, у которых вязкостные свойства улучшают при использовании подходящих поверхностно-активных веществ и гидрофобно модифицированных полимеров, такие как в случаях заряженного полимера в присутствии поверхностноактивного вещества, имеющего заряд, который является противоположным заряду заряженного полимера, при этом поверхностно-активное вещество способно формировать ассоциацию с полимером с участием ионных пар, что в результате приводит к получению гидрофобно модифицированного полимера, имеющего множество гидрофобных групп, как это описывается в опубликованной заявке И8 2004209780.

В соответствии с использованием в настоящем документе в случае описания полимера как содержащего мономер или сомономер мономер в полимере присутствует в заполимеризованной форме мономера или в производной форме мономера. Однако для облегчения ссылки в целях краткости обозначения может быть использована фраза содержащий (соответствующий) мономер и т.п.

В некоторых случаях полимер или полимеры получают из линейного неионного гидроксиалкильного производного галактоманнанового полимера или замещенного гидроксиалкильного производного галактоманнанового полимера. Примеры подходящих гидроксиалкильных производных галактоманнановых полимеров включают нижеследующие, но не ограничиваются только этими: гидрокси С₁-С₄алкильные производные галактоманнанов, такие как гидрокси С₁-С₄-алкильные производные гуаровых смол. Предпочтительные примеры таких гидроксиалкильных производных гуаровых смол включают гидроксиэтильное производное гуаровой смолы (ГЭ-гуаровая смола), гидроксипропильное производное гуаровой смолы (ГП-гуаровая смола) и гидроксибутильное производное гуаровой смолы (ГБ-гуаровая смола) и смешанные С₂-С₄, С₂/С₃, С₃/С₄ или С₂/С₄ гидроксиалкильные производные гуаровых смол. В любом из них также могут присутствовать и гидроксиметильные группы.

В соответствии с использованием в настоящем документе замещенные гидроксиалкильные производные галактоманнановых полимеров могут быть получены в виде замещенных производных гидрокси

- 7 020002

С1-С₄-алкильных производных галактоманнанов, которые включают: 1) гидрофобно модифицированные гидроксиалкильные производные галактоманнанов, например, С1-С₂₄-алкилзамещенные гидроксиалкильные производные галактоманнанов, например, у которых количество алкильных групп заместителей предпочтительно составляет приблизительно 2 мас.% и менее при расчете на массу гидроксиалкильного производного галактоманнана; и 2) галактоманнаны, привитые поли(оксиалкиленом) (см., например, работу А. Вайатбап & \У.Н. Оа1у. ίη Ргос. 8Ρί1Ρ Ро1утег§ £ог Α6ν. Тес1шо1. Ιηΐ'1 8утр. (Вибарс51. Нипдагу, 8ер. 2005) (проиллюстрирована прививка при использовании ПЭГ и/или НПГ, хотя в данном случае она используется для карбоксиметильного производного гуаровой смолы, а не непосредственно для галактоманнана)). Их привитые поли(оксиалкиленовые) цепи могут содержать два и более чем два, оксиалкиленовых остатка; и оксиалкиленовые остатки могут представлять собой С₁-С₄-оксиалкилены. Подходящими для использования в настоящем документе также являются и смешанно замещенные полимеры, имеющие алкильные группы заместителей и поли(оксиалкиленовые) группы заместителей на гидроксиалкильном производном галактоманнана. В различных вариантах реализации замещенных гидроксиалкильных производных галактоманнанов соотношение между количествами алкильных и/или поли(оксиалкиленовых) групп заместителей и маннозильных остатков основной цепи может составлять приблизительно 1:25 и менее, т.е. это соответствует наличию по меньшей мере одного заместителя на одну молекулу гидроксиалкильного производного галактоманнана; соотношение может представлять собой по меньшей мере или приблизительно 1:2000, 1:500, 1:100 или 1:50; или вплоть до или приблизительно 1:50, 1:40, 1:35 или 1:30. Также могут быть использованы и комбинации галактоманнановых полимеров, соответствующих настоящему описанию изобретения.

В соответствии с использованием в настоящем документе в одном варианте реализации галактоманнаны содержат полиманнозную основную цепь, присоединенную к галактозным ветвям, которые присутствуют при среднем соотношении галактозные ветви:маннозные остатки в диапазоне от 1:1 до 1:5. Предпочтительные галактоманнаны содержат 1^4 связанную β-Ό-маннопиранозную основную цепь, которая является 1^6 связанной с α-Ό-галактопиранозными ветвями. Галактозные ветви могут содержать от 1 до приблизительно 5 галактозильных остатков; в различных вариантах реализации средняя длина ветви может находиться в диапазоне от 1 до 2 или от 1 до приблизительно 1,5 остатков. Предпочтительными ветвями являются моногалактозильные ветви. В различных вариантах реализации соотношение между количествами галактозных ветвей и маннозных остатков основной цепи в среднем может находиться в диапазоне приблизительно от 1:1 до 1:3, от 1:1,5 до 1:2,5 или от 1:1,5 до 1:2. В различных вариантах реализации галактоманнан может иметь линейную полиманнозную основную цепь. Галактоманнан может быть природным или синтетическим. Природные галактоманнаны, подходящие для использования в настоящем документе, включают галактоманнаны растительного и микробиологического (например, грибкового) происхождения, в числе которых предпочтительными являются галактоманнаны растительного происхождения. В различных вариантах реализации могут быть использованы галактоманнаны на основе семян бобовых, примеры которых включают нижеследующие, но не ограничиваются только этими: смола тары (например, семена растения С.’е5а1р1ша кршока) и гуаровая смола (например, из семян растения Суаторкш 1е1гадопо1оЬа). В дополнение к этому, несмотря на возможность описания или иллюстрирования вариантов реализации настоящего изобретения на примерах при обращении к гуаровой смоле, так как при обращении к гидрокси С1-С₄-алкильным производным гуаровых смол, такие описания равным образом относятся также и к другим галактоманнанам.

Выбор перераспределяющей добавки зависит от полимера, который необходимо сконцентрировать в гетерогенной смеси, а также от системы растворителя, например, водной, неводной, масляной и т.п. В общем случае в одном варианте реализации перераспределяющая добавка является растворимой в среде растворителя, но обладает несхожими термодинамическими свойствами, такими, что ее раствор является несмешиваемым с раствором полимера при концентрациях, превышающих бинодальную кривую для системы, или такими, что твердая фаза полимера не будет растворяться в растворе перераспределяющей добавки при концентрации в системе. Например, если полимером будет являться высокомолекулярный гидрофильный полимер, перераспределяющая добавка может представлять собой низкомолекулярный гидрофобный полимер. В случае гуаровой смолы и полимеров, термодинамически подобных гуаровой смоле, в одном варианте реализации перераспределяющая добавка будет представлять собой полиоксиалкилен, где оксиалкиленовые звенья будут содержать от одного до четырех атомов углерода, такой как, например, полимер этиленгликоля, пропиленгликоля или -оксида или их комбинация, имеющие среднемассовую молекулярную массу в диапазоне от 1000 до 25000. В соответствии с использованием в настоящем документе полиоксиалкилен обозначает гомополимеры и сополимеры, содержащие, по меньшей мере, одного представителя, выбираемого из блока, сегмента, ветви или области, образованных из оксиалкиленовых повторяющихся звеньев, например, полиэтиленгликоль. Полиэтиленгликоль (ПЭГ), имеющий молекулярную массу в диапазоне от 2000 до 10000, широко коммерчески доступен. Другие варианты реализации включают метокси-ПЭГ (мПЭГ); полоксамеры, доступные в виде ПЭГполипропиленоксидных (ППО) трехблочных сополимеров под торговым обозначением РЬиКОМСЗ; алкилированный и гидроксиалкилированный ПЭГ, доступный под торговым обозначением ВЕН, напри

- 8 020002 мер, ΒΚΊΙ 38; и т.п.

