Способы получения углеводородного материала, содержащегося в подземном пласте, и родственных стабилизированных эмульсий
Владельцы патента RU 2687412:
БЕЙКЕР ХЬЮЗ ИНКОРПОРЕЙТЕД (US)
Изобретение относится к получению углеводородного матеиала, содержащегося в подземном пласте. Способ получения углеводородного материала из подземного пласта, включающий формирование суспензии для заводнения, включающей разлагающиеся частицы и флюид-носитель, закачивание суспензии в подземный пласт, содержащий углеводородный материал, для формирования эмульсии, стабилизированной разлагаемыми частицами, и удаления эмульсии из подземного пласта, и деградация по крайней мере части разлагаемых частиц после удаления указанной эмульсии из подземного пласта. Способ получения углеводородного материала из подземного пласта, включающий формирование наночастиц, каждая из которых содержит ядро, содержащее по крайней мере один из следующих металлов: Mg, Al, Са, Мn и Zn, и оболочку, инкапсулирующую ядро, и содержащую органический материал, комбинирование наночастиц с флюидом-носителем с получением суспензии для заводнения, закачивание суспензии в подземный пласт, содержащий связанный с его поверхностями углеводородный материал, для его отделения от поверхностей и образования эмульсии, стабилизированной наночастицами, удаление эмульсии из подземного пласта и модификацию по крайней мере одного из параметров: температура, значение рН и состав материала эмульсии, после удаления эмульсии из подземного пласта для взаимодействия по крайней мере части наночастиц с водным материалом для дестабилизации эмульсии и коалесценции углеводородного материала. Стабилизированная эмульсия, содержащая диспергированную фазу, включающую углеводородный материал, непрерывную фазу, включающую водный материал, и гидрофильные наночастицы, накапливающиеся на границе раздела фаз между диспергированной фазой и непрерывной фазой, где некоторое количество гидрофильных наночастиц содержит ядро, содержащее сплав Mg-Al, предназначенный для переключения между первой скоростью коррозии и второй более высокой скоростью коррозии в результате изменения по крайней мере одного свойства: повышения температуры водного материала и снижения величины рН водного материала, и оболочку, инкапсулирующую ядро и содержащую полимерный материал. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы. Технический результат – повышение эффективности обработки. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 1 ил.
Перекрестные ссылки на родственные заявки
В настоящем заявке испрашивается приоритет в связи с заявкой US №14/088331, поданной 22 ноября 2013 г., которая в полном объеме включена в настоящее описание в качестве ссылки.
Область техники
Варианты осуществления настоящего изобретения в основном относятся к способам получения углеводородного материала, содержащегося в подземном пласте, и к стабилизированным эмульсиям. Более подробно, варианты осуществления настоящего изобретения относятся к способам получения углеводородного материала из подземного пласта с использованием суспензии для заводнения, включающей разлагающиеся частицы, и к стабилизированным эмульсиям, включающим разлагающиеся частицы.
Предпосылки создания настоящего изобретения
Заводнение является стандартным процессом для повышения степени извлечения углеводородных материалов (например, сырая нефть, природный газ и т.п.) из подземных пластов. В ходе этого процесса водный флюид (например, вода, солевой раствор и т.п.) закачивают в подземный пласт через нагнетательные скважины для вытеснения углеводородного материала, содержащегося во внутрипоровом пространстве (например, поры, разломы, трещины, каналы и т.п.) подземного пласта, в эксплуатируемые скважины. Для повышения эффективности извлечения и последующей обработки углеводородного материала в водный флюид можно добавлять одну или более добавок.
Например, некоторые подходы включают добавление ПАВ и/или твердых частиц в водный флюид. ПАВ и/или твердые частицы могут прилипать к разделам фаз между углеводородным материалом и водным материалом или скапливаться в них и образовывать стабилизированную эмульсию одного углеводородного материала и водного материала, диспергированную в другом углеводородном материале и водном материале. Стабилизация с использованием ПАВ и/или твердых частиц снижает энергию системы, предотвращая коалесценцию диспергированного материала (например, углеводородный материал или водный материал), и поддерживая распределение одного материала в виде отдельных единиц (например, капли) в другом материале. В свою очередь, в значительной степени упрощается перемещение и извлечение углеводородного материала из подземного пласта по сравнению с процессом заводнения, в котором не используется добавление ПАВ и/или твердых частиц.
К сожалению, эффективность различных ПАВ может значительно снижаться в присутствии растворенных солей (например, различные соли, обычно присутствующие в подземных пластах). Кроме того, ПАВ имеют тенденцию прилипать к поверхностям подземного пласта, и следовательно, требуется экономически нежелательное добавление больших количеств ПАВ в закачиваемый водный флюид с учетом таких потерь. Более того, удаление твердых частиц из стабилизированной эмульсии может представлять проблемы в процессе последующей обработки, предотвращая коалесценцию углеводородного материала и водного материала с образованием дискретных несмешиваемых компонентов и в значительной степени снижая отдельный отбор углеводородного материала.
Следовательно, существует необходимость в разработке улучшенных способов извлечения углеводородного материала из подземного пласта, чтобы исключить одну или более указанных выше проблем.
Краткое описание настоящего изобретения
Описанные в данном контексте варианты осуществления настоящего изобретения включают способы получения углеводородного материала из подземного пласта, а также родственных стабилизированных эмульсий. Например, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, описанному в данном контексте, способ получения углеводородного материала из подземного пласта включает формирование суспензии для заводнения, включающей разлагающиеся частицы и флюид-носитель. Суспензию для заводнения подают в подземный пласт, содержащий углеводородный материал, для формирования эмульсии, стабилизированной разлагаемыми частицами, и для удаления эмульсии из подземного пласта. При этом происходит деградация по крайней мере части разлагаемых частиц и наблюдается дестабилизация эмульсии.
В дополнительном варианте предлагается способ получения углеводородного материала из подземного пласта, включающий формирование наночастиц, включающих по крайней мере один из металлов Mg, Al, Са, Mn и Zn. Наночастицы объединяют с флюидом-носителем, при этом получают суспензию для заводнения. Суспензию для заводнения закачивают в подземный пласт, содержащий углеводородный материал, который связан с поверхностями пласта, для отделения углеводородного материала от поверхностей и для формирования стабилизированной наночастицами эмульсии. Эмульсию откачивают из подземного пласта. По крайней мере один из параметров: температуру, рН, состав материала и эмульсию, модифицируют, чтобы обеспечить взаимодействие по крайней мере части наночастиц с водным материалом для дестабилизации эмульсии и коалесценции углеводородного материала.
В другом варианте предлагается стабилизированная эмульсия, содержащая диспергированную фазу, включающую углеводородный материал, непрерывную фазу, включающую водный материал, и гидрофильные наночастицы, накапливающиеся на границе раздела фаз между диспергированной фазой и непрерывной фазой. По крайней мере некоторое количество гидрофильных наночастиц включает сплав Mg-Al, который предназначен для переключения между первой скоростью коррозии и второй более высокой скоростью коррозии в результате изменения по крайней мере одного из следующих параметров: повышение температуры водного материала и снижение величины рН водного материала.
Краткое описание фигур
На фиг. 1 показана упрощенная схема способа извлечения углеводородов из подземного пласта в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание настоящего изобретения
В этом разделе описаны способы извлечения углеводородного материала из подземного пласта. В некоторых вариантах предлагается способ извлечения углеводородов из подземного пласта, который включает формирование суспензии для заводнения, содержащей разлагаемые частицы и флюид-носитель. Разлагаемые частицы могут быть сконструированы и сформированы таким образом, чтобы контролировать степень их деградации (например, коррозия, растворение, разложение и п.п.) в ходе взаимодействия с одним или более материалов, закаченных в подземный пласт и/или уже присутствующих в нем. Суспензию для заводнения можно закачивать в подземный пласт для отделения углеводородного материала от поверхностей подземного пласта. Разлагаемые частицы могут накапливаться на границе раздела фаз между углеводородным материалом и водным материалом, прилипать к границе раздела и/или адсорбироваться на ней, при этом образуется стабилизированная эмульсия (например, эмульсия для отбора), включающая отдельные единицы одного углеводородного материала и водного материала, диспергированные в другом углеводородном материале и водном материале. Стабилизированную эмульсию можно перекачивать (например, вытеснять, отводить, выкачивать и т.п.) из подземного пласта. После удаления из подземного пласта происходит деградация разлагаемых частиц (например, в результате коррозии, растворения, разложения и т.п.). Деградация разлагаемых частиц может происходить в условиях (например, температура, значение рН, состав композиции и т.п.) стабилизированной эмульсии в течение времени, или одно из свойств стабилизированной эмульсии можно модифицировать для ускорения или повышения степени деградации разлагаемых частиц. Деградация разлагаемых частиц может дестабилизировать эмульсию, и может приводить к коалесценции углеводородного материала и водного материала в четко различимые несмешиваемые фазы. Затем углеводородный материал можно собирать отдельно от водного материала и использовать по назначению. Способы, описанные в настоящем изобретении, могут упростить добычу и повысить эффективность добычи, а также снизить стоимость получения (например, извлечения и отделения) углеводородного материала из подземного пласта по сравнению со стандартными способами извлечения.
