Замедленное разрушение структуры текучих сред для обработки скважин
Изобретение относится к способам обработки подземной формации с использованием сшитых полимеров. Способ обработки подземной формации, пронизанной буровой скважиной, включает введение обрабатывающей текучей среды в буровую скважину, сшивание гидратируемого полимера для повышения вязкости обрабатывающей текучей среды по меньшей мере для части вводимой таковой и сверхсшивание сшитого полимера для замедленного разрушения структуры обрабатывающей текучей среды. Способ обработки подземной формации, пронизанной буровой скважиной, включает введение в буровую скважину обрабатывающей текучей среды, включающей расклинивающий наполнитель, суспендированный в носителе, загущенном сшитым полисахаридом, для отложения наполнителя в трещине, сверхсшивание сшитого полимера для разрушения текучей среды и вытекание ее в буровую скважину. Способ включает приготовление обрабатывающей текучей среды и введение ее в обрабатываемую структуру, сшивание гидратируемого полимера для повышения вязкости обрабатывающей текучей среды и сверхсшивание сшитого полимера для замедленного разрушения структуры обрабатывающей текучей среды. Технический результат - обеспечение контролируемого режима разрушения обрабатывающей среды. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 1 пр., 1 ил.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Изложенное в данном разделе дает только основную информацию, относящуюся к настоящему изобретению, и может не составлять прототип.
Представлены композиции и способы обработки подземных пластов, в частности композиции для стимуляции нефтяного месторождения и способы с использованием полимеров, сшитых ионными комплексами, для повышения вязкости обрабатывающей текучей среды.
Большие объемы жидкостей для гидравлического разрыва пласта и других текучих сред для обработки скважин обычно загущают с помощью полимеров, таких как гуаровая смола, вязкость которых значительно повышается при сшивании ионным комплексом, например бора или металла, такого как хром, алюминий, гафний, сурьма и т.д., более часто металла Группы 4, такого как цирконий или титан. При ссылке на «Группы» Периодической Таблицы используют новую систему нумерации Групп Периодической Таблицы согласно ИЮПАК, как можно найти в издании “HAWLEY'S CONDENSED CHEMICAL DICTIONARY”, стр. 888 (11-ое издание, 1987).
Во время выполнения гидравлического разрыва пласта требуются текучие среды с высокой вязкостью для создания гидравлического разрыва, а также доставки расклинивающих наполнителей в трещину. Однако после завершения обработки необходимо, чтобы структура вязкой текучей среды разрушилась для облегчения вытекания обратно на поверхность без выноса расклинивающих наполнителей наружу.
Для разрушения структуры текучих сред, загущенных такими полимерами, как гуар, обычно используют окислители, такие как персульфаты или броматы. Считается общепризнанным, что механизм связан с разрушением полимера в результате цепных реакций расщепления радикального типа. Очень часто используются инкапсулированные окислители, чтобы эти текучие среды для гидравлического разрыва пласта не разрушались преждевременно. В то время как окислители эффективно действуют в отношении снижения вязкости текучей среды, было обнаружено, что текучая среда, включающая окисленный полимер, часто содержит нерастворимые материалы, которые могут вести к повреждению пласта и/или обусловливать проницаемость трещины. Для разрушения структуры полимерных текучих сред в забое скважины также иногда употребляют ферменты и средства для снижения величины рН.
Избыточного сшивания полимеров, также известного как сверхсшивание, которое иногда непредумышленно происходит в лаборатории в неконтролируемом режиме, как правило, избегают в условиях работы, где окислители, ферменты и реагенты для снижения величины рН являются наиболее широко распространенными средствами разрушения структуры.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Некоторые варианты осуществления относятся к разрушению структуры текучих сред для гидравлического разрыва пласта путем сверхсшивания, например, после размещения расклинивающих наполнителей во время выполнения обработки с гидравлическим разрывом пласта. Как используется в данном описании, сверхсшивание происходит, когда постепенное дополнительное сшивание приводит к относительному снижению вязкости или молекулярной массы полимера или обоих. Текучие среды, которые являются чрезмерно сшитыми, в общем имеют гораздо меньшую вязкость и поэтому легче вытекают обратно, приводя к более высокой проницаемости трещины. Сверхсшивание в вариантах воплощения может быть обеспечено либо более высокой концентрацией сшивающего реагента, либо более высоким значением рН, например, вследствие избытка выделяющего гидроксид-ионы соединения или же обоими таковыми. Избыток сшивающего реагента и/или основания может вести к сверхсшиванию полимера, что приводит к формированию текучей среды с вязкостью, сравнимой с вязкостью воды. В варианте осуществления избыток сшивающего реагента и/или щелочей может быть введен в инкапсулированной форме для облегчения размещения расклинивающих наполнителей.
В то время как сверхсшивание нежелательно во время гидравлического разрыва пласта и других обработок, где для доставки расклинивающих наполнителей в трещины необходимы вязкие текучие среды, для обратного течения текучей среды может быть благоприятной ситуация, где сверхсшивание задерживается до тех пор, пока обработка во всем остальном завершится. В варианте осуществления сверхсшивание определяющего реологические характеристики полимера в контролируемом режиме может быть использовано как путь разрушения структуры текучих сред для гидравлического разрыва пласта. Один вариант осуществления включает употребление инкапсулированного реагента для сверхсшивания в текучей среде для гидроразрыва пласта во время обработки с гидравлическим разрывом пласта и затем высвобождение реагента для сверхсшивания после размещения расклинивающего наполнителя на своем месте.
В некоторых других вариантах осуществления представлены способы обработки любой пригодной структуры, предназначенной для обработки. В этих вариантах осуществления обрабатывающую текучую среду готовят и вводят в обрабатываемую структуру. Способный к гидратации полимер сшивают для повышения вязкости обрабатывающей текучей среды, и сшитый полимер подвергают сверхсшиванию для замедленнного разрушения структуры обрабатывающей текучей среды. Понятие «пригодная структура» означает любую структуру, образованную естественным образом или сформированную искусственно; например, но не обязательно ограничиваясь таковыми, подземную формацию, трубопровод, трубную систему, буровую скважину, контейнер и тому подобные.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖА
На чертеже показан реологический профиль раствора, сшитого боратом гуара с избытком борной кислоты согласно варианту осуществления изобретения, описанному в Примере 1.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Сначала следует отметить, что при разработке любого такого реального варианта исполнения многочисленные решения, конкретно согласованные с вариантом осуществления, должны быть приняты для достижения конкретных целей разработчика, таких как совместимость с соответствующей системой и с соответствующими производственными ограничениями, которые будут варьировать от одного варианта реализации к другому. Более того, должно быть принято во внимание, что такие проектно-конструкторские работы могут быть сложными и отнимать много времени, но тем не менее должны быть привычными для специалистов с обычной квалификацией в этой области техники, для которых настоящее изобретение будет полезным. В дополнение, композиция, используемая/раскрытая здесь, может также включать некоторые компоненты, иные, нежели здесь упомянутые. В разделе, посвященном сущности изобретения, и в данном подробном описании каждое численное значение должно сначала трактоваться только как модифицированное термином «около» (кроме случаев, где такая модификация уже четко выражена) и затем читаться опять без такого модифицирования, если только в контексте не оговорено иное. Кроме того, в разделе, посвященном сущности изобретения, и в данном подробном описании должно быть понятно, что диапазон концентраций, перечисленный или описанный как применимый, пригодный или тому подобный, предполагается включающим любую и каждую концентрацию в пределах диапазона, в том числе конечные точки, которые должны рассматриваться как определенно указанные. Например, выражение «диапазон от 1 до 10» следует читать как указывающее каждое и всякое возможное число вдоль непрерывного отрезка между около 1 и около 10. Таким образом, даже если внутри диапазона однозначно идентифицированы конкретные значащие точки, или даже никакие значащие точки не обозначены в пределах диапазона, или конкретизированы лишь немногие из таковых, должно быть понятно, что авторы настоящего изобретения принимают во внимание и понимают, что любые и все значащие точки внутри диапазона должны рассматриваться как указанные и что авторы настоящего изобретения обладают сведениями обо всем диапазоне и всех точках в пределах диапазона.