Другие примеры перераспределяющих добавок могут включать поливинилпирролидон, сополимеры винилпирролидин-винилацетат и гидроксиалкилированную или карбоксиалкилированную целлюлозу, в особенности низкомолекулярную гидроксиалкилированную целлюлозу, такую как гидроксипропилцеллюлоза, имеющая молекулярную массу, равную приблизительно 10000.

Еще один вариант реализации перераспределяющих добавок включает класс водорастворимых химических реактивов, известных под наименованием неионных поверхностно-активных веществ. Данные поверхностно-активные вещества имеют гидрофильные и гидрофобные группы, т.е. они являются амфифильными, но электрофильно нейтральными, т.е. незаряженными. Неионные поверхностно-активные вещества могут быть выбраны из группы, состоящей из алкилполиэтиленоксидов (таких как поверхностно-активные вещества ВВП, например), сополимеров полиэтиленоксид-полипропиленоксид (таких как, например, полоксамеры или полоксамины), алкил-, гидроксиалкил- и алкоксиалкилполиглюкозидов (таких как октил- или децилглюкозиды или -мальтозиды), жирных спиртов, жирнокислотных амидов и т.п.

В одном варианте реализации гетерогенный концентрат полимера может характеризоваться любым подходящим массовым соотношением между реологическим полимером и перераспределяющей добавкой, которое позволяет получать гетерогенную смесь, т.е. бинарные жидкую смесь или суспензию твердое вещество-жидкость. В случае чрезмерно высокого соотношения количеств полимер:перераспределяющая добавка смесь становится чрезмерно густой для течения или закачивания или даже может образовывать пасту; в случае чрезмерно низкого соотношения перераспределяющая добавка после разбавления может оказать неблагоприятное воздействие на раствор полимера или рабочую жидкость для обработки буровой скважины. В подходящем случае может быть использовано соотношение количеств полимер:перераспределяющая добавка в диапазоне от 1:4 до 4:1, или же могут быть использованы и более высокие или более низкие соотношения, при которых устраняются вышеупомянутые недостатки. В одном варианте реализации соотношение количеств полимер:перераспределяющая добавка находится в диапазоне от 1:2 до 2,5:1, предпочтительно от 3:5 до 5:3.

Г етерогенная смесь может содержать любое количество реологического полимера в диапазоне от 1 мас.% и более при расчете на массу жидкости в гетерогенной смеси вплоть до любого максимального верхнего предела, когда смесь больше уже не будет являться рабочей жидкостью, например, закачиваемой или текучей при использовании обычного закачивающего оборудования на нефтяном месторождении. Меньшие концентрации реологического полимера могут обеспечивать получение малых или нулевых преимуществ, поскольку степень разбавления при получении рабочей жидкости для обработки буровой скважины является чрезмерно низкой для использования на практике. Например, при получении водной рабочей жидкости для обработки буровой скважины, характеризующейся концентрацией полимера 0,5 мас.%, концентрат при 1 мас.% будут перемешивать с водой (или другими жидкими средами) при соотношении 1:1, в то время как концентрат при 20 мас.% мог бы быть перемешан при соотношении 40:1. В вариантах реализации гетерогенный водный концентрат содержит полимер в количестве в диапазоне от нижнего предела в 1, 2, 3 или 5 вплоть до верхнего предела в 10, 15 или 20 мас.% при расчете на массу воды или другой жидкости в смеси.

Эмульсия вода-в-воде может дополнительно включать другие добавки, такие как добавки, способствующие диспергированию, поверхностно-активные вещества, соединения, регулирующие значение рН, буферы, антиоксиданты, красители, биоциды, которые существенно не изменяют смешиваемость или растворимость гетерогенных фаз и не препятствуют реализации желательных характеристик рабочей жидкости для обработки буровой скважины. Концентрат полимера может включать любую добавку, которая должна быть введена в рабочую жидкость для обработки буровой скважины отдельно, при условии, по существу, ее инертности в концентрате. В одном варианте реализации в концентрате полимера присутствует по меньшей мере одна другая добавка к рабочей жидкости для обработки буровой скважины, такая как, например, расклинивающие наполнители, волокна, сшиватели, разжижители, добавки, способствующие разжижению, понижающие трение агенты, поверхностно-активные вещества, стабилизаторы неустойчивых глин, буферы и т.п. Другая добавка также может быть сконцентрирована и в концентрате полимера, так что добавку в рабочую жидкость для обработки буровой скважины не требуется добавлять отдельно, или же она может быть добавлена в меньшем количестве. Это может оказаться выгодным в случае обычного добавления другой добавки в пропорции по отношению к количеству полимера. Кроме того, в одном варианте реализации проявление активности добавки (добавок) может быть задержано, и задержка, по меньшей мере, отчасти может быть облегчена в случае предпочтительного концентрирования добавки в фазе, обогащенной перераспределяющей добавкой, или в противном случае ее реакционного отделения от полимера.

Эмульсия вода-в-воде также может включать гидрофобную жидкость или быть с ней перемешанной, например, эмульсия масло в воде или обращенная эмульсия (вода в масле), где водная фаза в масляной эмульсии включает эмульсию вода-в-воде. В одном варианте реализации эмульсия масло в (эмульсии вода-в-воде) может содержать относительно высокий объем масла в дискретной фазе, например, 90 об.% масла и более.

В случае введения загущающих полимеров в рабочую жидкость для обработки буровой скважины и

- 9 020002 другую рабочую жидкость, например, при разбавлении концентратов полимера вода-в-воде во второй водной среде, они могут присутствовать с любой подходящей концентрацией. В своих различных вариантах реализации реологический полимер может присутствовать в количестве в диапазоне от приблизительно 0,01 г/л рабочей жидкости (0,1 фунт/1000 галлонов рабочей жидкости (ч./тыс.)) до менее чем приблизительно 7,2 г/л (60 ч./тыс.) или от приблизительно 0,018 до приблизительно 4,8 г/л (от приблизительно 1,5 до приблизительно 40 ч./тыс.), от приблизительно 0,018 до приблизительно 4,2 г/л (от приблизительно 1,5 до приблизительно 35 ч./тыс.) или от 0,018 до приблизительно 3 г/л (от 1,5 до приблизительно 25 ч./тыс.) либо даже от приблизительно 0,24 до приблизительно 1,2 г/л (от приблизительно 2 до приблизительно 10 ч./тыс.). Полимеры, понижающие трение, при использовании в рабочей жидкости для обработки буровой скважины в общем случае разбавляют до концентрации в диапазоне от 0,01 до 0,4 мас.% при расчете на массу жидкой фазы, в особенности от 0,025 до 0,2 мас.% при расчете на массу жидкой фазы. В других вариантах реализации полимер от концентрата до рабочей жидкости для обработки буровой скважины или другой рабочей жидкости разбавляют в степени в пределах диапазона от любого нижнего предела, выбираемого из 0,0001, 0,001, 0,01, 0,025, 0,05, 0,1 или 0,2 мас.% при расчете на массу жидкой фазы вплоть до любого более высокого верхнего предела, выбираемого из 1,0, 0,5, 0,4, 0,25, 0,2, 0,15 или 0,1 мас.% при расчете на массу жидкой фазы.