В этом разделе подробно описаны специфические характеристики, такие как типы материалов, композиции, толщина материалов и условия обработки, которые позволяют всесторонне описать варианты осуществления настоящего изобретения. Однако, специалисту в данной области техники представляется очевидным, что варианты осуществления можно применить на практике без использования этих специфических характеристик. В действительности, варианты осуществления настоящего изобретения можно использовать на практике в комбинации со стандартными методами, используемыми в промышленности. Кроме того, в представленном ниже описании не описана полная схема для извлечения углеводородов из нефтегазоносного подземного пласта. Ниже подробно описаны только операции процесса и структуры, необходимые для понимания вариантов осуществления настоящего изобретения. Специалист в данной области техники должен понимать, что некоторые компоненты процесса (например, трубопроводы, трубопроводные фильтры, вентили, детекторы температуры, проточные детекторы, детекторы давления и т.п.) по определению включены в настоящее описание, и что добавление различных стандартных компонентов и операций процесса включены в объем настоящего описания.
Использованные в настоящем изобретении термины «включающий», «составляющий», «содержащий», «характеризующийся» и их грамматические эквиваленты являются включающими или неограничивающими терминами, которые не исключают дополнительные, неперечисленные элементы или операции способов, но также включают более ограничивающие термины «состоящие из» или «в основном состоящие из» и их грамматические эквиваленты. Использованный в данном контексте термин «может» в отношении материала, структуры, признака или операции способа означает, что они рассматриваются для применения при осуществлении варианта настоящего изобретения, и что этот термин используется более предпочтительно, чем более ограничивающий термин «является», для того, чтобы исключить любое утверждение, что другие сопоставимые материалы, структуры и способы, используемые в комбинации с указанными выше, следует исключить или они должны быть исключены.
Если в настоящем контексте использован термин в единственном числе, то могут быть включены формы во множественном числе, если в контексте четко не указано иное.
Использованный в настоящем описании термин «и/или» включает любую и все комбинации одного или более перечисленных элементов.
Использованные в данном контексте термины, такие как «первый», «второй», «верхняя часть», «нижняя часть», «верхний», «нижний», «над», «под» и т.п. использованы для ясности и упрощения понимания описания изобретения и прилагаемых фигур, причем эти термины не имеют дополнительное значение или не зависят от любого специфического предпочтения, направления или порядка, за исключением случаев, когда в контексте указано иное.
Использованный в данном контексте термин «в основном» со ссылкой на данный параметр, свойство или условие, относится к незначительной степени, как очевидно для специалиста в данной области техники, с которой этот параметр, свойство или условие может быть изменен в пределах допускаемых производственных отклонений.
Использованный в данном контексте термин «приблизительно» со ссылкой на данный параметр является включительным термином в отношении указанной величины и имеет значение в зависимости от контекста (например, он включает степень ошибки, связанной с измерением данного параметра).
На фиг. 1 представлена упрощенная схема, иллюстрирующая способ получения углеводородного материала, содержащегося в подземном пласте, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Способ может включать процесс 100, включающий формирование суспензии для заводнения, содержащей множество разлагаемых частиц, процесс заводнения 102, включающий закачивание суспензии для заводнения в подземный пласт с целью отделения углеводородного материала от поверхностей подземного пласта, формирование стабилизированной эмульсии углеводородного материала и водного материала, и перекачивание (например, вытеснение, отведение, выкачивание и т.п.) стабилизированной эмульсии из подземного пласта, а также процесс деградации 104, включающий деградацию по крайней мере части разлагаемых частиц в составе стабилизированной эмульсии для дестабилизации эмульсии и коалесценции углеводородного материала и водного материала с образованием четко различимых несмешиваемых фаз. Как описано ниже, специалисту в данной области техники представляет очевидным, что описанный в данном контексте способ может быть использован в различных областях применения. Другими словами, способ можно использовать по любому назначению для извлечения и отделения углеводородного материала.
Ссылаясь на фиг. 1, процесс 100 получения суспензии включает формирование суспензии для заводнения, включающей разлагаемые частицы и по крайней мере один флюид-носитель. Разлагаемые частицы можно получить по крайней мере из одного материала и они могут включать по крайней мере один материал, который является деградабельным (например, коррозируемым, растворимым, распадающимся и т.п.) в присутствии по крайней мере одного водного материала и органического материала, такого как материал, который может присутствовать в окружающей зоне скважины в подземном пласте. Например, разлагаемые частицы могут коррозировать, растворяться и/или распадаться в присутствии различных водных материалов (например, вода, солевые растворы и т.п.), которые можно закачивать в подземный пласт и/или они уже могут присутствовать в подземном пласте. Разлагаемые частицы в составе суспензии для заводнения могут быть совместимыми с другими компонентами (например, материалы, составные части и т.п.) суспензии для заводнения. Использованный в данном контексте термин «совместимый» означает, что материал не взаимодействует с другим материалом, не разлагается или не абсорбируется другим материалом нежелательным образом, а также материал не оказывает отрицательное действие на химические и/или механические свойства другого материала нежелательным образом. Например, каждую из разлагаемых частиц можно сконструировать (например, сортировать, профилировать, наслаивать и т.п.) и сформировать таким образом, чтобы разлагаемые частицы в основном не взаимодействовали с другим материалом (например, водный материал, углеводородный материал и т.п.) в условиях (например, температура, давление, значение рН, скорость потока, воздействие других материалов и т.п.), в которых разлагаемые частицы закачиваются в подземный пласт и удаляются из него.
Разлагаемые частицы конструируют и формируют таким образом, чтобы они обладали селективными и контролируемыми свойствами деградации (например, коррозия, растворение, разложение и т.п.). Разлагаемые частицы можно сформировать из материала и они могут включать материал, который разлагается в результате изменения по крайней мере одного условия окружающей среды (например, температура, значение рН, воздействие других материалов и т.п.), воздействию которых подвергаются разлагаемые частицы, и/или эти частицы можно сформировать из материала и они могут включать материал, который разлагается требуемым образом (например, с требуемой скоростью разложения) без изменения условий окружающей среды, действию которых подвергаются разлагаемые частицы. В неограничивающем примере по крайней мере часть каждой разлагаемой частицы может быть сформирована по крайней мере из одного материала и включать по крайней мере один материал, который переключается с первой скорости деградации на вторую, более высокую скорость деградации в результате изменения по крайней мере одного условия окружающей среды (например, температура, значение рН, воздействие другого материала и т.п.). Например, по крайней мере часть разлагаемых частиц может характеризоваться относительно низкой скоростью деградации, включая нулевую скорость разложения, когда подвергается воздействию первого материала (например, органического материала), но может характеризоваться более высокой скоростью разложения при воздействии второго материала (например, водного материала). В другом примере по крайней мере часть разлагаемых частиц может характеризоваться относительно низкой скоростью деградации в водном материале при первой температуре и/или при первом значении рН, но может характеризоваться более высокой скоростью деградации в водном материале при второй более высокой температуре и/или при втором более низком значении рН. Селективные и контролируемые свойства деградации разлагаемых частиц могут обеспечивать сохранение химических и/или механических свойств разлагаемых частиц до тех пор, пока разлагаемые частицы выполняют по крайней мере одну требуемую функцию, при этом по крайней мере одно условие окружающей среды может измениться для ускорения по крайней мере частичного удаления (например, в результате коррозии и/или растворения) разлагаемых частиц.
Кроме того, разлагаемые частицы можно сконструировать и сформировать таким образом, чтобы удалить углеводородный материал по крайней мере с одной поверхности подземного пласта. Например, по крайней мере часть разлагаемых частиц можно сконструировать и сформировать по крайней мере частично в абразивной форме. Использованный в данном контексте термин «абразивный» означает, что структура (например, частица) способна царапать, отскабливать, счищать, обдирать, скалывать и/или сдвигать материал с поверхности. Разлагаемые частицы можно сконструировать и сформировать таким образом, чтобы абразивным способом удалять углеводородный материал с поверхности подземного пласта при контактировании на границе раздела между углеводородным материалом и подземным пластом.