Введение. Некоторые варианты осуществления относятся к способу и системе, где текучая среда для обработки скважин, загущенная сшитым полимером, разрушается после введения в буровую скважину путем сверхсшивания полимера. В одном варианте осуществления способ обработки подземной формации, пронизанной буровой скважиной, может включать стадии: введения обрабатывающей текучей среды в буровую скважину; сшивания гидратируемого полимера для повышения вязкости обрабатывающей текучей среды по меньшей мере для части стадии введения и сверхсшивания сшитого полимера для замедленного разрушения структуры обрабатывающей текучей среды. Сверхсшивание в вариантах осуществления может включать реагирование сшитого полимера с избытком сшивающего реагента в степени, действенной для разрушения структуры текучей среды, повышение величины рН в степени, достаточной для разрушения структуры текучей среды, или комбинацию таковых, в которой уровень рН в комбинации с избыточным количеством сшивающего реагента является эффективным для разрушения структуры текучей среды.
Обрабатывающая текучая среда в вариантах осуществления может включать избыток щелочного материала, который может быть инкапсулированным или неинкапсулированным и/или выбран из группы, состоящей из гидроксидов, оксидов, карбонатов, бикарбонатов металлов и тому подобных и включающей смеси и комбинации таковых.
В одном варианте осуществления способ может далее включать стадию примешивания избытка сшивающего реагента к обрабатывающей текучей среде в буровой скважине или в формации. Альтернативно или дополнительно, обрабатывающая текучая среда может включать избыток сшивающего реагента. В одном варианте осуществления избыточный сшивающий реагент может быть инкапсулированным. В одном варианте осуществления избыточный сшивающий реагент может включать борат или в еще одном варианте осуществления может быть выбран из титаната, цирконата, алюмината и тому подобного и их комбинаций. В одном варианте осуществления стадия введения может включать гидравлический разрыв пласта, обрабатывающая текучая среда может доставлять расклинивающий наполнитель для размещения в трещине, и/или текучая среда может быть разрушена после размещения расклинивающего наполнителя.
В еще одном аспекте вариант исполнения способа обработки подземной формации, пронизанной буровой скважиной, может включать стадии: введения в буровую скважину обрабатывающей текучей среды, включающей расклинивающий наполнитель, который суспендирован в носителе, загущенном сшитым полисахаридом, для отложения расклинивающего наполнителя в трещине, созданной в формации, после этого сверхсшивания сшитого полимера для разрушения структуры обрабатывающей текучей среды и вытекания разрушенной обрабатывающей текучей среды через трещину обратно в буровую скважину. В одном варианте осуществления обрабатывающая текучая среда включает избыток сшивающего реагента, который в других вариантах осуществления может быть инкапсулированным или неинкапсулированным и/или выбранным из бората, титаната, цирконата, алюмината, или тому подобного, включая комбинации таковых.
В варианте осуществления весь избыточный сшивающий реагент или часть такового может оставаться в виде твердого вещества во время введения и после этого растворяться для выполнения стадии сверхсшивания. Обрабатывающая текучая среда в вариантах осуществления может включать избыток щелочного материала, который может быть инкапсулированным или неинкапсулированным и/или выбранным из группы, состоящей из гидроксидов, оксидов, карбонатов, бикарбонатов металлов и тому подобных и включающей их комбинации.
Текучая среда как носитель. Текучая среда как носитель в разнообразных вариантах осуществления может быть водной, неводной, на масляной основе или смесью воды и смешивающейся с водой жидкости, такой как синтетическое или минеральное масло, включая эмульсии и инвертные эмульсии и тому подобные. В еще одном варианте осуществления текучая среда-носитель может включать газофазный компонент, например, в виде насыщенной газом текучей среды или пены, например, с диоксидом углерода, воздухом, азотом, природным газом или тому подобным, в том числе смесями таковых.
В варианте осуществления полимер является гидратируемым, и там, где текучая среда-носитель включает водный компонент, полимер в общем может быть стабильным в присутствии растворенных солей. Соответственно этому для приготовления раствора полимера, употребляемого в варианте осуществления, могут быть использованы обычная водопроводная вода, пластовая вода, рассолы и тому подобные. В вариантах осуществления, где текучей средой-носителем является рассол, рассол представляет собой воду, включающую неорганическую соль или органическую соль. В вариантах осуществления неорганические соли включают галогениды щелочных металлов, например такие, как хлорид калия. Рассол в качестве фазы-носителя может также включать органическую соль, например такую, как формиат натрия или калия. Варианты исполнения неорганических солей с двухвалентными металлами включают галогениды кальция, такие как хлорид кальция или бромид кальция. Могут быть также использованы бромид натрия, бромид калия или бромид цезия. В варианте осуществления соль может быть выбрана по соображениям совместимости, например, где в буровом растворе для пластового резервуара используют конкретную фазу соляного раствора и для завершения/промывания выбирают фазу текучей среды в виде рассола, такого же, как предыдущая фаза соляного раствора. Некоторые соли могут также действовать как стабилизаторы, например стабилизаторы глины, такие как хлорид калия (KCl) или хлорид тетраметиламмония (ТМАС), и/или экранирование заряда ионных полимеров.
Полимерные загустители. В вариантах осуществления полимер является в достаточной мере растворимым или диспергируемым в текучей среде-носителе для корректирования реологических характеристик, например водорастворимым или гидратируемым в случае текучих сред, имеющих водную фазу или растворимых в масле или растворителях, где текучая среда имеет несмешивающуюся с водой фазу из масла или растворителя.
Полимерный загуститель в варианте осуществления представляет собой водорастворимый полисахарид с высокой молекулярной массой, содержащий цис-гидроксильные и/или карбоксилатные группы, которые могут формировать комплекс с боратом, металлом или другим сшивающим реагентом. Без ограничения, применимые полисахариды для практической реализации настоящего изобретения имеют молекулярные массы в диапазоне от около 200000 до около 3000000. Галактоманнаны представляют вариант осуществления, в котором полисахариды, имеющие вицинальные цис-гидроксильные группы, соответствуют целям изобретения. Термин «галактоманнаны» в различных аспектах имеет отношение к встречающимся в природе полисахаридам, происходящим из эндосперма разнообразных семян. Они главным образом составлены D-маннозой и D-галактозой. В общем они имеют сходные физические свойства, такие как растворимость в воде с образованием густых высоковязких растворов, которые обычно могут образовывать гели (сшиваться) при добавлении таких неорганических солей, как бура. Примеры некоторых производимых растениями семян, содержащих галактоманнановые камеди, включают цезальпинию колючую (тара), акацию Фарнеза, плоды рожкового дерева, дерево пало верде, делоникс царственный, бобы гуарового дерева, гледичию сладкую, люцерну, бобы кентуккского кофейного дерева, софору японскую, индигоферу, дженну, кроталярию ситниковую, клевер, семена растения Fenergruk, оболочку соевых бобов и тому подобные. Камедь поставляется в удобной диспергированной форме. Из других полисахаридов конкретный вариант исполнения представляют гуар и его производные. Таковые включают гуаровую смолу, карбоксиметилгуар, гидроксиэтилгуар, карбоксиметилгидроксиэтилгуар, гидроксипропилгуар (HPG), карбоксиметилгидроксипропилгуар (CMHPG), хлорид гуаргидроксиалкилтриаммония и комбинациии таковых. В качестве галактоманнана гуаровая смола представляет собой разветвленный сополимер, содержащий маннозный скелет с галактозными ответвлениями.