Некоторые композиции рабочих жидкостей, подходящие для использования в некоторых вариантах реализации изобретения, также могут включать и газообразный компонент, полученный из любого подходящего газа, который при введении в водную среду образует активированную рабочую жидкость или пену. См., например, патент США № 3937283 (В1аиег е1 а1.). Предпочтительно газообразный компонент содержит газ, выбираемый из группы, состоящей из азота, воздуха, аргона, диоксида углерода и любых их смесей. Более предпочтительно газообразный компонент содержит азот или диоксид углерода в любом легко доступном количестве. Газообразный компонент может способствовать проведению операции гидравлического разрыва и кислотной обработки пласта, а также процесса очистки буровой скважины.

В одном варианте реализации рабочая жидкость может содержать от приблизительно 10 до приблизительно 90 об.% газообразного компонента при расчете на совокупный объемный процент рабочей жидкости, предпочтительно от приблизительно 20 до приблизительно 80 об.% газообразного компонента при расчете на совокупный объемный процент рабочей жидкости, а более предпочтительно от приблизительно 30 до приблизительно 70 об.% газообразного компонента при расчете на совокупный объемный процент рабочей жидкости. В одном варианте реализации рабочая жидкость представляет собой высококачественную пену, содержащую 90 об.% газовой фазы и более. В одном варианте реализации перераспределяющая добавка, использующаяся в системе доставки полимера, может быть выбрана в целях улучшения характеристик активированной рабочей жидкости или пены, таких как стабильность или вязкость газовой фазы, например, в случае перераспределяющей добавки в виде поверхностно-активного вещества, такого как неионогенное поверхностно-активное вещество, в особенности алкоксилированные (например, этоксилированные) поверхностно-активные вещества, доступные под обозначением ВВП.

В некоторых вариантах реализации использующиеся рабочие жидкости могут дополнительно включать сшиватель. Добавление к рабочей жидкости сшивателей может дополнительно увеличить вязкость рабочей жидкости. Сшивание состоит в присоединении к общим элементу или химической группе двух полимерных цепей в результате химического ассоциирования таких цепей. Подходящие сшиватели могут включать химическое соединение, содержащее поливалентный ион, такой как нижеследующие, но не ограничивающийся обязательно только этими: поливалентные ионы бора или металла, такого как хром, железо, алюминий, титан, сурьма и цирконий, или смеси поливалентных ионов. В одном варианте реализации сшиватель может быть задержанным, и задержка, по меньшей мере, отчасти может быть облегчена в случае концентрирования или в противном случае реакционного отделения сшивателя или активатора в фазе, обогащенной перераспределяющей добавкой.

Рабочие жидкости некоторых вариантов реализации изобретения могут включать электролит, который может представлять собой органическую кислоту, соль органической кислоты, органическую соль или неорганическую соль. Попадающими в объем изобретения конкретно предполагаются смеси вышеупомянутых элементов. Данный элемент обычно будет присутствовать в неосновном количестве (например, меньшем чем приблизительно 30 мас.% при расчете на массу жидкой фазы). Органической кислотой обычно являются сульфоновая кислота или карбоновая кислота, а анионным противоионом солей органических кислот обычно являются сульфонат или карбоксилат. Представители таких органических молекул включают различные ароматические сульфонаты и карбоксилаты, такие как п-толуолсульфонат, нафталинсульфонат, хлорбензойная кислота, салициловая кислота, фталевая кислота и т.п., в случае водорастворимости таких противоионов. Наиболее предпочтительными органическими кислотами являются муравьиная кислота, лимонная кислота, 5-гидрокси-1-нафтойная кислота, 6-гидрокси-1-нафтойная кислота, 7-гидрокси-1-нафтойная кислота, 1-гидрокси-2-нафтойная кислота, 3-гидрокси-2-нафтойная кислота, 5-гидрокси-2-нафтойная кислота, 7-гидрокси-2-нафтойная кислота, 1,3-дигидрокси-2-нафтойная кислота и 3,4-дихлорбензойная кислота.

Неорганические кислоты, которые являются в особенности подходящими для использования, включают нижеследующие, но не ограничиваются только этими: водорастворимые калиевые, натриевые

- 10 020002 и аммониевые соли, такие как хлорид калия и хлорид аммония. В дополнение к этому, также могут быть использованы соли хлорид магния, хлорид кальция, бромид кальция, галогенид цинка, карбонат натрия и бикарбонат натрия. Также могут быть использованы и любые смеси неорганических солей. Неорганические соли могут способствовать развитию повышенной вязкости, которая характерна для предпочтительных рабочих жидкостей. Кроме того, неорганическая соль может способствовать сохранению устойчивости геологического пласта, с которым взаимодействует рабочая жидкость. Достижения устойчивости пласта и, в частности, устойчивости глин (в результате ингибирования гидратирования глин) добиваются при уровне концентрации в несколько массовых процентов, и как таковая плотность рабочей жидкости в результате присутствия неорганической соли значительно не изменяется, если только плотность рабочей жидкости не становится важным пунктом, в момент чего могут быть использованы более тяжелые неорганические соли. В некоторых вариантах реализации изобретения электролит представляет собой органическую соль, такую как хлорид тетраметиламмония, или неорганическую соль, такую как хлорид калия. Электролит предпочтительно используют в количестве в диапазоне от приблизительно 0,01 до приблизительно 12,0 мас.% при расчете на совокупную массу жидкой фазы, а более предпочтительно от приблизительно 0,1 до приблизительно 8,0 мас.% при расчете на совокупную массу жидкой фазы.

Рабочие жидкости, использующиеся в некоторых вариантах реализации изобретения, также могут содержать органоаминосоединение. Примеры подходящих органоаминосоединений включают нижеследующие, но не ограничиваются обязательно только этими: тетраэтиленпентаамин, триэтилентетраамин, пентаэтиленгексаамин, триэтаноламин и т.п. или любые их смеси. В случае использования в рабочих жидкостях изобретения органоаминосоединений их включают в количестве в диапазоне от приблизительно 0,01 до приблизительно 2,0 мас.% при расчете на совокупную массу жидкой фазы. Предпочтительно в случае использования органоаминосоединения его включают в количестве в диапазоне от приблизительно 0,05 до приблизительно 1,0 мас.% при расчете на совокупную массу жидкой фазы. В особенности подходящим органоаминосоединением является тетраэтиленпентаамин, в частности, в случае использования совместно с загустителем диутаном при температурах, приблизительно равных 300°Р (148,9°С).

В некоторых вариантах реализации изобретения необязательно могут быть использованы разжижители. Назначением данного компонента являются разжижение или уменьшение вязкости рабочей жидкости в целях еще более легкого извлечения данной рабочей жидкости из пласта во время очистки. Для уменьшения вязкости могут быть использованы окислители, ферменты или кислоты. Разжижители уменьшают молекулярную массу полимера в результате воздействия на сам полимер кислоты, окислителя, фермента или определенной их комбинации. В случае гелей, сшиваемых боратом, увеличение значения рН и поэтому увеличение эффективной концентрации активного сшивателя (боратного аниона) будут обеспечивать сшивание полимера. Уменьшение значения рН может просто с легкостью исключить связи борат/полимер. При значениях рН, равных или больших 8, боратный ион существует и доступен для сшивания и стимулирования гелеобразования. При более низких значениях рН борат связывается водородом и недоступен для сшивания, таким образом, гелеобразование, вызванное боратным ионом, является обратимым. Предпочтительные разжижители включают от 0,1 до 20 фунтов на тысячу галлонов (от 0,01198 до 2,40 кг на тысячу дм³) обычных окислителей, таких как персульфаты аммония, активные или инкапсулированные, или периодат калия, пероксид кальция, хлориты и т.п. В нефтеносных пластах пленка может быть, по меньшей мере, отчасти разрушена при попадании в контакт с пластовыми флюидами (нефтью), которые могут способствовать дестабилизации пленки. В одном варианте реализации разжижитель может быть задержанным, и задержка, по меньшей мере, отчасти может быть облегчена в случае концентрирования или в противном случае реакционного отделения разжижителя или активатора разжижителя в фазе, обогащенной перераспределяющей добавкой.