Более того, разлагаемые частицы можно сконструировать и сформировать таким образом, чтобы ускорить формирование стабилизированной эмульсии углеводородного материала и водного материала. Например, разлагаемые частицы можно сконструировать и сформировать таким образом, чтобы накапливаться (например, образовывать агломераты) на границе раздела фаз между углеводородным материалом и водным материалом, прилипать к границе раздела и/или адсорбироваться на ней, при этом образуется эмульсия для отбора, включающая отдельные единицы (например, капли) одного углеводородного материала и водного материала, диспергированные в другом углеводородном материала и водном материале. Разлагаемые частицы могут предотвращать коалесценцию диспергированного материала (например, углеводородного материала или водного материала), и таким образом, могут поддерживать диспергированный материал в виде отдельных единиц в другом материале. В свою очередь, деградация (например, коррозия, растворение, разложение и т.п.) разлагаемых частиц может дестабилизировать эмульсию таким образом, что происходит коалесценция углеводородного материала и водного материала с образованием четко различимых несмешиваемых фаз.
В неограничивающем примере по крайней мере часть разлагаемых частиц может быть сформирована из металлсодержащего материала и включать металлсодержащий материал, который подвергается контролируемой деградации (например, подвергается коррозии, растворяется, разлагается и т.п.) в присутствии водного материала, такого как водный материал, обычно присутствующий в окружающей среде скважины (например, водный материал, включающий воду и по крайней мере один из следующих компонентов: спирт, хлорид аммония, хлорид кальция, бромид кальция, соляная кислота, сероводород, хлорид магния, борид магния, хлорид калия, формиат калия, хлорид натрия, борид натрия, формиат натрия, бромид цинка, формиат цинка и оксид цинка, различные соли и различные коррозионные материалы). Металлсодержащий материал можно сформировать из активного металла и он может включать активный металл со стандартным окислительным потенциалом, который выше или равен потенциалу цинка (Zn). Активный металл может приобретать относительно анодные свойства в присутствии водного материала. Например, активный металл может включать магний (Mg), алюминий (Al), кальций (Са), марганец (Mn) или Zn. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения активным металлом является Mg. Кроме того, металлсодержащий материал необязательно можно сформировать из дополнительного компонента и он может включать дополнительный компонент. Дополнительный компонент может оказывать влияние на одно или более свойств активного металла. Например, дополнительный компонент может регулировать (например, повышать или снижать) скорость деградации (например, коррозии и/или растворения) активного металла в водном материале. Дополнительный компонент может приобретать относительно катодные свойства в присутствии водного материала. В неограничивающем примере в зависимости от активного металла дополнительный компонент может включать по крайней мере один из следующих металлов: алюминий (Al), висмут (Bi), кадмий (Cd), кальций (Са), церий (Се), кобальт (Со), медь (Cu), железо (Fe), галлий (Ga), индий (In), литий (Li), марганец (Mn), никель (Ni), скандий (Sc), кремний (Si), серебро (Ag), стронций (Sr), торий (Th), олово (Sn), титан (Ti), вольфрам (W), иттрий (Y), цинк (Zn) и цирконий (Zr). В некоторых вариантах дополнительный компонент включает один из следующих металлов: Al, Ni, W, Со, Cu и Fe. К активному металлу можно добавлять другие компоненты, получать из него сплавы или комбинировать его другим способом (например, наносить покрытие) с дополнительным компонентом. Неограничивающие примеры металлсодержащих материалов, которые можно включать в разлагаемые частицы, наряду со способами формирования металлсодержащих материалов, описаны в патентных заявках US, серийные номера 13/466311 и 12/633677, описание каждой из которых в полном объеме включено в настоящее описание в качестве ссылок.
В некоторых вариантах по крайней мере часть разлагаемых частиц формируют из сплава магния или они включают сплав магния. Пригодные сплавы магния включают, но не ограничиваясь только ими, сплавы Mg и по крайней мере одного из следующих металлов: Al, Bi, Cd, Са, Се, Со, Cu, Fe, Ga, In, Li, Mn, Ni, Sc, Si, Ag, Sr, Th, Sn, Ti, W, Y, Zn и Zr. Например, по крайней мере часть разлагаемых частиц можно формировать из следующих сплавов или они включают следующие сплавы: сплав Mg-Zn, сплав Mg-Al, сплав Mg-Mn, сплав Mg-Li, сплав Mg-Са, сплав Mg-X и/или сплав Mg-Al-X, где X включает по крайней мере один из следующих менталлов Bi, Cd, Са, Се, Со, Cu, Fe, Ga, In, Li, Mn, Ni, Sc, Si, Ag, Sr, Th, Sn, Ti, W, Y, Zn и Zr. Сплав Mg может, например, включать вплоть до приблизительно 99% Mg, например, вплоть до приблизительно 95% Mg, вплоть до приблизительно 90% Mg, вплоть до приблизительно 85% Mg, вплоть до приблизительно 80% Mg, вплоть до приблизительно 75% Mg, вплоть до приблизительно 70% Mg, или вплоть до приблизительно 65% Mg. В неограничивающем примере пригодные сплавы Mg-Al-X могут включать вплоть до приблизительно 85% Mg, вплоть до приблизительно 15% Al, и вплоть до приблизительно 5% X. Кроме того, в сплав Mg необязательно можно добавлять другие компоненты, и/или комбинировать его другим способом по крайней мере с одним из следующих металлов: Al, Bi, Cd, Са, Со, Cu, Fe, Ga, In, Li, Mn, Ni, Si, Ag, Sr, Th, Sn, Ti, W, Zn и Zr. В дополнительных вариантах по крайней мере часть разлагаемых частиц можно формировать из чистого Mg или они могут включать чистый Mg, в Mg можно добавлять другие металлы или комбинировать его другим способом по крайней мере с одним из следующих металлов: Al, Bi, Cd, Са, Се, Со, Cu, Fe, Ga, In, Li, Mn, Ni, Sc, Si, Ag, Sr, Th, Sn, Ti, W, Y, Zn и Zr.
В дополнительных вариантах по крайней мере часть разлагаемых частиц формируют из сплава Al или они включают сплав Al. Пригодные сплавы Al включают, но не ограничиваясь только ими, сплавы Al и по крайней мере одного из следующих металлов: Bi, Cd, Са, Се, Со, Cu, Fe, Ga, In, Li, Mn, Mg, Ni, Sc, Si, Ag, Sr, Th, Sn, Ti, W, Y, Zn и Zr. Например, по крайней мере часть разлагаемых частиц можно формировать из перечисленных ниже сплавов и они могут включать эти сплавы: сплав Al-Mg, сплав Al-Са, сплав Al-Ga (например, 80Al-20Ga), сплав Al-In, сплав Al-Ga-Bi (например, 80Al-10Ga-10Bi), сплав Al-Ga-In (например, 80A1-10Ga-10In), сплав Al-Ga-Bi-Sn (например, Al-Ga-Bi-Sn), сплав Al-Ga-Zn (например, 80A1-10Ga-10Zn), сплав Al-Ga-Mg (например, 80A1-10Ga-10Mg), сплав Al-Ga-Zn-Mg (например, 80A1-10Ga-5Zn-5Mg), сплав Al-Ga-Zn-Cu (например, 85Al-5Ga-5Zn-5Cu), сплав Al-Ga-Bi-Sn (например, 85A1-5Ga-5Zn- 5Cu), сплав Al-Zn-Bi-Sn (например, 85A1-5Zn-5Bi- 5Sn), сплав Al-Ga-Zn- Si (например, 80A1-5Ga-5Zn-10Si), сплав Al-Ga-Zn-Bi-Sn (например, 80A1-5Ga-5Zn-5Bi-5Sn, 90A1-2.5Ga-2.5Zn-2.5Bi-2.5Sn), сплав Al-Ga-Zn-Sn-Mg (например, 75A1-5Ga-5Zn-5Sn-5Mg), сплав Al-Ga-Zn-Bi-Sn-Mg (например, 65A1-10Ga-10Zn-5Sn-5Bi-5Mg), сплав Al-X и/или сплав Al-Ga-X, где X включает по крайней мере один из следующих металлов Bi, Cd, Са, Со, Cu, Fe, Ga, In, Li, Mn, Ni, Si, Ag, Sr, Th, Sn, Ti, W, Zn и Zr. Сплав Al может, например, включать вплоть до приблизительно 99% Al, например, вплоть до приблизительно 95% Al, вплоть до приблизительно 90% Al, вплоть до приблизительно 85% Al, вплоть до приблизительно 80% Al, вплоть до приблизительно 75% Al, вплоть до приблизительно 70% Al, или вплоть до приблизительно 65% Al. Кроме того в сплав Al необязательно можно добавлять по крайней мере один из следующих металлов или комбинировать его другим способом с одним из следующих металлов: Bi, Cd, Са, Се, Со, Cu, Fe, Ga, In, Li, Mg, Mn, Ni, Sc, Si, Ag, Sr, Th, Sn, Ti, W, Y, Zn и Zr. В дополнительных вариантах по крайней мере часть разлагаемых частиц можно формировать из чистого Al, или Al смешивают и/или комбинируют другим способом по крайней мере с одним из следующих металлов Bi, Cd, Са, Се, Со, Cu, Fe, Ga, In, Li, Mg, Mn, Ni, Sc, Si, Ag, Sr, Th, Sn, Ti, W, Y, Zn и Zr.