В качестве гидратируемого полимера могут быть использованы гетерополисахариды, такие как диутан, ксантан, смесь диутана с любыми другими полимерами и склероглюкан. Для высокотемпературных вариантов применения типично употребляют синтетические полимеры, такие как, но не ограничивающиеся таковыми, полиакриламидные и полиакрилатные полимеры и сополимеры.
Гидратируемый полимер может присутствовать в любой пригодной концентрации. В разнообразных вариантах осуществления гидратируемый полимер может присутствовать в количестве от около 1,2 до менее чем около 7,2 г/л (от 10 до 60 фунтов на тысячу галлонов или ppt) жидкой фазы, или от около 15 (1,8 г/л) до менее чем около 40 фунтов (4,8 г/л) на тысячу галлонов, от около 1,8 г/л (15 ppt) до около 4,2 г/л (35 ppt), от 1,8 г/л (15 ppt) до около 3 г/л (25 ppt), или даже от около 2 г/л (17 ppt) до около 2,6 г/л (22 ppt). В общем гидратируемый полимер может присутствовать в количестве от около 1,2 г/л (10 ppt) до менее чем около 6 г/л (50 ppt) жидкой фазы с нижним пределом полимера на уровне не менее чем около 1,2, 1,32, 1,44, 1,56, 1,68, 1,8, 1,92, 2,04, 2,16 или 2,18 г/л (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 или 19 ppt) жидкой фазы и верхним пределом на уровне менее чем около 7,2 г/л (60 ppt), не более чем 7,07, 6,47, 5,87, 5,27, 4,67, 4,07, 3,6, 3,47, 3,36, 3,24, 3,12, 3, 2,88, 2,76, 2,64, 2,52 или 2,4 г/л (59, 54, 49, 44, 39, 34, 30, 29, 28, 27, 26, 25, 24, 23, 22, 21 или 20 ppt) жидкой фазы. В некоторых вариантах осуществления полимеры могут присутствовать в количестве около 2,4 г/л (20 ppt) или около 3,6 г/л (30 ppt).
Текучие среды, включающие гидратируемый полимер, могут до сшивания и сверхсшивания иметь любую пригодную вязкость, и в разнообразных вариантах осуществления значение вязкости около 50 мПа.с или больше при скорости сдвига около 100 с-1 при температуре обработки около 75 мПа·с или больше при скорости сдвига около 100 с-1 и около 100 мПа·с или больше. При упомянутых концентрациях скорость гидратации не зависит от концентрации гуара. При применении более низких уровней содержания проявляется тенденция к недостаточному развитию вязкости, тогда как высокие концентрации ведут к расточительному расходованию материала. Там, где этих недостатков можно избежать, применимы более высокие и более низкие концентрации.
Когда полимер упоминают как включающий мономер или сомономер, то мономер присутствует в полимеризованной форме мономера или в виде производного мономера. Однако для простоты при таком упоминании в качестве условного обозначения может быть использована фраза «включающий (соответствующий) мономер» или тому подобная.
Сшивающие реагенты. В варианте осуществления сшивающие реагенты выполняют два последовательных действия. Во время введения или другого применения обрабатывающей текучей среды, где требуется высоковязкая текучая среда, первую порцию сшивающего реагента вносят для традиционного сшивания полимера с дальнейшим загущением обрабатывающей текучей среды. После первичных операций обработки, которые могут включать гидравлический разрыв пласта или транспортирование расклинивающего наполнителя в трещину, в конкретных неограничивающих вариантах осуществления, когда желательно удаление обрабатывающей текучей среды, в одном варианте осуществления вторая порция сшивающего реагента создает избыток сшивающего реагента, действующего для разрушения полимера или обрабатывающей текучей среды. Первая и вторая порции сшивающего реагента могут быть одинаковыми или различными, например, один сшивающий реагент может быть использован для модификации реологических характеристик текучей среды-носителя во время обработки и еще один сшивающий реагент для сверхсшивания и разрушения текучей среды.
Избыток имеющегося сшивающего реагента существует, когда при постепенном увеличении количества сшивающего реагента раствор полимера начинает проявлять снижение эффективной молекулярной массы, вязкости или обеих таковых. Сверхсшивание, как применяемое здесь, не ограничивается каким-то конкретным механизмом или явлением, соответственно которому избыточный сшивающий реагент производит снижение эффективной молекулярной массы и/или вязкости.
Сшивание часто, но не всегда, обусловливается поливалентной молекулой или комплексом сшивающего реагента, реагирующими с реакционными центрами на двух или более полимерных цепях. Когда сшивающий реагент представляет собой ключевой компонент реакции в растворе или дисперсии полимера и реакционные центры полимера легкодоступны на соседствующих полимерных цепях, сшивание может связывать полимерные цепи и эффективно повышать молекулярную массу полимера и вязкость раствора. Когда содержание сшивающего реагента возрастает относительно центров связывания в полимере, степень сшивания увеличивается и эффективная молекулярная масса возрастает; но когда концентрация сшивающего реагента еще более повышается, в одном варианте осуществления может наступить момент, когда молекулы сшивающего реагента начинают соединять центры связывания только одного полимера и препятствуют связыванию с цепью еще одного полимера, поскольку соседние центры связывания уже прореагировали с еще одной молекулой сшивающего реагента, эффективно подавляя образование сшивок, так что дополнительный сшивающий реагент будет эффективно снижать молекулярную массу полимера и вязкость раствора.
Далее, в одном варианте осуществления одинаковая полярность моновалентного сшивающего реагента может также обусловливать отталкивание зарядов, далее способствуя подавлению перекрывания и/или доступности соседствующих центров связывания на полимерных цепях. Когда в варианте осуществления сшивающий реагент необратимо связывается с полимерными цепями, добавление избыточного сшивающего реагента может разрушать полимер путем замещения поливалентно связанных молекул сшивающего реагента или комплексов моновалентными таковыми.
Еще один вариант исполнения сверхсшивания включает сжатие полимера или распутывание, например синерезис. В этом варианте осуществления избыток сшивающего реагента может вызывать прочное сцепление полимерных цепей друг с другом и сжатие в дискретную частицу, вытесняя воду и препятствуя сплетанию свободных цепей с цепями других полимерных молекул. Полимер уже больше не может образовывать перекрывающуюся сетчатую структуру, так что, хотя это необязательно связано со снижением молекулярной массы чрезмерно сшитого полимера, реологические эффекты текучей среды-носителя сводятся к минимуму. Далее, полимерные цепи и/или центры сшивания могут быть чувствительными к сдвигу, который может обусловливать разрыв цепей или сшивок, что в этом варианте осуществления, особенно в случае избытка необратимо действующих сшивающих реагентов, может далее способствовать разрушению текучей среды. В вариантах осуществления разрушенная текучая среда имеет вязкость в условиях формации, подобную или меньшую таковой для текучей среды, в которой полимер является несшитым, или подобную текучей среде-носителю как таковой без полимера, например такую, как значение вязкости около 100 мПа·с или менее при скорости сдвига около 100 с-1 при температуре формации, около 75 мПа·с или менее при скорости сдвига около 100 с-1 или около 50 мПа·с или менее.
Сверхсшивание в вариантах осуществления может быть обусловлено присутствием избытка сшивающего реагента самого по себе или изменением условий, которые благоприятствуют образованию реакционноспособной формы активных частиц сшивающего реагента. Например, повышение значения рН может иметь результатом преобразование борной кислоты, которая представляет собой вид сшивающего реагента, который по существу инертен в отношении сшивания, в борат, который легко реагирует, сшивая такие полимеры, как гуар и его производные. Надлежащее замедление сверхсшивания может быть достигнуто, например, инкапсулированием избытка сшивающего реагента или соединения, служащего источником гидроксид-ионов, путем введения в медленно растворяющуюся или разлагающуюся матрицу или другую физическую форму, применением замедляющих сшивание реагентов или тому подобного.