Для получения широкого ассортимента свойств, в том числе улучшения способности суспендировать частицы и транспортировать частицы и стабильности газовой фазы, в рабочие жидкости, использующиеся в изобретении, может быть включен волокнистый компонент. Использующиеся волокна по своей природе могут быть гидрофильными или гидрофобными, но гидрофильные волокна являются предпочтительными. Волокна могут представлять собой любой волокнистый материал, такой как нижеследующие, но не ограничивающийся обязательно только этими: природные органические волокна, измельченные материалы растительного происхождения, синтетические полимерные волокна (в порядке не ограничивающего примера сложный полиэфир, полиарамид, полиамид, новолоид или полимер новолоидного типа), фибриллированные синтетические органические волокна, керамические волокна, неорганические волокна, металлические волокна, металлические нити, углеродные волокна, стеклянные волокна, керамические волокна, природные полимерные волокна и любые их смеси. В особенности подходящими волокнами являются волокна сложного полиэфира, имеющие нанесенное покрытие для достижения высокой гидрофильности, такие как нижеследующие, но не ограничивающиеся только этими: полиэтилентерефталатные (ПЭТФ) волокна ΌΛΟΚΌΝ®, доступные в компании ΙηνίδΙα Согр. Χνίοΐιίΐα, К8, И8Л, 67220. Другие примеры подходящих волокон включают нижеследующие, но не ограничиваются только этими: волокна сложных полиэфиров полимолочной кислоты, волокна сложных полиэфиров по

- 11 020002 лигликолевой кислоты, волокна поливинилового спирта и т.п. В случае использования в рабочих жидкостях изобретения волокнистого компонента он может быть включен при концентрациях в диапазоне от приблизительно 1 до приблизительно 15 г на 1 л жидкой фазы рабочей жидкости, предпочтительно концентрация волокон находится в диапазоне от приблизительно 2 до приблизительно 12 г на 1 л жидкости, а более предпочтительно от приблизительно 2 до приблизительно 10 г на 1 л жидкости.

В вариантах реализации изобретения могут быть использованы и другие добавки и химические реагенты, которые известны как обычно использующиеся в областях применения на нефтяном месторождении специалистами в соответствующей области техники. Они включают нижеследующие, но не ограничиваются обязательно только этими: материалы в дополнение к тем, которые упоминались в настоящем документе ранее, такие как добавки, способствующие разжижению, акцепторы кислорода, спирты, ингибиторы образования отложений, ингибиторы коррозии, понижающие водоотдачу агенты, бактерициды, реагенты, предотвращающие выпадение осадков окисного железа, органические растворители и т.п. Кроме того, они могут включать вспомогательное поверхностно-активное вещество для оптимизации вязкости или сведения к минимуму образования стабилизированных эмульсий, которые содержат компоненты сырой нефти или, как это описывалось в настоящем документе ранее, полисахарид или химически модифицированный полисахарид, природные полимеры и производные природных полимеров, такие как целлюлоза, дериватизированная целлюлоза, гуаровая смола, дериватизированная гуаровая смола или биополимеры, такие как ксантан, диутан и склероглюкан, синтетические полимеры, такие как полиакриламиды и полиакриламидные сополимеры, окислители, такие как персульфаты, пероксиды, броматы, хлораты, хлориты, периодаты и т.п. Некоторые примеры органических растворителей включают простой монобутиловый эфир этиленгликоля, изопропиловый спирт, метанол, глицерин, этиленгликоль, минеральное масло, минеральное масло, по существу, без ароматического содержимого и т.п.

Варианты реализации изобретения также могут включать размещение частиц расклинивающего наполнителя, которые являются, по существу, нерастворимыми в рабочих жидкостях. Частицы расклинивающего наполнителя, переносимые рабочей жидкостью для обработки буровой скважины, остаются в созданной трещине, таким образом, сохраняя трещину несомкнутой в случае сбрасывания давления гидравлического разрыва пласта и введения скважины в эксплуатацию. Подходящие материалы расклинивающих наполнителей включают нижеследующие, но не ограничиваются только этими: песок, скорлупа грецких орехов, спеченный боксит, стеклянная дробь, керамические материалы, материалы, встречающиеся в природе, или подобные материалы. Также могут быть использованы и смеси расклинивающих наполнителей. В случае использования песка его размер обычно будет соответствовать диапазону номеров стандартных сит США от приблизительно 20 до приблизительно 100. Материалы, встречающиеся в природе, могут являться непроизводными и/или необработанными материалами, встречающимися в природе, а также материалами на основе материалов, встречающихся в природе, которые являются обработанными и/или производными. Подходящие примеры встречающихся в природе дисперсных материалов, предназначенных для использования в качестве расклинивающих наполнителей, включают нижеследующие, но не ограничиваются обязательно только этими: размолотая или раздробленная скорлупа орехов, таких как грецкий орех, кокосовый орех, орех пекан, миндаль, плод фителефаса, бразильский орех и т.п.; размолотая или раздробленная скорлупа семян (в том числе фруктовые косточки) в случае семян фруктов, таких как слива, маслина, персик, вишня, абрикос и т.п.; размолотая или раздробленная скорлупа семян других растений, таких как кукуруза (например, сердцевины кукурузных початков или кукурузные зерна) и т.п.; обработанные древесные материалы, такие как те, которые произведены из древесины, такой как древесина дуба, гикори, грецкого ореха, тополя, красного дерева и т.п., в том числе такой древесины, которая была обработана в результате размалывания, рубки или другой формы измельчения на частицы, переработки и т.п. Дополнительная информация по орехам и их составу может быть найдена в работе Епсус1орсб1а о£ С11С1шеа1 Тссйпо1оду, Ебйеб Ьу Каушопб Е. К1гк апб Эопа1б Е. ОЬипсг. Τΐιίτά Εάίίίοη, 1оЬп \УПсу & 8оп5, Уо1ишс 16, радск 248-273 (спШ1сб Νυκ), СоругфЫ 1981.

Концентрация расклинивающего наполнителя в рабочей жидкости может являться любой концентрацией, известной на современном уровне техники, и предпочтительно будет находиться в диапазоне от приблизительно 0,05 до приблизительно 3 кг расклинивающего наполнителя, добавляемого на 1 л жидкой фазы. Кроме того, на любые частицы расклинивающих наполнителей дополнительно может быть нанесено покрытие из смолы для потенциального улучшения у расклинивающего наполнителя свойств прочности, способности группироваться и обратного выноса в буровую скважину.

В некоторых способах изобретения используют обычные методики гидравлического разрыва пласта с использованием расклинивающего наполнителя при проведении в случае необходимости соответствующих регулировок, которые будут очевидными для специалистов в соответствующей области техники. Одна предпочтительная обработка для интенсификации гидравлического разрыва пласта, соответствующая настоящему изобретению, обыкновенно начинается с обычной стадии использования рабочей жидкости для гидравлического разрыва пласта без расклинивающего наполнителя в целях образования трещины с последующим применением последовательности стадий, на которых вязкая рабочая жидкость-носитель транспортирует расклинивающий наполнитель в трещину во время ее роста. Обыкновенно в данной последовательности стадий количество расклинивающего наполнителя увеличивают, обыч

- 12 020002 но постадийно. Рабочая жидкость для гидравлического разрыва пласта без расклинивающего наполнителя и рабочая жидкость-носитель могут представлять собой рабочую жидкость, характеризующуюся надлежащей вязкостью. Рабочая жидкость для гидравлического разрыва пласта без расклинивающего наполнителя и рабочая жидкость-носитель могут содержать различные добавки. Не ограничивающие примеры представляют собой понижающие водоотдачу агенты, сшиватели, стабилизаторы неустойчивых глин, разжижители, реагенты, предотвращающие выпадение осадков окисного железа, и т.п. при том условии, что добавки не будут оказывать негативного воздействия на стабильность или действие рабочей жидкости.