В дополнительных вариантах по крайней мере часть разлагаемых частиц формируют из сплава Са или они включают сплав Са. Пригодные сплавы Са включают, но не ограничиваясь только ими, сплавы Са и по крайней мере один из следующих металлов: Al, Bi, Cd, Се, Со, Cu, Fe, Ga, In, Li, Mn, Mg, Ni, Sc, Si, Ag, Sr, Th, Sn, Ti, W, Y, Zn и Zr. Например, по крайней мере часть разлагаемых частиц можно формировать из перечисленных ниже сплавов или они могут включать эти сплавы: сплав Са-Li, сплав Са-Mg, сплав Са-Al, сплав Са-Zn, сплав Са-Li-Zn, и/или сплав Са-X, где X включает по крайней мере один из следующих металлов: Al, Bi, Cd, Со, Cu, Fe, Ga, In, Li, Mg, Mn, Ni, Si, Ag, Sr, Th, Sn, Ti, W, Zn и Zr. Сплав Са может включать, например, вплоть до 99% Са, например, вплоть до 95% Са, вплоть до 90% Са, вплоть до 85% Са, вплоть до 80% Са, вплоть до 75% Са, вплоть до 70% Са, или вплоть до 65% Са. Кроме того в сплав Са можно добавлять по крайней мере один из следующих металлов или комбинировать его другим способом с одним из следующих металлов Al, Bi, Cd, Се, Со, Cu, Fe, Ga, In, Li, Mg, Mn, Ni, Sc, Si, Ag, Sr, Th, Sn, Ti, W, Zn, Y или Zr. В дополнительных вариантах по крайней мере часть разлагаемых частиц можно формировать из чистого Са или они включают чистый кальций, или Са смешивают и/или комбинируют другим способом по крайней мере с одним из следующих металлов Al, Bi, Cd, Се, Со, Cu, Fe, Ga, In, Li, Mg, Mn, Ni, Sc, Si, Ag, Sr, Th, Sn, Ti, W, Zn, Y и Zr.
В другом неограничивающем примере по крайней мере часть разлагаемых частиц формируют из гидролизуемого полимера или они включают гидролизуемый полимер. Использованный в данном контексте термин «гидролизуемый полимер» означает и включает полимер, который может по крайней мере частично подвергаться деполимеризации с образованием молекул с более низкой молекулярной массой в ходе гидролиза. Гидролизуемый полимер может вступать в реакцию с водным материалом, таким как по крайней мере один из солевых растворов, и с водным кислотным материалом (например, соляная кислота, гидробромистая кислота, азотная кислота, серная кислота, фосфорная кислота, муравьиная кислота, уксусная кислота, их комбинации и т.п.). Например, гидролизуемый полимер может включать по крайней мере один из следующих полимеров: полимолочная кислота, поли(ε-капролактон), поли(диоксанон), сложный полиэфир, полигликолевая кислота, поликеталь (например, поли(циклогесан-1,4-диилацетон-диметиленкеталь), сополимер молочной и гликолевой кислот, полимочевина, полиуретан и силилированный полиуретан. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения по крайней мере часть разлагаемых частиц формируют из полиуретана или они включают полиуретан.
По крайней мере некоторые разлагаемые частицы могут включать композитные частицы. Использованный в данном контексте термин «композитная частица» означает и включает частицу, состоящую по крайней мере из двух составляющих материалов, которые остаются дискретными на микрометровом уровне и при этом формируют единую частицу. Например, композитная частица может включать ядро из первого материала, по крайней мере частично инкапсулированное (например, в виде покрытия, окружения и т.п.) в оболочку из второго материала. Ядро может, например, быть сформировано из материала или включать материал, который относительно в большей степени подвергается деградации (например, подвергается коррозии, растворяется, разлагается, и т.п.) в водном материале, а оболочка может быть сформирована из материала и может включать материал, который в меньшей степени подвергается деградации в водном материале. В неограничивающем примере ядро может быть сформировано из металлсодержащего материала и может включать металлсодержащий материал (например, по крайней мере один из следующих металлов: Mg, Al, Са, Mn, Zn, их сплавы, их комбинации и т.п.) или гидролизуемый полимер (например, полимолочная кислота, поли(ε-капролактон), поли(диоксанон), сложный полиэфир, полигликолевая кислота, поликеталь, сополимер молочной и гликолевой кислот, полимочевина, полиуретан и силилированный полиуретан, а оболочку можно формировать из материала и она может содержать материал, который относительно в меньшей степени подвергается деградации в водном материале, таком как по крайней мере один из следующих материалов: менее разлагаемый полимерный материал, менее разлагаемый кристаллический материал, менее разлагаемый органический материал, менее разлагаемый неорганический материал, менее разлагаемый металлсодержащий материал, менее разлагаемый магнитный материал и менее разлагаемый керамический материал.
В некоторых вариантах по крайней мере некоторые разлагаемые частицы формируют из ядра или они включают ядро, состоящее из сплава Mg (например, сплав Mg-Al), а оболочка включает органический материал. Органический материал может по крайней мере частично окружать ядро, и может быть сформирован по крайней мере из одного органического соединения и может включать по крайней мере одно органическое соединение. В неограничивающем примере органический материал может представлять собой полимерный материал, сформированный из полимера и включающий по крайней мере один полимер. Органический материал может быть связан с ядром по крайней мере через одну химическую связь с атомами ядра, с помощью ион-дипольных взаимодействий, π-катионных взаимодействий и π-π взаимодействий, а также с помощью поверхностной адсорбции (например, хемосорбция и/или физическая сорбция). Органический материал может, например, включать по крайней мере один материал на основе гидроксиэтилцеллюлозы, который растворяется в водном материале (например, пресная вода, морская вода, добываемая вода, солевой раствор, водные пены, смеси воды и спирта и т.п.), материал на основе полиалкиленгликоля, который растворим в другом органическом материале (например, углеводородный материал, такой как сырая нефть, дизельное топливо, минеральное масло, сложный эфир, фракция или смесь, полученная на нефтеперерабатывающей установке, альфа-олефин, флюид на синтетической основе и т.п.), а также кремнийорганический материал, который растворим в водном материале или другом органическом материале. В дополнительных вариантах по крайней мере некоторые разлагаемые частицы формируют из ядра или они содержат ядро, состоящее из сплава Mg (например, сплав Mg-Al), и оболочки, состоящей из относительно менее разлагаемого металлсодержащего материала. Оболочка, например, может быть сформирована из металлов и может включать следующие металлы: Al, Bi, Cd, Се, Са, Со, Cu, Се, Fe, Ga, In, Li, Mg, Mn, Ni, Sc, Si, Ag, Sr, Th, Sn, Ti, W, Y, Zn, Zr, их карбиды, их нитриды, их оксиды или их комбинации. В неограничивающем примере металлсодержащий материал может представлять собой абразивный материал, такой как оксид алюминия, оксид кремния, оксид титана, оксид церия, оксид циркония, оксид германия, оксид магния, карбид кремния, нитрид металла или их комбинации. В других вариантах по крайней мере некоторые разлагаемые частицы формируют из ядра или они включают ядро, включающее гидролизуемый полимер, и оболочку, включающую органический материал (например кремнийорганический материал, материал на основе гидроксиэтилцеллюлозы, материал на основе полиалкиленгликоля и т.п.), который растворим по крайней мере в одном из следующих водных материалов (например, пресная вода, морская вода, добываемая вода, солевой раствор, водные пены, смеси воды и спирта и т.п.) и в органическом материале (например, углеводородный материал, такой как сырая нефть, дизельное топливо, минеральное масло, сложный эфир, фракция или смесь, полученная на нефтеперерабатывающей установке, альфа-олефин, флюид на синтетической основе и т.п.).