Боратные сшивающие реагенты. В случае сшитых боратами гелей повышение величины рН и тем самым увеличение эффективной концентрации активного сшивающего средства, боратного аниона, обратимо создает боратные сшивки. Снижение значения рН может простейшим путем снизить содержание наличествующего бората и тем самым подавить образование связей «борат-полимер». Боратный ион существует при высоком значении рН, выше 8, и доступен для сшивания и инициирования гелеобразования. При более низкой величине рН борат связан с протоном и не может участвовать в сшивании, тем самым гелеобразование, обусловленное боратным ионом, становится обратимым. Источник(-ки) бората может(-гут) быть использован(-ны) в варианте осуществления в качестве сшивающего средства или вспомогательного сшивающего реагента и/или избыточного сшивающего реагента для сверхсшивания.
В одном варианте осуществления при низкой температуре обратимое сшивание с использованием источника бората используется в общем для непрерывного повышения вязкости перед тем, как полимер будет подвергнут сшиванию металлическим соединением, или одновременно с таковым. Водная смесь может тем самым включать источник бората, который может быть либо включен как растворимый борат либо как прекурсор бората, такой как борная кислота, или же он может быть введен как суспензия твердых источников бората для замедления боратного сшивания, пока текучая среда находится вблизи выхода из трубной системы в формацию у забоя скважины. По определению «суспензия» представляет собой смесь суспендированных твердых веществ и жидкостей. В одном варианте осуществления суспензия может быть получена на месте расположения буровой скважины или поблизости от такового или же может быть приготовлена в отдаленном месте и доставлена к месту предполагаемого употребления. Способы получения суспензий известны в технологии. В одном варианте осуществления суспензию готовят вне места применения, поскольку этим можно сократить расходы, связанные с доставкой оборудования, материалов и экспертизой для получения суспензии на месте.
Термин «меш», как применяемый в настоящей заявке, означает размер ячейки сита по шкале Тайлера. Размер ячейки сита по Тайлеру представляет собой шкалу размеров частиц в порошках. Частицы могут быть классифицированы по размеру просеиванием или сортировкой, то есть пропусканием образца через сито с конкретной величиной отверстий. Частицы могут быть разделены на две или более фракций с помощью набора сит с определением тем самым гранулометрического состава частиц.
Твердые боратные сшивающие реагенты, пригодные в определенных вариантах осуществления настоящего изобретения, являются реакционноспособными по отношению к воде и нерастворимыми в неводной суспензии, но становятся растворимыми, когда суспензию смешивают с водной средой. В определенных вариантах осуществления твердые вещества будут включать медленно растворяющийся содержащий бор минерал. Таковые могут включать бораты, такие как безводная бура и гидрат бората, например тетрабората натрия.
Термин «неводный», как применяемый в настоящей заявке, в одном смысле имеет отношение к композиции, к которой не была добавлена вода, и в еще одном смысле имеет отношение к составу жидкой фазы, которая включает не более 1, 0,5, 0,1 или 0,01 весового процента воды, в расчете на вес жидкой фазы. Жидкая фаза боратной суспензии в вариантах осуществления может представлять собой углеводород или масло, такое как лигроин, керосин или дизельное топливо, или немасляную жидкость. В случае гидрофобных жидкостей, таких как углеводороды, растворение твердых боратов замедляется, поскольку вода должна проникать сквозь гидрофобную оболочку на твердых частицах.
В одном варианте осуществления жидкая фаза боратной суспензии может включать гигроскопическую жидкость, которая в общем является неводной и немасляной. Жидкость может иметь сильное сродство к воде, удерживая воду вне контакта с любым сшивающим реагентом, который в противном случае сократил бы желательное замедление сшивания, то есть ускорил бы гелеобразование. Один класс гигроскопических жидкостей представляют гликоли, в том числе простые эфиры гликолей и в особенности включающие частичные простые эфиры гликолей. Конкретные показательные примеры этилен- и пропиленгликолей включают этиленгликоль, диэтиленгликоль, триэтиленгликоль, пропиленгликоль, дипропиленгликоль, трипропиленгликоль, моноалкиловые простые С1-С8-эфиры таковых и тому подобные. Дополнительные примеры включают 1,3-пропандиол, 1,4-бутандиол, 1,4-бутендиол, тиодигликоль, 2-метил-1,3-пропандиол, пентан-1,2-диол, пентан-1,3-диол, пентан-1,4-диол, пентан-1,5-диол, пентан-2,3-диол, пентан-2,4-диол, гексан-1,2-диол, гептан-1,2-диол, 2-метилпентан-2,4-диол, 2-этилгексан-1,3-диол, моноалкиловые простые С1-С8-эфиры таковых и тому подобные.
В одном варианте осуществления гигроскопическая жидкость может включать простые эфиры гликолей с молекулярной формулой R-OCH2CHR1OH, где R представляет собой замещенный или незамещенный углеводородный фрагмент с числом атомов углерода от около 1 до 8, и R1 представляет собой водород или алкил с числом атомов углерода от около 1 до 3. Конкретные показательные примеры включают растворители, основанные на алкиловых простых эфирах этилен- и пропиленгликоля, имеющиеся в продаже на рынке под торговым наименованием CELLOSOLVE, DOWANOL и тому подобные. Следует отметить, что в промышленности является общепринятым именовать или употреблять такие алкоксиэтанолы, как «растворители», но в варианте осуществления настоящего изобретения суспендированные твердые бораты не должны быть растворимыми в жидкости(тях), используемой(ых) в боратной суспензии.
Жидкая фаза боратной суспензии может иметь низкую вязкость, которая облегчает смешение и закачивание, например менее 50 сП (50 мПа.с), менее 35 сП (35 мПа.с) или менее 10 сП (10 мПа.с) в различных вариантах осуществления. В одном варианте осуществления жидкая суспензия может содержать количество гликоля, достаточное для поддержания характеристик гигроскопичности в зависимости от влажности и температуры окружающего воздуха, с которым она контактирует, то есть гигроскопическая жидкость может содержать гликоль в пропорции, соответствующей относительному показателю гигроскопичности этой жидкости или, в одном варианте осуществления, превышающей таковой. Как применяемый в настоящем описании, термин «относительный показатель гигроскопичности» представляет равновесную концентрацию в процентах по весу гликоля в водном растворе в контакте с воздухом при температуре и влажности окружающей среды, например, 97,2 весовых процентов пропиленгликоля для воздуха при температуре 48,9°С (120°F) и 10%-ной относительной влажности или 40 весовых процентов пропиленгликоля для воздуха при температуре 4,4°С (40°F) и 90%-ной относительной влажности. В других вариантах осуществления гигроскопическая жидкость может включать по меньшей мере 50 процентов по весу гликоля в жидкой фазе суспензии (за исключением любых нерастворимых или суспендированных твердых веществ), по меньшей мере 80 процентов по весу, по меньшей мере 90 процентов по весу, по меньшей мере 95 процентов по весу или по меньшей мере 98 процентов по весу.