Методики операций при закачивании рабочих жидкостей для интенсификации гидравлического разрыва пласта в буровую скважину в целях гидравлического разрыва подземного пласта хорошо известны. Лицом, которое разрабатывает такие обработки для гидравлического разрыва пласта, является специалист в соответствующей области техники, которому и адресуется данное описание изобретения. Данное лицо имеет множество доступных подходящих инструментов, способствующих разработке и осуществлению обработок для гидравлического разрыва пласта, одной из которых является компьютерная программа, обычно называемая моделью симулирования гидравлического разрыва пласта (также известная под наименованием моделей гидравлического разрыва пласта, симуляторов гидравлического разрыва пласта и моделей размещения при гидравлическом разрыве пласта). Большинство, если не все из коммерческих обслуживающих компаний, которые обеспечивают проведение работ по гидравлическому разрыву пласта на нефтяном месторождении, имеют одну или несколько моделей симулирования гидравлического разрыва пласта, которые используют их разработчики обработок. Одна коммерческая модель симулирования гидравлического разрыва пласта, которую широко используют несколько обслуживающих компаний, известна под наименованием РтасСАЭЕ™. Данная коммерческая компьютерная программа представляет собой программу разработки, прогнозирования и отслеживания обработки для гидравлического разрыва пласта, разработанную компанией БсЫитЬетдег, Ь1й. Все различные модели симулирования гидравлического разрыва пласта используют информацию, доступную для разработчика обработки при расчетах в отношении обрабатываемого пласта и различных рабочих жидкостей (и добавок) для обработки буровой скважины, и результатом программы является график закачивания, который используют для закачивания в буровую скважину рабочих жидкостей для интенсификации гидравлического разрыва пласта. Текст работы ВекетуоД 8Дти1айоп, Т1пгй ЕйШои, Еййей Ьу М1сЬае1 1. Есоиот1йе8 апй Кеппе111 О. Ыо11е, РиЬШйей Ьу 1оНп \Уйеу & 8оп5 (2000) представляет собой превосходную справочную книгу по обработкам для гидравлического разрыва пласта и другим обработкам буровой скважины; в ней обсуждаются модели симулирования гидравлического разрыва пласта в главе 5 (с. 5-28) и в приложении к главе 5 (с. А-15).

При обработке для гидравлического разрыва пласта рабочие жидкости по изобретению могут быть применены при обработке с использованием рабочей жидкости для гидравлического разрыва пласта без расклинивающего наполнителя, на стадии расклинивающего наполнителя или в обоих случаях. Компоненты жидкой фазы предпочтительно перемешивают на поверхности земли. В альтернативном варианте рабочая жидкость может быть получена на поверхности земли и закачана по трубопроводу при одновременном возможном закачивании газообразного компонента в кольцевое пространство для перемешивания в стволе буровой скважины, или наоборот.

Еще один другой вариант реализации изобретения включает способ очистки. Термин очистка или очистка трещины обозначает способ удаления рабочей жидкости для гидравлического разрыва пласта (без расклинивающего наполнителя) из трещины и буровой скважины после завершения процесса гидравлического разрыва пласта. Методики промотирования очистки трещины традиционно включают понижение вязкости рабочей жидкости для гидравлического разрыва пласта настолько, насколько это будет практичным, что облегчит для нее обратный приток в буровую скважину. Несмотря на обычное использование разжижителей при очистке рабочие жидкости изобретения могут оказаться эффективными для использования при операциях очистки в присутствии или в отсутствие разжижителя.

В еще одном варианте реализации изобретение относится к формированию в буровой скважине гравийной набивки. Жидкость для формирования гравийной набивки предпочтительно содержит гравий или песок и другие необязательные добавки, такие как, помимо прочего, реагенты для очистки от фильтрационной корки, такие как упомянутые ранее хелатообразователи или кислоты (например, хлористоводородная, фтористо-водородная, муравьиная, уксусная, лимонная кислоты), ингибиторы коррозии, ингибиторы образования отложений, биоциды, регуляторы фильтрационных свойств. Для данной области применения подходящие гравий или песок обычно соответствуют размеру сита в диапазоне номеров серии стандартных сит США от 8 до 70.

В некоторых вариантах реализации изобретения эмульсии вода-в-воде используют для подачи понижающих трение агентов, таких как акриламидные полимеры и сополимеры, имеющие боковые катионные и/или анионные группы. В результате использования в качестве реологического полимера в эмульсии вода-в-воде понижающего трение агента, понижающий трение агент может быть получен в виде стабильного концентрата, который при разбавлении водой может быстро переключаться на обеспечение полной солюбилизации полимера в водной рабочей жидкости для обработки буровой скважины, в

- 13 020002 особенности рабочей жидкости на водной основе, содержащей реагент для снижения поверхностного натяжения, где понижающий трение агент добавляют во время закачивания. Кроме того, во многих средах особенным преимуществом была бы возможность загущения добытых вод, речных вод и других трудных вод, которые характеризуются высокой концентрацией солей или бора, и некоторые варианты реализации включают получение и обработку подземного пласта при использовании рабочей жидкости, образованной из эмульсий вода-в-воде по изобретению и таких добытых вод, речных вод и других трудных вод.

Следующие далее примеры представлены для иллюстрирования получения и свойств активированных водных рабочих жидкостей, содержащих гетерополисахариды и поверхностно-активное вещество, и не должны восприниматься в качестве ограничения объема изобретения, если только не будет однозначно указано другого в прилагаемой формуле изобретения. Все процентные содержания, концентрации, соотношения, части и т.п. являются массовыми, если только другое не будет указано или не станет очевидным, исходя из контекста их использования.

Примеры

Пример 1. Маловязкая водная суспензия, содержащая гуаровую смолу с ПЭГ 8000.

Серию полимерных растворов создавали в результате растворения 0-4 мас.% сухой гуаровой смолы и 0-4 мас.% сухого полиэтиленгликоля (ПЭГ 8000) в деионизованной (ДИ) воде. В каждом случае использовали 200 мл воды ДИ и полимеры отмеряли в виде сухих порошков при процентных содержаниях, выраженных при расчете на совокупную массу рабочей жидкости. Для каждого образца сухие полимеры перемешивали друг с другом, а после этого совместно добавляли в воду ДИ при одновременном интенсивном перемешивании в смесителе 4ΛΚΙΝΟ. Каждый образец быстро перемешивали в смесителе, как минимум, в течение одного часа. По завершении данного процесса перемешивания каждый образец визуально осматривали для выявления признаков фазового разделения. Для проверки наличия фазового разделения образцы отслеживали в течение периода времени продолжительностью по меньшей мере 24

ч. Результаты графически изобразили на фиг. 1 при использовании закрашенных кружков 10 для указания на отсутствие фазового разделения и незакрашенных кружков 12 для указания на наличие фазового разделения.