Оболочку, если она присутствует, можно формировать на ядре или вокруг ядра с использованием стандартных методов, которые подробно не описаны в данном контексте. Оболочку можно формировать, например, на ядре или вокруг ядра с использованием по крайней мере одного из следующих методов: термическое разложение, химическое осаждение из паровой фазы (ХОПФ), физическое осаждение из паровой фазы (ФОПФ) (например, распыление, испарение, ионизационное ФОПФ и т.п.), атомно-слоевое осаждение и смешанные физические методы (например, криогенное измельчение, измельчение в шаровой мельнице и т.п.). В некоторых вариантах оболочку, включающую менее разлагаемый металлсодержащий материал (например, оксид алюминия), формируют на ядре, включающем более разлагаемый металлсодержащий материал (например, по крайней мере один из следующих металлов: Mg, Al, Са, Mn, Zn, их сплав, их комбинации и т.п.) или растворимую в воде соль металла (например, NaF, CaF2, MgF2, MgCl2, MgSO4, FeCl3, AlCl3) с использованием метода термического разложения металлоорганического соединения. В неограничивающем примере, сформированную из Al и включающую Al, можно сформировать на ядре, сформированном из сплава Mg-Al и включающем сплав Mg-Al, методом термического разложения триэтилалюминия (C6H15Al) в присутствии ядра. C6H15Al и ядро можно, например, подавать в аппарат с псевдоожиженным слоем, эксплуатируемый в условиях (например, температура, давление, скорость ожижения и т.п.), достаточных для формирования алюминий-содержащей оболочки на ядре. В других вариантах оболочку, включающую органический материал, можно сформировать на ядре, включающем более разлагаемый металлсодержащий материал (например, по крайней мере один из следующих металлов: Mg, Al, Са, Mn, Zn, их сплавы, их комбинации и т.п.) или гидролизуемый полимер (например, полимолочная кислота, поли(ε-капролактон), поли(диоксанон), сложный полиэфир, полигликолевая кислота, поликеталь, сополимер молочной и гликолевой кислот, полимочевина, полиуретан и силилированный полиуретан и т.п.) при взаимодействии ядра с множеством соединений-предшественников, при этом экспонированные атомы ядра образуют химическую связь по крайней мере с частью соединений-предшественников. Соединения-предшественники могут взаимодействовать с ядром и/или спонтанно абсорбироваться на ядре, и образование органического материала может завершаться, когда экспонированные атомы ядра уже становятся недоступными (например, не взаимодействуют с соединением-предшественником или не доступны для реакции с соединением-предшественником). Соответственно, органический материал может представлять собой материал, полученный в ходе самоорганизации, и самоограничивающийся материал. Например, полученную в ходе самоорганизации или самоограничения оболочку, включающую монослой кремнийорганического материала, можно сформировать на ядре, включающем сплав Mg-Al, подвергая ядра воздействию соединений-предшественников, включающих по крайней мере одно из следующих соединений: хлорсиланы и алкоксисиланы. В другом примере полученную в ходе самоорганизации или самоограничения оболочку, включающую монослой органического материала, можно получить, подвергая ядра (например, ядра с обработанной поверхностью, включающие сплав Mg-Al) воздействию соединений-предшественников, включающих по крайней мере одно из следующих соединений: функциональные тиофены и функциональные тиолы. В дополнительных вариантах формирование оболочки не является самоограничивающим процессом и может продолжаться даже, если уже отсутствует по крайней мере одна экспонированная часть ядра.
По крайней мере некоторые разлагаемые частицы можно модифицировать для ограничения и/или повышения взаимодействия между разлагаемыми частицами и различными материалами, присутствующими в нефтегазоносном подземном пласте. Например, разлагаемые частицы можно сконструировать таким образом, чтобы они проявляли сродство по крайней мере к одному закаченному в подземный пласт и/или уже присутствующему в нем материалу. Такое сродство может способствовать распределению разлагаемых частиц внутри флюида-носителя (например, водный материал, органический материал и т.п.) в составе суспензии для заводнения, может по крайней мере временно защищать разлагаемую частицу по крайней мере от одного материала, закаченного в подземный пласт и/или уже присутствующего в нем, может способствовать удалению углеводородного материала с поверхностей подземного пласта и/или может способствовать стабилизации смесей (например, эмульсии, такие как углеводородный материал, диспергированный в водном материале эмульсий, или водный материал, диспергированный в углеводородном материале эмульсий), образующихся внутри подземного пласта и извлеченных из него. Разлагаемые частицы можно сконструировать и сформировать (например, с использованием одной или более функциональных групп) в виде по крайне мере частично гидрофильных, гидрофобных, амфифильных, оксофильных, липофильных и/или олеофильных частиц. В неограничивающем примере гидрофильные функциональные группы могут придавать разлагаемым частицам способность в большей степени стабилизировать эмульсии типа масло-вода и/или масло-солевой раствор, в которых непрерывной фазой является вода или солевой раствор, в то время как гидрофобные функциональные группы в составе оболочки могут придавать разлагаемым частицам свойство в большей степени стабилизировать эмульсии типа масло-вода и/или масло-солевой раствор, в которых непрерывной фазой является масло. В некоторых вариантах разлагаемые частицы можно сконструировать или сформировать таким образом, чтобы они проявляли сродство как к внутренней поверхности подземного пласта, так и к углеводородному материалу, присутствующему в подземном пласте. Такое сродство может, например, способствовать накоплению разлагаемых частиц (например, в результате образования агломератов) на границе раздела между внутренней поверхностью подземного пласта и углеводородным материалом, что облегчает удаление углеводородного материала от внутренней поверхности подземного пласта. Любую часть (например, ядра, оболочки и т.п.) разлагаемых частиц можно модифицировать таким образом, чтобы придать им требуемое сродство и/или отталкивание по отношению к различным материалам.
В неограничивающих примерах пригодные функциональные группы для модификации, чтобы придать сродство и/или отталкивание разлагаемым частицам в отношении к различным материалам, включают карбоксильные группы, эпоксигруппы, группы простого эфира, кетоновые группы, аминогруппы, гидроксильные группы, алкоксигруппы, алкильные группы, такие как метил, этил, пропил, бутил, пентил, гексил, октил, додецил и/или октадецил, арильные группы, такие как фенил, и/или гидроксифенильные группы, аралкильные группы, алкарильные группы, такие как бензильные группы, присоединенные через арильный фрагмент (например, 4-метилфенил, 4-гидроксиметилфенил или 4-(2-гидроксиэтил)фенил, и/или аралкильные группы, присоединенные через бензильный (алкильный) фрагмент, такие как фенилметильная и 4-гидроксифенилметильная группы, и/или присоединенные через 2-положение, такие как фенетильная и 4-гидроксифенетильная группы), группы лактона, имидазола и пиридина, фторированные группы, модифицированные полимерные группы, такие как акриловые цепи с карбоксильными группами, гидроксильными группами и/или аминогруппами, модифицированные олигомерные группы и/или их комбинации. Функциональные группы могут быть присоединены к разлагаемым частицам напрямую и/или через промежуточные функциональные группы (например, карбоксильные группы, аминогруппы и т.п.) с использованием одного или более стандартных механизмов реакции (например, аминирование, нуклеофильное замещение, окисление, конденсация Стилла, конденсация Сузуки, диазоконденсация, металлоорганическая конденсация и т.п.). В других вариантах по крайней мере некоторые разлагаемые частицы формируют таким образом, чтобы придать им требуемое сродство и/или отталкивание в отношении различных материалов без необходимости проводить дополнительные стадии обработки для присоединения к частицам функциональных групп. Например, одна или более частей (например, оболочки, ядра и т.п.) по крайней мере некоторых разлагаемых частиц могут уже проявлять требуемые сродство и/или отталкивание в отношении различных материалов без необходимости проводить дополнительные стадии обработки для присоединения функциональных групп.
Каждая из разлагаемых частиц может включать поверхностную модификацию в основном одного типа (например, модификация оболочки, поверхности, их комбинации и т.п.), при этом поверхностная модификация по крайней мере одной разлагаемой частицы может отличаться от поверхностной модификации по крайней мере одной другой разлагаемой частицы или по крайней мере одна разлагаемая частица в основном может не подвергаться никакой поверхностной модификации. В некоторых вариантах каждая из разлагаемых частиц может подвергаться поверхностной модификации в основном одного типа. В дополнительных вариантах часть разлагаемых частиц подвергается поверхностной модификации одного типа, а другая часть разлагаемых частиц подвергается поверхностной модификации другого типа. В дополнительных вариантах часть разлагаемых частиц подвергается поверхностной модификации по крайней мере одного типа, а другая часть разлагаемых частиц в основном не подвергается никакой поверхностной модификации. В еще одном варианте каждая разлагаемая частица в основном не подвергается никакой поверхностной модификации.