Если желательно, в одном варианте осуществления боратная суспензия может также содержать суспендирующую добавку, способствующую отдалению взвешенных твердых частиц друг от друга, тем самым препятствуя слипанию твердых веществ и выпадению из суспензии в осадок. Суспендирующая добавка может включать оксид кремния, органофильную глину, полимерные суспендирующие средства, прочие тиксотропные вещества или комбинацию таковых. В определенных вариантах осуществления суспендирующая добавка может включать полиакриловую кислоту, простое эфирное производное целлюлозы, поливиниловый спирт, карбоксиметилметилцеллюлозу, поливинилацетат, кристаллическую тиомочевину или комбинацию таковых. В качестве полимера на основе сшитой акриловой кислоты, который может быть использован как суспендирующая добавка, можно упомянуть жидкие или порошкообразные полимеры, имеющиеся в продаже на рынке под торговым наименованием CARBOPOL. В качестве простого эфирного производного целлюлозы можно упомянуть гидроксипропилцеллюлозу. Пригодные органофильные глины включают каолинит, галлоизит, вермикулит, хлорит, аттапульгит, смектит, монтмориллонит, бентонит, гекторит или комбинацию таковых.
В разнообразных вариантах осуществления компонент боратной суспензии может включать замедляющие сшивание реагенты, такие как полиольное соединение, включающее сорбит, маннит, глюконат натрия и комбинации таковых. Замедляющий сшивание реагент может обеспечивать повышение эффективности системы, увеличивая замедление сшивания при начальном загущении текучей среды, повышая прочность геля, когда полимер еще неполностью гидратирован, и увеличивая скорость восстановления после сдвиговой нагрузки. Альтернативно или дополнительно, замедляющий сшивание реагент в одном варианте осуществления может служить для замедления доступности источника бората или части такового для сверхсшивания. В одном варианте осуществления полиол может присутствовать в количестве, эффективном для улучшения восстановления после сдвиговой нагрузки. Далее, полиол может присутствовать в количестве, которое недостаточно для действия в качестве средства, разрушающего суспензию или способствующего этому.
Металлические сшивающие реагенты. В одном варианте осуществления сшивающий реагент представляет собой металлическое соединение, например такое, как комплекс металла Группы 4 и лиганда. Молярное отношение металла к лиганду в комплексе может варьировать от 1:1 до 1:10. В вариантах осуществления отношение металла к лиганду может варьировать от 1:1 до 1:6 или от 1:1 до 1:4. Эти комплексы, в том числе смеси таковых, могут быть использованы для сшивания и/или сверхсшивания гидратируемых полимеров. Для данного полимера сшивание и/или сверхсшивание металлом или металлическим комплексом происходит при значительно более высоких температурах, чем металлическими комплексами, сформированными без какого-либо лиганда, или только слабо связывающими лигандами. Разнообразные варианты исполнения лигандов могут включать: алканоламины, такие как триэтаноламин; альфа-гидроксикарбоксилаты, такие как лактат; аминокислоты, такие как D,L-глутаминовая кислота, L-глутаминовая кислота, D-глутаминовая кислота, D,L-аспарагиновая кислота, D-аспарагиновая кислота, L-аспарагиновая кислота, бета-аланин, D,L-аланин, D-аланин, L-аланин; фосфоновые кислоты, такие как фосфонуксусная кислота; и подобные соединения, которые также известны как замедляющие сшивание реагенты, в том числе комбинации и смеси таковых.
Когда лиганды описываются как включающие нейтральные стабильные формы или ионные формы соединений, например, при получении комплексных сшивающих реагентов, квалифицированному специалисту в этой области технологии вполне понятно, что ионная форма или другая дериватизированная форма компонента представляет собой форму, которая реагирует со сшивающим реагентом. Когда сшивающие реагенты используют в текучих средах при обработке буровых скважин с подземным применением, в одном варианте осуществления водорастворимый полимер помещают в смеситель и гидратируют в нем водой, которая может содержать другие ингредиенты, такие как поверхностно-активные вещества, соли, буферные реагенты и температурные стабилизаторы. Концентрированный раствор сшивающего реагента, включающий, например, от 1000 миллионных долей (ppm) металл-лигандного комплекса до уровня насыщения, добавляют перед закачиванием смеси текучей среды в скважину для обеспечения желательной концентрации металла во вводимой смеси текучей среды. Концентрации жидких сшивающих добавок для целей загущения типично варьируют от около 0,01 объемного процента до 1,0 процента по объему, в расчете на общий объем жидкой фазы; для вариантов осуществления со сверхсшиванием/разрушением избыточный сшивающий реагент требуется в большем количестве, чем для повышения вязкости. В варианте осуществления молярное отношение сшивающего реагента, такого как бор, к сахаридным фрагментам в полимере, эффективное для сверхсшивания до разрушения текучей среды, составляет по меньшей мере около 1:120. В одном варианте осуществления надлежащие пропорции сшивающего реагента для загущения и разрушения определяют от случая к случаю в лаборатории заблаговременно перед обработкой.
Щелочные материалы. Неограничивающие примеры реагента, выделяющего гидроксидные ионы, включают любой растворимый или частично растворимый гидроксид или карбонат, который создает желательное значение рН текучей среды для гидравлического разрыва пласта, чтобы стимулировать формирование ионного сшивающего реагента, например боратного иона в одном варианте осуществления, и сшивание и/или сверхсшивание с полимером. Гидроксиды щелочных металлов, например гидроксид натрия, и карбонаты представляют собой показательные варианты исполнения. Другие примерные материалы включают гидроксид кальция, гидроксид магния, гидроксид висмута, гидроксид свинца, гидроксид никеля, гидроксид бария, гидроксид стронция и тому подобные. При температурах выше примерно 79°С (175°F) фторид калия (KF) может быть использован для предотвращения осаждения оксида магния (MgO), когда в качестве высвобождающего гидроксид-ионы реагента употребляют гидроксид магния. Количество высвобождающего гидроксид-ионы реагента, используемое в разнообразных вариантах осуществления, является достаточным для создания эффективной для сшивания величины рН текучей среды для гидравлического разрыва пласта на уровне по меньшей мере около 8,0, по меньшей мере 8,5, по меньшей мере около 9,5 или между около 9,5 и около 12 и для создания эффективной для сверхсшивания величины рН текучей среды после гидравлического разрыва пласта на уровне по меньшей мере около 9, по меньшей мере 9,5, по меньшей мере около 10, по меньшей мере около 10,5, по меньшей мере около 11, по меньшей мере около 11,5 или между около 12 и 14.
Буферный реагент может быть использован для забуферивания текучей среды для гидравлического разрыва пласта, то есть чтобы умерять количества либо сильного основания, либо кислоты, которые могут быть добавлены без риска сильного изменения величины рН текучей среды для гидравлического разрыва пласта. В разнообразных вариантах осуществления буферный реагент представляет собой комбинацию: слабой кислоты и соли слабой кислоты; кислой соли с нормальной солью или двух кислых солей. Примерами пригодных буферных реагентов являются: NaH2PO4-Na2HPO4; карбонат натрия - бикарбонат натрия; бикарбонат натрия и тому подобные. При употреблении буферного реагента в дополнение к выделяющему гидроксид-ионы материалу получают текучую среду для гидравлического разрыва пласта, которая до или после разрушения с помощью сверхсшивания может быть более стабильной в широком диапазоне значений рН, имеющем место в местных источниках воды, и для влияния на кислотные материалы, находящиеся в формации и тому подобном. В примерном варианте осуществления количество средства для регулирования величины рН варьирует между около 0,6 процента и около 40 процентами по весу относительно используемого полисахарида.
Варианты исполнения текучих сред-носителей могут также включать органическое аминное соединение. Примеры применимых органических аминных соединений включают, но не обязательно ограничиваются таковыми, тетраэтиленпентамин (ТЕРА), триэтилентетрамин, пентаэтиленгексамин, триэтаноламин (ТЕА) и тому подобные или любые смеси таковых. Органические амины могут быть использованы, например, для корректирования (повышения) величины рН. Когда органические аминосоединения употребляют в текучих средах согласно изобретению, они могут быть введены в количестве от около 0,01 весового процента до около 2,0 весовых процентов, в расчете на общий вес жидкой фазы для сшивания, или в избытке 2 весовых процентов, где органический амин участвует в повышении значения рН для сверхсшивания. В варианте осуществления при употреблении органического аминосоединения таковое вводят в количестве от около 0,05 весового процента до около 1,0 весового процента, в расчете на общий вес жидкой фазы.