Маловязкие концентраты 12 попадали в двухфазную область, демаркированную аппроксимированной бинодальной кривой 14 на фиг. 1. Необходимо отметить то, что несмотря на наличие при данных концентрациях значительного количества гуаровой смолы, они не представляли собой суспензий сухой гуаровой смолы в дизельном или каком-либо другом масле, поскольку гуаровая смола была гидратирована в воде. В случае разбавления концентрата гуаровой смолы дополнительным количеством воды ДИ до приблизительно 0,5 мас.% он очень быстро формировал линейный гель без какого-либо образования комков и без потребности в процессе обширного гидратирования, что отличает его от добавления сухого полимера или добавления суспензии сухой полимер-масло.

В качестве примера одну серию рабочих жидкостей получали при использовании 1 мас.% гуаровой смолы при расчете на совокупную массу рабочей жидкости, но при использовании различных количеств ПЭГ 8000, т.е. 0, 1, 1,5, 2, 3 и 4 мас.% при расчете на совокупную массу рабочей жидкости. При более высоких концентрациях ПЭГ 8000 на фиг. 1 образцы, как видно, претерпевали фазовое разделение в течение периода времени продолжительностью в несколько часов, но никакого фазового разделения не происходило для более низких концентраций ПЭГ 8000. В случае перемешивания фазово-разделенные растворы 12 легко диспергировались до получения маловязких суспензий полимера гуаровой смолы.

Таким образом, диагональная линия 16 представляет один вариант реализации пути разбавления для получения геля 0,5 мас.% гуаровой смолы из концентрата гуаровая смола:ПЭГ 8000 с соотношением компонентов смеси 1:1. Необходимо отметить то, что фазовая диаграмма на фиг. 1 не предполагает наличия верхнего предела в отношении количества полимера, который может быть сконцентрирован таким образом. Успешно были составлены рецептуры текучих эмульсий вода-в-воде, характеризующихся концентрациями гуаровой смолы 20 мас.%.

Пример 2. Система доставки гуаровой смолы на буровой площадке, использующая маловязкую водную суспензию.

Фиг. 2 представляет фазовую диаграмму для высокомолекулярной гуаровой смолы, обычно использующейся в рабочих жидкостях для обработки буровой скважины. Как и на фазовой диаграмме фиг. 1, гуаровая смола в данном примере опять-таки претерпевала фазовое разделение с ПЭГ 8000. Линия 20 на фазовой диаграмме указывает на бинодаль для фазового разделения, при этом композиции сверху и справа от линии 20 представляют собой маловязкие двухфазные растворы двух полимеров в воде. Линия 22 в двухфазной области указывает на линию композиций, характеризующихся соотношением объемов фаз 50/50 при фазовом разделении; линия 24 соответствует соотношению объемов фаз 60/40 для системы гуаровая смола:ПЭГ 8000; а линия 26 соответствует соотношению объемов фаз 40/60 для системы гуаровая смола:ПЭГ 8000. Процентные величины рядом с некоторыми из точек представляют собой объемный процент отделенной фазы гуаровой смолы при равновесии. Область ниже и справа по отношению к линии 24 (гуаровая смола:ПЭГ 8000 с соотношением компонентов смеси 60/40) представляет легко текучие композиции; композиции в диапазоне от более чем 60 до приблизительно 80 об.% фазы гуаровой смолы

- 14 020002 представляют собой граничную линию для закачиваемости, в общем случае напоминая по текстуре яблочное пюре; и композиции, содержащие более чем 80 об.% фазы гуаровой смолы, в общем случае имеют пастообразную консистенцию.

Предельная линия 28 представляет один вариант реализации максимальной концентрации ПЭГ 8000, когда смесь может быть без реологических изменений вследствие ПЭГ 8000 безопасно разбавлена до уровня содержания 0,5 мас.% гуаровой смолы в соответствии с массовым соотношением гуаровая смола:ПЭГ 8000, равным приблизительно 5:8.

Несмотря на указание широкого диапазона маловязких концентратов полимера на фазовой диаграмме фиг. 2 в качестве примера точки для демонстрации возможности использования водного концентрата полимера в системе доставки при получении примера рабочей жидкости для обработки буровой скважины выбрали композицию 30 при 10% гуаровой смолы, 6% ПЭГ 8000. Композиция 30 может быть получена вне буровой площадки, доставлена на буровую площадку и разбавлена водой при соотношении приблизительно 20:1 до 0,5 мас.% гуаровой смолы и 0,3 мас.% ПЭГ 8000. Как демонстрирует данный пример, в некоторых вариантах реализации изобретения использование двухфазных полимерных растворов для доставки на буровую площадку неожиданным результатом имеет получение на фазовой диаграмме критической области фазового пространства, где растворы линейной гуаровой смолы, разбавленные от концентрата, в том, что касается свойств реологии, стабильности или сшивания, по существу, неотличимы от тех же самых рабочих жидкостей, полученных только из гуаровой смолы и воды. Т.е. присутствие определенного количества ПЭГ 8000 или другой перераспределяющей добавки в концентрате при разбавлении в рабочей жидкости для обработки буровой скважины не может измеримым образом изменить свойства реологии, стабильности или сшивания гуаровой смолы в растворе. Такую область показывает площадь 32 от нуля до 1% для концентрации как гуаровой смолы, так и ПЭГ на фиг. 2.

Пример 3. Воздействие разбавленного ПЭГ 8000 на вязкость линейных гелей.

Фиг. 3 демонстрирует реологию растворов 0,5 мас.% гуаровой смолы с добавлением и без добавления ПЭГ 8000 при выражении ее через зависимость между кажущейся вязкостью и скоростью сдвига. Концентрации ПЭГ 8000, меньшие, чем приблизительно 1 мас.%, измеримым образом не изменяют реологию растворов 0,5 мас.% гуаровой смолы. Говоря конкретно, данные, продемонстрированные на фиг. 3, иллюстрируют оказание пренебрежимо малого воздействия добавления ПЭГ 8000 к раствору 0,5% гуаровой смолы (40 фунтов/1000 галлонов (4,79 кг/1000 дм³)) на реологию раствора гуаровой смолы для концентраций ПЭГ 8000 по меньшей мере вплоть до 1 мас.%. Критическим неожиданным результатом является именно возможность использования фазово-разделенного маловязкого концентрата в качестве рабочей жидкости для обработки буровой скважины при доставке гуаровой смолы без принесения в жертву эксплуатационных характеристик содержащей гуаровую смолу рабочей жидкости, полученной, таким образом, в случае проведения разбавления для создания конечной композиции рабочей жидкости в пределах площади 32 от нуля до 1% для концентрации как гуаровой смолы, так и ПЭГ на фиг. 2.

Примеры 4 и 5. Воздействие концентратов гуаровой смолы, содержащих ПЭГ 8000, на свойства сшитой рабочей жидкости для обработки буровой скважины.

Для исследования пригодности концентрата гуаровой смолы при получении рабочих жидкостей для обработки буровой скважины и любого неблагоприятного воздействия ПЭГ 8000 растворы 0,3 мас.% сшитой гуаровой смолы получали двумя различными способами. Во-первых, из сухой порошкообразной гуаровой смолы, добавленной к рабочей жидкости, получали базовую рабочую жидкость (пример 4) для сопоставления с эквивалентной рабочей жидкостью, полученной из водного концентрата двух полимеров. Базовую рабочую жидкость получали и сшивали при стандартной рецептуре рабочей жидкости для обработки буровой скважины на основе деионизованной воды (100 мл), 50%-ного раствора хлорида тетраметиламмония (0,2 мл), раствора 60% глюконата натрия и 32% борной кислоты (0,12 мл) и 30%-ного раствора гидроксида натрия (0,08 мл). Во-вторых, в случае примера 5 ту же самую рабочую жидкость получали из водного концентрата гуаровой смолы, содержащего 10 мас.% гуаровой смолы и 6 мас.% ПЭГ 8000, ранее идентифицированного как композиция 30 на фазовой диаграмме фигуры 2. В результате разбавления вторая рабочая жидкость содержала 0,18 мас.% ПЭГ 8000, а также 0,3 мас.% гуаровой смолы, тем самым, вполне обеспечивая ее размещение в пределах площади 32 для разбавления, как это показано на фиг. 2. Как и в случае базовой рабочей жидкости, данную вторую рабочую жидкость сшивали при использовании комбинации глюконата натрия, борной кислоты и гидроксида натрия при значении рН, равном приблизительно 10.