Размер и форму каждой из разлагаемых частиц можно выбрать на основе характеристик нефтегазоносного подземного пласта. Например, разлагаемые частицы можно сортировать по размеру и придавать им форму для соответствия внутрипоровым пространствам (например, поры, трещины, разрывы, каналы и т.п.) в подземном пласте. Кроме того, размер и форму разлагаемых частиц можно выбрать на основе одного или более свойств (например, молекулярная масса, плотность, вязкость и т.п.) углеводородного материала, содержащегося во внутрипоровых пространствах подземного пласта. Можно выбрать частицы относительно малого размера, например, чтобы повысить стабильность эмульсии, включающей водный материал (например, вода, солевой раствор и т.п.) и углеводородный материал из подземного пласта. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения разлагаемые частицы могут включать разлагаемые наночастицы. Использованный в данном контексте термин «наночастица» означает и включает частицу со средними шириной или диаметром менее приблизительно 1 мкм (то есть 1000 нанометров (нм)). Например, средние ширина или диаметр каждой разлагаемой частицы может независимо составлять приблизительно 500 нм или менее, например, приблизительно 100 нм или менее, приблизительно 50 нм или менее, приблизительно 10 нм или менее или приблизительно 1 нм или менее. В дополнительных вариантах средние ширина или диаметр одной или более разлагаемых частиц может составлять приблизительно 1 мкм или более, например, находиться в интервале от приблизительно 1 мкм до приблизительно 25 мкм, от приблизительно 1 мкм до приблизительно 20 мкм, от приблизительно 1 мкм до приблизительно 10 мкм. Более того, каждая разлагаемая частица может независимо характеризоваться требуемой формой, такой как по крайней мере одна из следующих форм: сферическая форма, шестигранная форма, эллипсоидная форма, цилиндрическая форма, пластинчатая форма, коническая форма или неправильная форма. В некоторых вариантах каждая разлагаемая частица имеет в основном сферическую форму.
Разлагаемые частицы могут представлять собой монодисперсные частицы, причем каждая разлагаемая частица в основном характеризуется одинаковыми размером, формой и составом материала, или могут представлять собой полидисперсные частицы, причем разлагаемые частицы включают диапазон размеров, форм и/или составов материала. В некоторых вариантах каждая разлагаемая частица включает наночастицы из сплава Mg-Al в основном того же размера и той же формы, что и каждая другая разлагаемая частица. В дополнительных вариантах каждая разлагаемая частица включает ядро из сплава Mg-Al, которое покрыто оболочкой, включающей в основном одинаковый материал (например, в основном тот же самый металлсодержащий материал, в основном тот же самый органический материал и т.п.), и имеет в основном тог же размер и ту же форму, что и каждая другая разлагаемая частица. В других вариантах каждая разлагаемая частица включает наночастицы из гидролизуемого полимера в основном того же размера и той же формы, что и каждая другая разлагаемая частица. В дополнительных вариантах каждая разлагаемая частица включает ядро из гидролизуемого полимера, которое покрыто оболочкой, включающей в основном одинаковый материал (например, в основном тот же самый органический материал и т.п.), и имеет в основном тот же размер и ту же форму, что и каждая другая разлагаемая частица. В еще одном варианте по крайней мере одна из разлагаемых частиц имеет другой размер, другую форму и/или другой состав материала по сравнению по крайней мере с одной другой разлагаемой частицей.
Концентрацию разлагаемых частиц в суспензии для заводнения можно подбирать в соответствии с количеством и составом углеводородного материала, содержащегося в подземном пласте. Суспензия для заводнения может включать достаточное количество разлагаемых частиц для облегчения удаления (например, отделение) углеводородного материала от поверхностей подземного пласта. Кроме того, суспензия для заводнения может включать достаточное количество разлагаемых частиц для ускорения образования стабилизированной эмульсии (например, эмульсия для отбора) углеводородного материала и водного материала. В неограничивающем примере раствор может включать от приблизительно 0,001 мас. % до приблизительно 20 мас. % разлагаемых частиц, например, от приблизительно 0,001 мас. % до приблизительно 10 мас. % разлагаемых частиц, от приблизительно 0,001 мас. % до приблизительно 5 мас. % разлагаемых частиц, от приблизительно 0,001 мас. % до приблизительно 1 мас. % разлагаемых частиц, от приблизительно 0,001 мас. % до приблизительно 0,1 мас. % разлагаемых частиц.
Флюид-носитель в составе суспензии для заводнения может включать любой текучий материал, совместимый с разлагаемыми частицами в составе суспензии для заводнения. Флюид-носитель может, например, включать по крайней мере один водный материал и органический материал. Неограничивающие примеры пригодных водных материалов включают пресную воду, морскую воду, добываемую воду, пар, солевые растворы (например, смеси воды и по крайней мере одной соли, такие как вода и по крайней мере одна из следующих солей: хлорид аммония, хлорид кальция, бромид кальция, хлорид магния, борид магния, хлорид калия, формиат калия, хлорид натрия, борид натрия, формиат натрия, бромид цинка, формиат цинка и оксид цинка), водные пены, смеси воды и спирта или их комбинации. Неограничивающие примеры пригодных органических материалов включают нефть и неполярные жидкости, используемые при обработке скважин, такие как сырая нефть, дизельное топливо, минеральное масло, сложные эфиры. фракции или смеси, полученные на нефтеперерабатывающей установке, альфа-олефины и материалы на синтетической основе, включающие ПАВ, эмульгаторы, ингибиторы коррозии и другие химические реагенты, обычно используемые при обработке скважин (например, этилен-олефиновые олигомеры, сложные эфиры жирных кислот, сложные эфиры жирных спиртов, простые эфиры, простые полиэфиры, парафиновые углеводороды, ароматические углеводороды, алкилбензолы, терпены и т.п.). Флюид-носитель можно выбирать на основе одного или более свойств разлагаемых частиц. Например, флюид-носитель можно выбирать для замедления, ограничения или даже предотвращения значительной деградации разлагаемых частиц до тех пор, пока не сформируется и не будет удалена стабилизированная эмульсия из подземного пласта. В некоторых вариантах экспонированные части разлагаемых частиц включают материал, взаимодействующий с водой (например, металлсодержащий материал, сформированный из следующих металлов и включающий по крайней мере один из следующих металлов: Mg, Al, Са, Mn, Zn, их сплав, их комбинации, гидролизуемый полимер и т.п.), а флюид-носитель включает водный материал (например, вода, солевой раствор и т.п.). В других вариантах экспонированные части разлагаемых частиц включают материал, взаимодействующий с водой (например, органический материал), который представляет собой менее реакционно-способный материал по сравнению с другой частью (например, внутренняя часть) разлагаемых частиц, и флюид-ностель включает по крайней мере один водный материал и органический материал.
Кроме того, суспензия для заводнения может необязательно включать по крайней мере одну добавку. В неограничивающем примере добавка может представлять собой по крайней мере один из следующих компонентов: ПАВ, эмульгатор, ингибитор коррозии, катализатор, диспергирующий агент, ингибитор солевых отложений, растворитель отложений, противовспениватель, биоцидный агент и/или различные добавки, обычно используемые на фирмах по обслуживанию скважин. Тип и количество добавки могут по крайней мере частично зависеть от свойств разлагаемых частиц, от свойств подземного пласта и от свойств углеводородного материала, содержащегося в подземном пласте. Суспензия для заводнения может быть в основном гомогенной (например, разлагаемые частицы и добавка, если присутствует, могут равномерно диспергироваться в суспензии для заводнения) или может быть гетерогенной (например, разлагаемые частицы и добавка, если присутствует, могут неравномерно диспергироваться в суспензии для заводнения).
В некоторых вариантах добавка включает по крайней мере одно ПАВ. ПАВ может, например, представлять собой материал, предназначенный для повышения стабильности эмульсии водного материала и углеводородного материала. ПАВ может служить в качестве дополнительного барьера (например, наряду с разлагаемыми частицами) для коалесценции соседних капель (например, дискретных агломератов) углеводородного материала до, в ходе и после извлечения углеводородного материала из подземного пласта, содержащего углеводородный материал. ПАВ может представлять собой любой анионный, неионогенный, цвиттерионный или амфифильный ПАВ, совместимый с углеводородным материалом и с другими компонентами (например, разлагаемые частицы, флюид-носитель и т.п.) в составе флюида. Неограничивающие примеры пригодных ПАВ включают жирные кислоты с длиной углеродной цепи вплоть до 22 атомов углерода, такие как стеариновые кислоты и их сложные эфиры, полиалкиленгликоли, такие как полиэтиленоксид, полипропиленоксид, а также блоксополимеры и статические сополимеры этиленоксида и пропиленоксида, и полисилоксаны, такие как кремнийорганические простые эфиры, содержащие как гидрофильную часть (низкомолекулярный полимер этиленоксила или пропиленоксида или их сополимер), так и гидрофобную часть (остаток метилированного силоксана).