Инкапсулирование. В одном варианте осуществления сшивающий реагент и/или щелочный материал инкапсулируют во время обработки, например, в жидкости для гидроразрыва и в текучей среде-носителе, и после прекращения закачивания и/или закрытия трещины капсула высвобождает или активирует избыток сшивающего реагента или выделяющего гидроксид-ионы соединения. Перед отключением закачивания или до закрытия инкапсулирование или другой механизм замедления подавляет высвобождение и, следовательно, делает разрушение полимера замедленной реакцией. При закрытии трещины, в одном варианте осуществления, усиливающееся напряжение разрушает средства инкапсулирования и высвобождает реагент для сверхсшивания, который может затем выполнить сверхсшивание полимера для разрушения текучей среды. В альтернативном или дополнительном варианте осуществления реагент для сверхсшивания может быть инкапсулирован в материале, который лопается под действием осмотического давления, который облегчает электрохимическое разрушение, который растворяется в контролируемом режиме в условиях обработки или тому подобным образом. Например, температура формации и изменения величины рН текучей среды могут быть использованы для инициирования реакции сверхсшивания после прекращения закачивания.
В вариантах осуществления реагент для сверхсшивания может быть инкапсулирован в полигликолевой кислоте (PGA), полимолочной кислоте (PLA) или другом медленно гидролизуемом сложном эфире, который образует кислоту и снижает величину рН в условиях формации, как описано в Патенте США 7166560 (на имя Still). Известны разнообразные способы инкапсулирования, которые могут быть использованы для изготовления инкапсулированного реагента для сверхсшивания в настоящем изобретении. Патент США 4506734 раскрывает полые бусинки, которые раздавливаются. Патент США 4741401 представляет капсулы, которые разрушаются под действием текучей среды, которая может проникать в покрытие. Патент США 4919209 раскрывает капсулы с содержимым, растворяющимся в текучей среде. Патент США 5164099 представляет диффузию через мембранную капсулу. Кроме того, реагент для сверхсшивания может быть использован в суспензии или эмульсии в масле, таком как дизельное топливо.
Другие способы инкапсулирования реагента для сверхсшивания могут включать: (1) напыленное покрытие, нанесенное напылением расплава или раствора инкапсулирующего материала в псевдоожиженном слое частиц реагента для сверхсшивания; (2) набрызгивание на реагент для сверхсшивания воска с данной температурой плавления, соответствующей температуре пластового резервуара; (3) гранулирование реагента для сверхсшивания со связующим веществом, которое разрушается и высвобождает реагент для сверхсшивания; (4) нанесение покрытия в псевдоожиженном слое, такое как процесс фирмы “Glatt”, с надлежащей модификацией для получения частиц желательного размера и (5) глазирование, где реагент для сверхсшивания погружают в раствор, в котором растворен полимер или другой инкапсулирующий материал (и в котором реагент для сверхсшивания не растворяется), и затем высушивание с образованием пленки или покрытия на частицах реагента для сверхсшивания.
Поверхностно-активные вещества. Согласно некоторым вариантам осуществления некоторые текучие среды также могут включать поверхностно-активное вещество. Неограничивающие примеры пригодных поверхностно-активных веществ, которые представлены в вариантах исполнения некоторых текучих сред, включают катионные поверхностно-активные вещества, анионные поверхностно-активные вещества, цвиттерионные поверхностно-активные вещества, амфотерные поверхностно-активные вещества, неионные поверхностно-активные вещества и комбинации таковых. Альтернативно или дополнительно, может быть применено любое поверхностно-активное вещество, которое способствует диспергированию и/или стабилизации газообразного компонента в базовой текучей среде с образованием насыщенной газом текучей среды. Вязкоупругие поверхностно-активные вещества, такие как описанные в Патенте США 6703352 и Патенте США 6482866, также пригодны оба для употребления в текучих средах в варианте осуществления изобретения.
Примеры пригодных ионных поверхностно-активных веществ также включают, но не ограничиваются таковыми, амфотерные поверхностно-активные вещества или цвиттерионные поверхностно-активные вещества. Амфотерные поверхностно-активные вещества имеют как положительно заряженный фрагмент, так и отрицательно заряженный фрагмент в определенном диапазоне значений рН (например, типично в слабокислых условиях), только отрицательно заряженный фрагмент в определенном диапазоне величин рН (например, типично в слабощелочных условиях) и только положительно заряженный фрагмент в ином диапазоне значений рН (например, типично в умеренно кислом), тогда как цвиттерионное поверхностно-активное вещество имеет постоянно положительно заряженный фрагмент в молекуле независимо от значения рН и также отрицательно заряженный фрагмент в щелочном диапазоне величин рН. Цвиттерионные поверхностно-активные вещества могут быть использованы для экранирования заряда анионных полимеров независимо от величины рН и катионных полимеров при должном значении рН. Амфотерные полимеры могут быть использованы для экранирования заряда катионных и/или анионных полимеров в зависимости от величины рН текучей среды. Типично цвиттерионными поверхностно-активными веществами являются алкилбетаины, алкиламидобетаины, алкилимидазолины, алкиламиноксиды и карбоксилаты четвертичных солей алкиламмония.
В некоторых вариантах осуществления поверхностно-активное вещество представляет собой катионное, цвиттерионное или амфотерное поверхностно-активное вещество, содержащее в своей химической структуре аминогруппу и/или четвертичную аммониевую группу, и в технологии называется как аминные функциональные поверхностно-активные вещества. В особенности полезным поверхностно-активным веществом является амфотерный алкиламин, содержащийся в растворе поверхностно-активного вещества AQUAT 944® (производимый фирмой Baker Petrolite, Шугар Ленд, Техас).
В других вариантах осуществления поверхностно-активное вещество представляет собой смесь двух или более вышеописанных поверхностно-активных веществ или смесь любого из поверхностно-активных веществ или вышеописанных поверхностно-активных веществ с одним или более неионными поверхностно-активными веществами. Примеры пригодных неионных поверхностно-активных веществ включают, но не ограничиваются таковыми, этоксилаты алифатических спиртов, этоксилаты алкилфенолов, этоксилаты алифатических кислот, этоксилаты алкиламинов, алканоаты сорбита и алканоаты этоксилированного сорбита. В водных газированных текучих средах согласно изобретению может быть использовано любое эффективное количество поверхностно-активного вещества или смеси поверхностно-активных веществ. В вариантах осуществления текучие среды включают поверхностно-активное вещество или смесь поверхностно-активных веществ в количестве от около 0,02 весового процента до около 5 весовых процентов от общего веса жидкой фазы или от около 0,05 весового процента до около 2 весовых процентов от общего веса жидкой фазы. Одно в особенности полезное поверхностно-активное вещество представляет собой тридецилэфирсульфат натрия.