Вязкости базовой рабочей жидкости из примера 4 и рабочей жидкости изобретения из примера 5 при скорости сдвига 100 с^-1 непрерывно отслеживали по мере увеличения температуры образца от комнатной температуры до 79,4°С (175°Е). Результаты, графически представленные на фиг. 4, свидетельствуют об отсутствии какого-либо измеримого воздействия присутствия 0,18 мас.% ПЭГ 8000 в примере 5 на эксплуатационные характеристики сшитой гуаровой смолы, полученной из концентрата, в сопоставлении с базовым вариантом из примера 4. После нагревания до 79,4°С (175°Е) образцы выдерживали при данной температуре и непрерывно отслеживали вязкость при 100 с^-1. Как продемонстрировано на фиг. 5, эксплуатационные характеристики рабочих жидкостей из примера 4 (базовый вариант) и примера 5 (в присутствии ПЭГ 8000) были, по существу, эквивалентными.

- 15 020002

Пример 6. Маловязкая водная суспензия диутана.

Рецептуру маловязкого концентрированного раствора диутана составляли в результате объединения диутана при 10 мас.% в воде ДИ с 20 мас.% водорастворимого полимера, содержащего натриевую соль конденсата полинафталинсульфонат-формальдегид, имеющего молекулярную массу 8000, и 3 мас.% трехблочного неионного поверхностно-активного вещества ПЭГ -НПО-ПЭГ. Данный мультиполимерный раствор перемешивали в результате растворения сначала водорастворимого полимера и поверхностноактивного вещества в воде в течение нескольких минут, а после этого медленного добавления полимера диутана. Сразу после добавления всего диутана раствор в течение 1 ч интенсивно перемешивали в смесителе ΑΑΚΙΝΟ для обеспечения полноты перемешивания и растворения полимеров. Конечный раствор характеризовался очень низкой вязкостью, был легкотекучим и после стояния в течение приблизительно двенадцати часов медленно претерпевал фазовое разделение на фазу, обогащенную диутаном, и фазу, диутаном обедненную. Однако фазово-разделенный раствор легко повторно суспендировали в результате осторожного перемешивания. Раствор 10 мас.% диутана разбавляли пресной водой для быстрого получения вязкого геля 1 мас.% диутана.

Примеры 7-10. Быстрое загущение рабочей жидкости на основе тяжелого соляного раствора при использовании предварительно гидратированной суспензии гидроксипропильного производного гуаровой смолы (ГПГ).

В примерах 7 и 8 в базовых экспериментах при использовании сухой гуаровой смолы 0,5 мас.% ГИГ отмеряли в виде сухого порошка и диспергировали в соляном растворе СаС1₂, имеющем плотность 1,318 г/мл (11,0 фунт/галлон или фунтов на один галлон), в перемешиваемом смесителе ΑΆΚΙΝΟ.

В примере 7 ГИГ характеризовалось 0,6-молярным замещением - ΙΆΟυΆΚ НР-60; а в примере 8 использовали ГПГ, характеризующееся 0,4-молярным замещением, - ЕСОРОЬ 400Ό8. Перемешивание с ГПГ начиналось в момент времени 0 на графике фиг. 6 и продолжалось в течение 2,5 мин. Вязкость измеряли при использовании вискозиметра Гагт 35 при комнатной температуре, начиная с 5 мин.

В случае примеров 9 и 10 сначала получали смесь предварительно гидратированного ГПГ из 100 г воды ДИ, 0,025 мл 50%-ного водного раствора хлорида алкил(С1₂-С1₆)диметилбензиламмония, 10 г ПЭГ 10К и 4 г ГПГ. В примере 9 ГПГ характеризовалось 0,6-молярным замещением - 1АСЬЛИ НР-60; а в примере 10 использовали ГПГ, характеризующееся 0,4-молярным замещением, - ЕСОРОЬ 400Ό8. Данные растворы перемешивали вплоть до полного растворения компонентов, создавших предварительно гидратированный концентрат. После этого для создания раствора, содержащего в соляном растворе 0,5 мас.% ГПГ, приблизительно 17 г предварительно гидратированного концентрата добавляли к 100 мл соляного раствора СаС1₂, имеющего плотность 1,318 г/мл (11,0 фунтов на один галлон). Времена перемешивания измерения в остальных отношениях реализовали тем же самым образом, как и для сухой гуаровой смолы в примерах 7 и 8.

Фиг. 6 сопоставляет развитие вязкости для двух гуаровых смол ГПГ, введенных в соляной раствор в виде сухого и предварительно гидратированного концентратов. Каждая из рецептур предварительно гидратированных концентратов в примерах 9 и 10 быстро формировала вязкость и демонстрировала значительное загущение в течение 5 мин от первоначального перемешивания. В противоположность этому, добавление к соляному раствору сухого ГПГ в примерах 7 и 8 продемонстрировало очень малое развитие вязкости по истечении 5 мин и даже по истечении 30 мин. Собственно говоря, по истечении 30 мин вязкость рецептур сухих гуаровых смол имела порядок величины, меньший, чем вязкость рецептур, перемешанных из водных концентратов. Преимущество предварительно гидратированных вариантов реализации из примеров 9 и 10 заключается в быстром загущении тяжелых соляных растворов предварительно гидратированными концентратами, что в противном случае потребовало бы использования процессов медленного гидратирования полимера. Предварительное гидратирование приводит к получению значительной вязкости в течение 5 мин, в то время как непосредственное гидратирование сухой гуаровой смолы в соляном растворе может не привести к получению значительной вязкости даже и по истечении 30 мин.

Примеры 11-16. Методика испытания для определения зависимости между процентным гидратированием и числом оборотов в минуту.

В смеситель ΑΑΚΙΝΟ, снабженный тахометром для считывания скорости вращения лопасти смесителя, загружали 500 мл воды. При использовании переменной установки для мощности число оборотов в минуту устанавливали на уровень создания глубокой воронки, но не настолько глубокой, чтобы захватывать чрезмерно много воздуха, что определили как величину в диапазоне 1500-1600 об/мин, и данную установку использовали в ходе всех следующих далее примеров. После этого в смеситель добавляли сразу все количество сухого реологического полимера, такого как гуаровая смола, соответствующего по размеру номеру стандартного сита <40 (пример 11), и по мере гидратирования полимера рабочая жидкость становилась вязкой и более трудной для перемешивания, и число оборотов смесителя в минуту уменьшалось, как это продемонстрировано на фиг. 7. Данные результаты после этого использовали для произведения из изменения числа оборотов в минуту кривой гидратирования в виде зависимости между процентным гидратированием полимера и временем, как это продемонстрировано на фиг. 8.

В случае примера 12 данную методику гидратирования повторяли при использовании того же само- 16 020002 го количества полимера в форме эмульсии вода-в-воде, которую сначала получали отдельно в смесителе ΧνΛΚ,ΙΝΟ на основе композиции 30 на фиг. 2 и в описанном ранее примере 2, т.е. смеси 10% полимера и 6% ПЭГ 8000. Для разбавления 20:1 в 500 мл воды, загруженной в смеситель, при 1=0 добавляли 25 мл концентрата.