В других вариантах добавка включает по крайней мере один катализатор, Катализатор может, например, включать множество частиц катализатора. Частицы катализатора можно конструировать и формировать с целью ускорить, опосредовать и/или повысить скорости одной или более реакций с разлагаемыми частицами. Например, частицы катализатора могут повышать скорости реакций между разлагаемыми частицами и по крайней мере одним из следующих материалов: водный материал и органический материал. В неограничивающем примере, если разлагаемые частицы сформированы из реакционно-способного металлсодержащего материала и включают его (например, по крайней мере один из следующих металлов: Mg, Al, Са, Mn, Zn, их сплав, их комбинации), частицы катализатора могут ускорять электрохимические реакции между по крайней мере частью разлагаемых частиц и водным материалом. Частицы катализатора могут приобретать относительно катодные свойства в присутствии водного материала, в то время как разлагаемые частицы могут приобретать относительно анодные свойства в присутствии водного материала. Таким образом, частицы катализатора могут активировать (например, увеличивать) электрохимическую деградацию разлагаемых частиц в присутствии электролита. Частицы катализатора могут быть более устойчивыми к деградации (например, коррозия, растворение, разложение и т.п.) в практически одинаковых условиях окружающей среды, чем разлагающиеся частицы. В неограничивающем примере, если разлагаемые частицы сформированы из реакционно-способного металлсодержащего материала и включают его (например, материал, включающий по крайней мере один из следующих металлов: Mg, Al, Са, Mn, Zn, их сплав, их комбинации), частицы катализатора могут быть сформированы из менее реакционно-способного металлсодержащего материала и могут включать его, такого как стали различных марок, вольфрам (W), хром (Cr), Ni, Cu, Со, Fe, их сплавы или их комбинации. Каждая частица катализатора может характеризоваться в основном одинаковыми размером и формой, что размер и форма каждой разлагаемой частицы, или по крайней мере один размер и форма по крайней мере одной частицы катализатора могут отличаться по крайней мере от одного размера формы по крайней мере одной разлагаемой частицы. В некоторых вариантах частицы катализатора включают наночастицы, сформированные по крайней мере одного из следующих металлов: W, Cr, Ni, Cu, Со и Fe или включающие их. Концентрация частиц катализатора может быть достаточной низкой, чтобы оказывать минимальное, если наблюдается, действие на стабильность эмульсии, образующейся с использованием суспензии для заводнения, как более подробно описано ниже.
Как показано на фиг. 1, способ заводнения 102 включает подачу суспензии для заводнения в нефтегазоносный подземный пласт. Суспензию для заводнения можно закачивать в подземный пласт стандартными способами, которые подробно не описаны в настоящем описании. Например, поток суспензии для заводнения под давлением можно закачивать в нагнетательную скважину, проникающую на требуемую глубину подземного пласта и указанная суспензия может просачиваться (например, проникать, диффундировать и т.п.) в межпоровые пространства подземного пласта. Степень, с которой суспензия для заводнения просачивается в межпоровые пространства подземного пласта, по крайней мере частично зависит от свойств суспензии для заводнения (например, плотность, вязкость, размер частиц, температура, давление и т.п.), от свойств подземного пласта (например, пористость, размер пор, состав материала и т.п.), а также от углеводородных материалов (например, молекулярная масса, плотность, вязкость и т.п.), содержащихся в межпоровых пространствах подземного пласта. Температура закачивания суспензии для заводнения может быть достаточно низкой, чтобы ограничить или даже предотвратить преждевременное взаимодействие между разлагаемыми частицами и другим материалом (например, водный материал, такой как вода, солевой раствор и т.п.), который закачивают в подземный пласт и/или который уже присутствует в подземном пласте. В некоторых вариантах суспензию для заводнения подают в подземный пласт при температуре, равной температуре окружающей среды или менее внутри скважины в подземном пласте. В неограничивающем примере суспензию для заводнения можно закачивать в подземный пласт при температуре приблизительно 40°С или менее, например, при приблизительно 35°С или менее.
В ходе способа заводнения 102 по крайней мере некоторые разлагаемые частицы в составе суспензии заводнения могут удалять по крайней мере часть углеводородного материала, содержащегося в подземном пласте из внутренних поверхностей (например, поверхности пор, поверхности трещин, поверхности разрывов, поверхности каналов и т.п.) из подземного пласта по абразивному механизму. Кроме того, по крайней мере некоторые разлагаемые частицы могут агрегировать в замкнутой трехфазной контактирующей области порода-нефть-солевой раствор, чтобы обеспечить расклинивающее давление и отделение по крайней мере части углеводородного материала, содержащегося в подземном пласте, от внутренних поверхностей подземного пласта. Более того, по крайней мере некоторые разлагаемый частицы могут накапливаться (например, образовывать агломераты) на границе раздела фаз между углеводородным материалом и водным материалом (например, водный материал из флюида-носителя в составе суспензии для заводнения и водный материал, уже содержащийся в подземном пласте), прилипать к границе раздела и/или адсорбироваться на ней, при этом образуется стабилизированная эмульсия (например, эмульсия для отбора), включающая отдельные единицы (например, капли) одного углеводородного материала и водного материала, диспергированные в другом углеводородном материале и водном материале. В некоторых вариантах стабилизированная эмульсия включает единицы углеводородного материала, диспергированного в водном материале. Разлагаемые частицы могут предотвращать коалесценцию диспергированного материала (например, углеводородный материал или водный материал), и могут таким образом поддерживать диспергированный материал в виде единиц, распределенных в другом материале. В дополнительных вариантах эмульсию можно дополнительно стабилизировать с использованием ПАВ. Стабилизированную эмульсию можно перекачивать (например, вытеснять, вымывать, выталкивать и т.п.) из подземного пласта в ходе операции по заводнению 102.
Затем в ходе способа деградации 104 после удаления стабилизированной эмульсии из подземного пласта по крайней мере часть разлагаемых частиц в составе эмульсии может по крайней мере частично разлагаться. Одно или более свойств (например, температура, значение рН, состав материала, давление и т.п.) стабилизированной эмульсии можно модифицировать (например, изменить), чтобы по крайней мере частично подвергать деградации (например, коррозия, растворение, разложение и т.п.) разлагаемые частицы, или свойства стабилизированной эмульсии можно сохранять (например, не модифицировать, поддерживать, обеспечивать, сохранять и т.п.), чтобы по крайней мере частично подвергать деградации разлагаемые частицы. В некоторых вариантах по крайней мере некоторые разлагаемые частицы разлагаются в течение времени, напрямую не изменяя одно или более свойств (например, температура, значение рН, состав материала, давление и т.п.) стабилизированной эмульсии. Например, по крайней мере некоторые разлагаемые частицы могут подвергаться деградации в течение времени без нагревания, снижения величины рН, добавления материалов к ним и/или без модификации давления стабилизированной эмульсии. В дополнительных вариантах по крайней мере одно свойство окружающей среды (например, температура, величина рН, экспонированный материал, давление и т.п.), действию которого подвергаются разлагаемые частицы в составе стабилизированной эмульсии, можно модифицировать, чтобы регулировать (например, увеличить, снизить) скорость деградации разлагаемых частиц. Деградация по крайней мере части разлагаемых частиц может дестабилизировать эмульсию и привести к коалесценции углеводородного материала и водного материала с образованием четко различимых несмешиваемых фаз.
В неограничивающем примере после удаления стабилизированной эмульсии из подземного пласта температуру стабилизированной эмульсии можно модифицировать, чтобы ускорить деградацию разлагаемых частиц. В некоторых вариантах температуру стабилизированной эмульсии повышают для ускорения и/или повышения скорости реакций между разлагаемыми частицами и водным материалом. Температуру стабилизированной эмульсии можно, например, повысить до приблизительно 25°С или более, например, до приблизительно 35°С или более, до приблизительно 50°С или более, до приблизительно 75°С или более, до приблизительно 100°С или более, или до приблизительно 200°С или более. Если разлагаемые частицы не полностью инкапсулированы в менее разлагаемые оболочки, например, покрыты менее разлагаемыми оболочками и/или неразлагаемыми оболочками (например, когда менее разлагаемые оболочки и/или неразлагаемые оболочки в основном отсутствуют на разлагаемых частицах, когда разлагаемые частицы включают разлагаемые ядра, частично инкапсулированные в менее разлагаемые оболочки и/или неразлагаемые оболочки и т.п.), повышение температуры стабилизированной эмульсии может повысить скорость, с которой в водном материале происходит деградация (например, коррозия, растворение, разложение и т.п.) разлагаемых частиц. И наоборот, если разлагаемые частицы включают разлагаемые ядра, в основном покрытые менее разлагаемыми оболочками и/или неразлагаемыми оболочками, увеличение температуры стабилизированной эмульсии может ускорить термическое расширение разлагаемых ядер с последующим повреждением (например, растрескивание, разламывание и т.п.) менее разлагаемых оболочек и/или не разлагаемых оболочек, что приводит к экспонированию разлагаемых ядер к водному материалу и повышению скорости, с которой в водном материале происходит деградация разлагаемых ядер. После того, как происходит деградация достаточного количества разлагаемых частиц (например, коррозия, растворение и т.п.) в результате изменения температуры, углеводородный материал и оставшийся водный материал могут коалесцировать с образованием четко различимых несмешиваемых фаз.