В некоторые текучие среды, используемые в некоторых вариантах осуществления, могут быть также введены средства для снижения трения. Может быть использован любой антифрикционный полимер, такой как полиакриламид и сополимеры, частично гидролизованный полиакриламид, поли(2-акриламидо-2-метил-1-пропансульфоновая кислота) (polyAMPS) и полиэтиленоксид. Также были найдены эффективными коммерческие химические средства для снижения гидродинамического сопротивления, такие как продаваемые фирмой Conoco Inc. под торговым наименованием “CDR”, как описанные в Патенте США 3692676, и средства для снижения гидродинамического сопротивления, такие как продаваемые фирмой Chemlink, обозначенные торговыми наименованиями FLO1003, FLO1004, FLO1005 и FLO1008. Эти полимерные материалы, добавляемые как средства для снижения трения или средства повышения индекса вязкости, могут также действовать как превосходные добавки для предотвращения утечки бурового раствора, сокращающие или даже устраняющие потребность в общеупотребительных добавках для предотвращения водоотдачи из бурового раствора. В качестве добавок для снижения водоотдачи из бурового раствора могут быть введены полимерные латексы или полимерные эмульсии. В вариантах осуществления изобретения также могут быть использованы средства для восстановления после сдвиговой нагрузки.
Другие разрушающие реагенты. В одном варианте осуществления обрабатывающая текучая среда, включающая избыток сшивающего реагента и/или соединения, служащего источником гидроксид-ионов, может быть использована без других традиционных разрушающих средств, например, не содержит или по существу не содержит другие намеренно добавляемые разрушающие средства или разрушающие средства в количестве, которое оказывает вредное влияние на сверхсшивание, или содержащая менее 1, 0,5, 0,2, 0,1 или 0,01 весового процента других разрушающих средств, кроме избытка сшивающего реагента и/или соединений в качестве источника гидроксид-ионов, по весу полимера. В еще одном варианте осуществления текучие среды согласно изобретению могут также включать дополнительное разрушающее средство. Назначение этого компонента состоит в облегчении разрушения путем сверхсшивания для дальнейшего снижения вязкости текучей среды, чтобы эту текучую среду более легко извлекать из пласта, например, во время промывки. Что касается дополнительных разрушающих средств, то могут быть применены окислители и/или ферменты. В одном варианте осуществления, где дополнительное разрушающее средство не мешает сверхсшиванию избытком высвобождающих гидроксид-ионы соединений, например, дополнительное разрушающее средство может содержать кислоту.
Расклинивающие наполнители. Варианты осуществления могут также включать частицы расклинивающего наполнителя, которые по существу не растворяются в текучих средах пласта. Частицы расклинивающего наполнителя, переносимые обрабатывающей текучей средой, остаются в созданной трещине, тем самым укрепляя открытую трещину, когда давление гидравлического разрыва пласта сбрасывают и скважину переводят в режим добычи. Пригодные материалы расклинивающих наполнителей включают, но не ограничиваются таковыми, песок, скорлупу грецкого ореха, прокаленный боксит, стеклянные шарики, керамические материалы, материалы природного происхождения или подобные материалы. Могут быть также применены смеси расклинивающих наполнителей. Если используют песок, то он типично будет иметь размер частиц от около 20 до около 100 меш согласно US-стандарту. При использовании синтетических расклинивающих наполнителей могут быть применены частицы с размерами около 8 меш или более. Материалы природного происхождения могут представлять собой неизмененные и/или необработанные встречающиеся в природе материалы, а также материалы, основанные на материалах природного происхождения, которые были обработаны и/или превращены в соответствующие производные. Примеры пригодных дисперсных материалов природного происхождения для применения в качестве расклинивающих наполнителей включают, но не обязательно ограничиваются таковыми, размолотую или раздробленную скорлупу орехов, таких как грецкие орехи, кокос, орех пекан, миндаль, слоновый орех, бразильский орех и т.д.; размолотую или раздробленную оболочку семян (в том числе фруктовые косточки) из семян фруктов, таких как слива, маслины, персик, вишня, абрикос и т.д.; размолотую или раздробленную оболочку семян других растений, таких как маис (например, стержни кукурузных початков или кукурузные зерна), и т.д.; обработанные древесные материалы, такие как происходящие из таких древесных пород, как дуб, орешник гикори, грецкий орех, тополь, красное дерево и т.д., в том числе таких деревьев, которые были обработаны дроблением, остружкой или другими формами измельчения, обработки и т.д. Дополнительную информацию об орехах и их составах можно найти в издании ENCYCLOPEDIA OF CHEMICAL TECHNOLOGY, под редакцией Raymond E. Kirk и Donald F. Othmer, третье издание, издательство John Wiley & Sons, том 16, стр. 248-273, (1981).
Концентрация расклинивающего наполнителя в текучей среде может представлять собой любую концентрацию, известную в технологии, и в варианте осуществления может варьировать в диапазоне от около 0,03 до около 3 килограммов расклинивающего наполнителя, добавляемого на литр жидкой фазы. Кроме того, любая из частиц расклинивающего наполнителя может быть далее покрыта полимером для потенциального улучшения прочности, способности к образованию сгустков и характеристик возвратного течения расклинивающего наполнителя.
Волокна. В текучие среды может быть включен волокнистый компонент для достижения многообразных свойств, включающих улучшение суспендирования частиц и эффективности транспортирования частиц, и стабильности газовой фазы. Употребляемые волокна могут быть гидрофильными или гидрофобными по природе, но в конкретном варианте осуществления представлены гидрофильные волокна. Волокна могут относиться к любому волокнистому материалу, такому как, но не ограничивающемуся таковыми, натуральные органические волокна, раздробленные растительные материалы, синтетические полимерные волокна (в качестве неограничивающего примера сложный полиэфир, полиарамид, полиамид, волокно Novoloid или полимер типа Novoloid), фибриллированные синтетические органические волокна, керамические волокна, неорганические волокна, металлические волокна, металлические филаменты, углеродные волокна, стеклянные волокна, керамические волокна, волокна из природных полимеров и любые смеси таковых. В особенности пригодными волокнами являются волокна из сложных полиэфиров, покрытые для придания высокой гидрофильности, такие как, но не ограничивающиеся таковыми, волокна из полиэтилентерефталата (РЕТ) DACRON®, производимые фирмой Invista Corp., Уичита, Канзас, США, 67220. Другие примеры применимых волокон включают, но не ограничиваются таковыми, волокна из сложных полиэфиров полимолочной кислоты, волокна из сложных полиэфиров полигликолевой кислоты, волокна из поливинилового спирта и тому подобные. При использовании в текучих средах согласно изобретению волокнистый компонент может быть включен в варианты исполнения с концентрациями от около 1 до около 15 граммов на литр жидкой фазы текучей среды, от около 2 до около 12 граммов на литр жидкости или от около 2 до около 10 граммов на литр жидкости.
Прочие добавки. Текучие среды в вариантах исполнения могут далее содержать другие добавки и химикаты, которые известны как обычно используемые квалифицированными специалистами в этой области технологии в работах на нефтепромыслах. Таковые включают, но не обязательно ограничиваются таковыми, такие материалы, как поверхностно-активные вещества, в дополнение к вышеупомянутым таковым, средства для облегчения разложения в дополнение к вышеупомянутым таковым, ловушки кислорода, спиртовые стабилизаторы, ингибиторы образования отложений, ингибиторы коррозии, снижающие водоотдачу добавки, бактерициды и биоциды, такие как 2,2-дибром-3-нитрилопропионамид или глутаровый альдегид, и тому подобные. Кроме того, они могут включать сопутствующее поверхностно-активное вещество для оптимизации вязкости или для сведения к минимуму образования стабильных эмульсий, которые содержат компоненты неочищенной нефти.
Как применяется в настоящем описании, термин «спиртовый стабилизатор» используется для указания на определенную группу органических молекул, по существу или полностью растворимых в воде, содержащих по меньшей мере одну гидроксильную группу, которые являются действенными в придании термической устойчивости и долговременной стабильности при хранении водным циркониевым комплексам. Примеры органических молекул, называемых как «спиртовые стабилизаторы», включают, но не ограничиваются таковыми, метанол, этанол, н-пропанол, изопропанол, н-бутанол, трет-бутанол, монометиловый простой эфир этиленгликоля и тому подобные.