В случае примеров 13 и 14 эмульсию вода-в-воде для композиции 30 обрабатывали при использовании высокосдвигового смесителя δΙΕνΕΒδΘΝ в течение 10 и 20 мин соответственно. В случае примера 15 концентрат гуаровой смолы для композиции 30 обрабатывали в результате мокрого размалывания в течение 10 мин при использовании электрической ступки. После этого данные образцы обработанной эмульсии вода-в-воде использовали для построения кривых гидратирования при использовании методики из примера 12. Фиг. 9 демонстрирует кривые гидратирования для примеров 11-15. Как было указано, скорость гидратирования базовой эмульсии вода-в-воде (пример 12) была эквивалентной или несколько лучшей в сопоставлении с тем, что имеет место для сухого полимера (пример 11). Размалывание или сдвиговое воздействие при использовании либо высокосдвигового смесителя (примеры 13-14), либо электрической ступки (пример 15) для эмульсии вода-в-воде приводило в результате к получению более быстрого гидратирования.

В случае примера 16 концентрат гуаровой смолы для композиции 30 нагревали до 65,6°С (150°Е) непосредственно перед добавлением к воде при комнатной температуре (500 мл) в смесителе. Фиг. 7 демонстрирует улучшение гидратирования в примере 16, достигаемое в результате нагревания эмульсии вода-в-воде перед испытанием на гидратирование, в сопоставлении с базовой эмульсией без предварительного нагревания (пример 12). Обратите внимание на то, что нагревание проводили для высококонцентрированной суспензии, что обуславливало приблизительно 5 мас.% совокупного конечного гидратированного геля, т.е. 95%-ное уменьшение потребности в нагревании в сопоставлении с нагреванием совокупной смеси компонентов предварительного геля.

Пример 17. Способ гидратирования на буровой площадке при использовании эмульсии вода-вводе.

Фиг. 11 демонстрирует один пример блок-схемы оборудования для реализации способа гидратирования 100 при использовании методики с применением эмульсии вода-в-воде. Сухую гуаровую смолу 102 и ПЭГ 8000 104, который может представлять собой сухой порошок, водные раствор или суспензию, подают совместно с первым потоком 106 воды 108 в зону перемешивания 110, которая может представлять собой встроенный в линию, периодический или непрерывный смеситель, предназначенный для перемешивания жидкостей и твердых веществ. Эмульсию вода-в-воде необязательно можно хранить в резервуаре для хранения эмульсии 112. После этого эмульсию обрабатывают в зоне размалывания 114 и/или зоне нагревания 116 для улучшения предварительного гидратирования. Это позволяет эффективно использовать энергию для обработки относительно малого потока, где используют один из ранее невозможных подходов для гидратирования гуаровой смолы, например высокосдвиговое воздействие, нагревание или ультразвуковые колебания (не показано). После этого обработанную эмульсию подают в зону разбавления 118, где ее разбавляют вторым водным потоком 120 для получения геля, который после этого принимают в необязательном напорном резервуаре 122 и при времени пребывания в линии 124 и/или резервуаре 122, достаточном для полного гидратирования, подают в обычную в других отношениях систему дозирования ПОП, функционально связанную с насосами добавок 128 и устьем буровой скважины 130. Соотношение между величинами первого водного потока 106 и второго водного потока 120 в одном варианте реализации составляет приблизительно 1:20.

Примеры 18 и 19. Концентраты полиакриламидных понижающих трение агентов.

Раствор получали в результате добавления 2 мас.% КС1 к дистиллированной воде. После этого в случае примера 18 к раствору КС1 добавляли 7,5 мас.% полиэтиленгликоля, имеющего молекулярную массу 7000. Затем к раствору добавляли 20 мас.% высокомолекулярного полиакриламида. Раствор перемешивали. Получающаяся в результате смесь характеризовалась вязкостью, подобной вязкости воды. В случае примера 19 к раствору 7,5 мас.% КС1 добавляли 7,5 мас.% полиоксиэтилена ВВП 38 с последующим добавлением к раствору 20 мас.% высокомолекулярного полиакриламида. Раствор перемешивали, и получающаяся в результате смесь опять-таки характеризовалась вязкостью, подобной вязкости воды.

Описанные ранее конкретные варианты реализации представляют собой всего лишь иллюстрации, поскольку изобретение может быть модифицировано и реализовано на практике различным, но эквивалентным образом, очевидным для специалистов в соответствующей области техники, воспользовавшихся преимуществами положений настоящего документа. Кроме того, для подробностей, продемонстрированных в настоящем документе, не предусматривается никаких ограничений, отличных от тех, что описываются в приведенной далее формуле изобретения. Поэтому очевидно то, что описанные ранее конкретные варианты реализации могут быть изменены или модифицированы, и все такие вариации рассматриваются как соответствующие объему и сущности изобретения. В соответствии с этим, охрана, запрашиваемая для настоящего изобретения, представляет собой то, что указано в приведенной далее формуле изобретения.

Claims (6)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ обработки подземного пласта, пронизанного буровой скважиной, включающий стадии:

   a) смешивания реологического полимера, полиоксиалкиленовой перераспределяющей добавки, в которой оксиалкиленовые звенья полиоксиалкилена имеют от одного до четырех атомов углерода и среднемассовую молекулярную массу в диапазоне от 1000 до 25000, и первой жидкой среды с образованием гетерогенной смеси, содержащей дисперсную, обогащенную реологическим полимером фазу и фазу, обогащенную перераспределяющей добавкой, причём фаза, обогащенная перераспределяющей добавкой, является непрерывной, а фаза, обогащенная реологическим полимером, тонко диспергирована в ней;

   b) разбавления гетерогенной смеси второй жидкой средой для взаимного растворения фазы, обогащенной полимером, и фазы, обогащенной перераспределяющей добавкой, и обработки гетерогенной смеси, эффективной для увеличения скорости гидратирования указанного реологического полимера, для получения рабочей жидкости для обработки буровой скважины, содержащей непрерывную перемешанную фазу полимер-добавка; и

   c) нагнетания рабочей жидкости для обработки буровой скважины в буровую скважину, где указанная вторая жидкая среда является смешиваемой с первой жидкой средой, указанный реологический полимер содержит один или более полисахаридов, производных полисахаридов, целлюлозу, производных целлюлозы, гетерополисахаридов, производных гетерополисахаридов или полиакриламидов, обработка является комбинированной механической и термической обработкой.
2. 2. Способ по п.1, где в зоне перемешивания реологический полимер частично гидратируют.
3. 3. Способ по любому одному из предшествующих пунктов, где гетерогенная смесь характеризуется массовым соотношением между реологическим полимером и перераспределяющей добавкой в диапазоне от 1:4 до 4:1 и содержит от 2 до 20 мас.% реологического полимера при расчете на массу жидких сред в гетерогенной смеси.
4. 4. Способ по любому одному из предшествующих пунктов, где обработка включает нагревание гетерогенной смеси до температуры более чем 60°С, мокрое размалывание гетерогенной смеси, высокосдвиговое перемешивание гетерогенной смеси, обработку гетерогенной смеси ультразвуком или любую их комбинацию.
5. 5. Способ по п.1 или 4, где непрерывная перемешанная фаза полимер-добавка содержит от 0,01 до 1 мас.% реологического полимера при расчете на массу жидких сред в гетерогенной смеси.
6. 6. Способ по п.1 или 5, где реологический полимер во второй жидкой среде полностью диспергируют в течение 90 с.