В другом неограничивающем примере после удаления стабилизированной эмульсии из подземного пласта величину рН стабилизированной эмульсии можно модифицировать для ускорения и/или повышения скорости деградации разлагаемых частиц. Например, величину рН стабилизированной эмульсии снижают при воздействии (например, контактирование) на стабилизированную эмульсию материала с меньшей величиной рН по сравнению с рН стабилизированной эмульсии. Например, в стабилизированную эмульсию можно добавлять по крайней мере одну из следующих кислот: соляная кислота (HCl), гидробромистая кислота (HBr), азотная кислота (HNO3), серная кислота (H2SO4), фосфорная кислота (Н3РО4), муравьиная кислота (СН2О2) и уксусная кислота (С2Н4О2). В некоторых вариантах в стабилизированную эмульсию добавляют по крайней мере одну из следующих кислот: водная HCl и водная H2SO4. Если разлагаемые частицы не полностью инкапсулированы в менее разлагаемые оболочки, например, покрыты менее разлагаемыми оболочками и/или неразлагаемыми оболочками, снижение величины рН стабилизированной эмульсии может повысить скорость, с которой происходит деградация разлагаемых частиц (например, коррозия, растворение, разложение и т.п.). Если разлагаемые частицы включают разлагаемые ядра, в основном покрытые менее разлагаемыми оболочками, снижение величины рН стабилизированной эмульсии может повысить скорость, с которой происходит деградация менее разлагаемых оболочек, чтобы с большей скоростью воздействовать на разлагаемые ядра, а также может повысить скорость, с которой происходит деградация разлагаемых ядер в отсутствии оболочек. После того, как происходит деградация достаточного количества разлагаемых частиц (например, коррозия, растворение и т.п.) в результате изменения величины рН, углеводородный материал и оставшийся водный материал могут коалесцировать с образованием четко различимых несмешиваемых фаз.
После коалесценции углеводородного материала и водного материала с образованием четко различимых несмешиваемых фаз можно использовать один или более способов (химические процессы, фильтрационные процессы, процессы осаждения, процессы расслоения и т.п.) для разделения, отбора и/или дополнительной переработки углеводородного материала. При необходимости углеводородный материал можно утилизировать.
В то время как допускаются различные модификации и альтернативные формы настоящего описания, конкретные варианты осуществления настоящего изобретения показаны со ссылкой на фигуру и подробно описаны в данном контексте. Однако описание не ограничивается различными конкретными формами. Наоборот, описание включает все модификации, эквиваленты и альтернативные варианты, включенные в объем настоящего изобретения, как определено в пунктах прилагаемой формулы изобретения и их правомерных эквивалентах.
1. Способ получения углеводородного материала из подземного пласта, включающий:
формирование суспензии для заводнения, включающей разлагающиеся частицы и флюид-носитель,
закачивание суспензии для заводнения в подземный пласт, содержащий углеводородный материал, для формирования эмульсии, стабилизированной разлагаемыми частицами, и для удаления эмульсии из подземного пласта, и
деградацию по крайней мере части разлагаемых частиц после удаления эмульсии из подземного пласта для дестабилизации эмульсии.
2. Способ по п. 1, где формирование суспензии для заводнения включает:
формирование разлагаемых частиц, содержащих материал,
предназначенный для переключения между первой скоростью деградации и второй скоростью деградации в результате изменения по крайней мере одного свойства удаленной эмульсии, и
введение разлагаемых частиц по крайней мере в один водный материал и органический материал.
3. Способ по п. 2, где формирование разлагаемых частиц включает формирование разлагаемых частиц, включающих Mg, Al, Са, Мn, Zn, их сплав или их комбинацию.
4. Способ по п. 2, где формирование разлагаемых частиц включает формирование разлагаемых частиц, включающих гидролизуемый полимер.
5. Способ по п. 1, где формирование суспензии для заводнения, содержащей разлагаемые частицы и флюид-носитель, включает формирование разлагаемых частиц, включающих ядро из первого материала, по крайней мере частично окруженное оболочкой из второго материала, причем скорость деградации первого материала в водном материале выше, чем скорость деградации второго материала.
6. Способ по п. 1, где формирование суспензии для заводнения, содержащей разлагаемые частицы и флюид-носитель, включает формирование разлагаемых частиц, по крайней мере одна из которых является гидрофильной, гидрофобной, амфифильной, оксофильной, липофильной и олеофильной частицей.
7. Способ по п. 1, где формирование суспензии для заводнения, содержащей разлагаемые частицы и флюид-носитель, включает формирование суспензии для заводнения, включающей от приблизительно 0,001 мас. % до приблизительно 20 мас. % разлагаемых частиц.
8. Способ по п. 1, где закачивание суспензии для заводнения в подземный пласт, содержащий углеводородный материал, включает закачивание флюида в подземный пласт при температуре приблизительно 50°С или менее.
9. Способ по п. 1, где закачивание суспензии для заводнения в подземный пласт, содержащий углеводородный материал, для образования эмульсии, стабилизированной разлагаемыми частицами, включает формирование эмульсии, содержащей углеводородный материал, диспергированный в водном материале.
10. Способ по п. 1, где деградация по крайней мере части разлагаемых частиц включает модификацию по крайней мере одного свойства удаленной эмульсии.
11. Способ по п. 1, где деградация по крайней мере части разлагаемых частиц включает деградацию по крайней мере части разлагаемых частиц в условиях удаленной эмульсии в течение некоторого времени.
12. Способ получения углеводородного материала из подземного пласта, включающий:
формирование наночастиц, каждая из которых содержит:
ядро, содержащее по крайней мере один из следующих металлов: Mg, Al, Са, Мn и Zn; и
оболочку, инкапсулирующую ядро и содержащую органический материал;
комбинирование наночастиц с флюидом-носителем, при этом получают суспензию для заводнения,
закачивание суспензии для заводнения в подземный пласт, содержащий связанный с его поверхностями углеводородный материал, для его отделения от поверхностей и образования эмульсии, стабилизированной наночастицами,
удаление эмульсии из подземного пласта и
модификацию по крайней мере одного из следующих параметров: температура, значение рН и состав материала эмульсии, после удаления эмульсии из подземного пласта для взаимодействия по крайней мере части наночастиц с водным материалом для дестабилизации эмульсии и коалесценции углеводородного материала.
13. Способ по п. 12, где формирование наночастиц, включающих по крайней мере один из следующих металлов: Mg, Al, Са, Мn и Zn, включает формирование наночастиц, включающих сплав Mg.
14. Способ по п. 13, где формирование наночастиц, включающих сплав Mg, включает формирование наночастиц, включающих сплав Mg и по крайней мере одного из следующих металлов: Al, Bi, Cd, Се, Со, Сu, Fe, Ga, In, Li, Mg, Mn, Ni, Sc, Si, Ag, Sr, Th, Sn, Ti, W, Zn, Y и Zr.
15. Способ по п. 12, где формирование наночастиц включает формирование наночастиц, дополнительно включающих по крайней мере один из следующих металлов: W, Cr, Ni, Сu, Со и Fe.
16. Способ по п. 12, где комбинирование наночастиц с флюидом-носителем дополнительно включает комбинирование наночастиц с дополнительными наночастицами, включающими по крайней мере один из следующих металлов: W, Cr, Ni, Сu, Со и Fe.
17. Способ по п. 12, где комбинирование наночастиц с флюидом-носителем дополнительно включает комбинирование наночастиц по крайней мере с одним ПАВ.
18. Способ по п. 12, где модификация по крайней мере одного из следующих параметров: температура, значение рН, состав материала и эмульсия включает нагревание эмульсии до температуры приблизительно 50°С или более.
19. Способ по п. 12, где модификация по крайней мере одного из следующих параметров: температура, значение рН, состав материала, и эмульсия включает добавление в эмульсию по крайней мере одной из следующих кислот:
НСl, HBr, HNO3, H2SO4, Н3РО4, СН2O2 и С2Н4O2.
20. Стабилизированная эмульсия, содержащая:
диспергированную фазу, включающую углеводородный материал,
непрерывную фазу, включающую водный материал, и
гидрофильные наночастицы, накапливающиеся на границе раздела фаз между диспергированной фазой и непрерывной фазой, при этом по крайней мере некоторое количество гидрофильных наночастиц содержит:
ядро, содержащее сплав Mg-Al, который предназначен для переключения между первой скоростью коррозии и второй более высокой скоростью коррозии в результате изменения по крайней мере одного свойства: повышения температуры водного материала и снижения величины рН водного материала; и
оболочку, инкапсулирующую ядро и содержащую полимерный материал.