Гидравлический разрыв пласта. Текучие среды могут быть использованы для гидравлического разрыва пласта подземной формации. Способы гидравлического разрыва пласта подземной формации известны специалистам с обычной в этой области техники квалификацией и включают закачивание текучей среды для гидроразрыва в буровую скважину и из таковой в окружающую формацию. Давление текучей среды превышает минимальное in situ давление в пластовой породе, тем самым создавая или расширяя трещины в формации. См. издание “Stimulation Engineering Handbook”, автор John W. Ely, издательство Pennwell Publishing Co., Талса, Оклахома (1994), Патент США № 5551516 (на имя Normal et al.), главу “Oilfield Applications” («Работы на нефтепромыслах»), в “Encyclopedia of Polymer Science and Engineering”, том 10, стр. 328-366 (издательство John Wiley & Sons, Inc., Нью-Йорк, Нью-Йорк, 1987) и приведенные в таковых ссылки.
В разнообразных вариантах осуществления гидравлический разрыв пласта включает закачивание не содержащей расклинивающего наполнителя вязкой текучей среды или жидкости для гидроразрыва (пэд) (обычно воды с некоторыми добавками к текучим средам для придания высокой вязкости) в скважину быстрее, чем текучая среда может проникнуть в формацию, чтобы повысить давление и разорвать породу, создавая искусственные трещины и/или увеличивая существующие трещины. Затем к текучей среде добавляют частицы расклинивающего наполнителя для образования суспензии, которую закачивают в трещину для предотвращения ее смыкания, когда давление закачивания будет сброшено. В обработке с гидравлическим разрывом пласта текучие среды употребляют в обработке жидкостью для гидроразрыва на стадии введения расклинивающего наполнителя или в стадии после введения проппанта при промывке или в любой комбинации.
Избыточный сшивающий реагент или другой инициатор сверхсшивания может быть введен в стадиях, содержащих сшиваемый полимер, или в отдельной стадии или стадиях для смешения с содержащими сшиваемый полимер стадиями. Во время гидравлического разрыва пласта или другой обработки сверхсшивание задерживается в течение надлежащего периода времени для завершения обработки, когда желательно поддерживать вязкость текучей среды, например, до закупоривания трещины или обратного течения. Затем начинается сверхсшивание, например, в результате разрушения или иного возбуждаемого нарушения инкапсулированного избыточного сшивающего реагента или соединения, выделяющего гидроксид-ионы. После того как сверхсшивание в достаточной степени снизит вязкость текучей среды, например, после надлежащего периода времени после обработки в одном варианте осуществления, скважина может перейти в режим добычи и текучая среда-носитель может быть удалена из трещины в результате обратного течения в буровую скважину.
Пример. Замедленное сверхсшивание с избытком источника бората продемонстрировали в текучей среде на основе гуара, содержащей 3,6 кг/м3 (30 фунтов/1000 галлонов (ppt)) производного гуара, 2 весовых процента хлорида калия и имеющееся в продаже на рынке поверхностно-активное вещество, в пластовой воде из месторождения «Бобровское». После надлежащей гидратации полимера при температуре окружающей среды к текучей среде одновременно добавили борат и борную кислоту в смесителе для тщательного перемешивания, смесь перенесли в реометр и нагревали до температуры 95ºС при скорости сдвига 100 с-1, в то же время регистрируя вязкость. Борат представлял собой суспензию из 50 процентов улексита в масле, и его добавляли к текучей среде в количестве 3,5 литра на м3 текучей среды. Борную кислоту в гранулах добавляли в количестве 0,6 кг на м3 текучей среды. Кривая вязкости представлена на чертеже и показывает, что текучая среда сохраняет вязкость выше около 200 мПа·с в течение около 10 минут, но полностью разрушается после периода времени от 15 до 30 минут.
Хотя разнообразные варианты осуществления были описаны в плане представления сущности изобретения, должно быть понятно, что изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления. Вариации и модификации, которые могут быть произведены квалифицированным специалистом в этой области технологии по прочтении описания, также находятся в пределах области изобретения, каковая определена прилагаемыми пунктами формулы изобретения.
1. Способ обработки подземной формации, пронизанной буровой скважиной, способ, включающий:
введение обрабатывающей текучей среды в буровую скважину;
сшивание гидратируемого полимера для повышения вязкости обрабатывающей текучей среды по меньшей мере для части вводимой таковой; и,
сверхсшивание сшитого полимера для замедленного разрушения структуры обрабатывающей текучей среды.
2. Способ по п.1, где сверхсшивание включает взаимодействие сшитого полимера с избытком сшивающего реагента в степени, эффективной для разрушения текучей среды.
3. Способ по п.1, где сверхсшивание включает повышение значения рН в степени, эффективной для разрушения текучей среды.
4. Способ по п.3, где обрабатывающая текучая среда включает избыток щелочного материала.
5. Способ по п.4, где избыток щелочного материала инкапсулирован.
6. Способ по п.4, где избыток щелочного материала выбирают из группы, состоящей из гидроксидов, оксидов, карбонатов, бикарбонатов металлов и комбинаций таковых.
7. Способ по п.1, где сверхсшивание включает повышение значения рН и взаимодействие сшитого полимера с избытком сшивающего реагента, где величина рН в сочетании с количеством избыточного сшивающего реагента являются эффективными для разрушения текучей среды.
8. Способ по п.1, далее включающий примешивание избытка сшивающего реагента к обрабатывающей текучей среде в буровой скважине или в формации.
9. Способ по п.1, где обрабатывающая текучая среда включает избыток сшивающего реагента.
10. Способ по п.9, где избыток сшивающего реагента инкапсулирован.
11. Способ по п.9, где избыток сшивающего реагента включает борат.
12. Способ по п.9, где избыток сшивающего реагента выбирают из титаната, цирконата, алюмината и комбинаций таковых.
13. Способ по п.1, где введение включает гидравлический разрыв пласта в формации, обрабатывающая текучая среда доставляет расклинивающий наполнитель для размещения в трещине и текучая среда разрушается после размещения расклинивающего наполнителя.
14. Способ обработки подземной формации, пронизанной буровой скважиной, способ, включающий:
введение в буровую скважину обрабатывающей текучей среды, включающей расклинивающий наполнитель, суспендированный в носителе, загущенном сшитым полисахаридом, для отложения расклинивающего наполнителя в трещине, сформированной в формации;
после этого сверхсшивание сшитого полимера для разрушения обрабатывающей текучей среды;
вытекание разрушенной обрабатывающей текучей среды через трещину обратно в буровую скважину.
15. Способ по п.14, где обрабатывающая текучая среда включает избыток сшивающего реагента.
16. Способ по п.15, где избыток сшивающего реагента инкапсулирован.
17. Способ по п.16, где избыток сшивающего реагента выбирают из бората, титаната, цирконата, алюмината и комбинаций таковых.
18. Способ по п.15, где весь избыточный сшивающий реагент или часть такового остается в виде твердого вещества во время введения и после этого растворяется для стадии сверхсшивания.
19. Способ по п.14, где обрабатывающая текучая среда включает избыток щелочного материала.
20. Способ по п.19, где избыток щелочного материала инкапсулирован.
21. Способ по п.20, где избыток щелочного материала выбирают из группы, состоящей из гидроксидов, оксидов, карбонатов, бикарбонатов металлов и комбинаций таковых.
22. Способ, включающий:
приготовление обрабатывающей текучей среды и введение обрабатывающей текучей среды в обрабатываемую структуру;
сшивание гидратируемого полимера для повышения вязкости обрабатывающей текучей среды; и,
сверхсшивание сшитого полимера для замедленного разрушения обрабатывающей текучей среды.
