Агент для ликвидации водопритоков для применения на нефтяных месторождениях

Изобретение относится к композициям и способам обработки подземных скважин, направленным на регулирование движения воды в проницаемые пласты, окружающие ствол скважины, и из них. Способ обработки подземной скважины, имеющей один или более проницаемых пластов, включающий получение обрабатывающей текучей среды, содержащей воду и множество диспергируемых в воде наночастиц, присутствующих в обрабатывающей текучей среде в концентрации примерно 0,1-5,0 мас. %, введение указанной среды в подземный пласт, так что наночастицы образуют один или более агрегатов, закупоривающих поры пласта и блокирующих дальнейшее протекание текучей среды в пласте. Способ регулирования притока воды из подземной скважины, имеющей ствол скважины и один или более проницаемых пластов, включающий получение обрабатывающей текучей среды, содержащей воду и множество диспергируемых в воде наночастиц, присутствующих в указанной среде в концентрации примерно 0,1-5,0 мас. %, введение указанной среды в один или более проницаемых пластов, так что наночастицы образуют один или более агрегатов, закупоривающих поры пласта и блокирующих протекание воды из одного или более проницаемых пластов в ствол скважины. Способ обеспечения повышенной нефтедобычи, включающий получение обрабатывающей текучей среды, содержащей воду и множество диспергируемых в воде наночастиц, присутствующих в указанной среде в концентрации примерно 0,1-5,0 мас. %, введение указанной среды в нагнетательную скважину, имеющую ствол скважины и один или более пластов с различной проницаемостью, так что наночастицы образуют один или более агрегатов, закупоривающих поры в более проницаемых областях одного или более проницаемых пластов, замедляя поток заводняющей текучей среды из ствола скважины в более проницаемые области одного или более проницаемых пластов, закачивание заводняющей текучей среды в нагнетательную скважину, так что заводняющая текучая среда протекает в направлении одной или более эксплуатационных скважин, вытесняя нефть или газ или нефть и газ в одном или более проницаемых пластах, и добычу нефти или газа или нефти и газа из одной или более эксплуатационных скважин. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы. Технический результат – повышение эффективности обработки. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 3 пр.

 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ(ЫЕ) ЗАЯВКУ(И)

[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет на основании предварительной заявки на патент США с серийным номером 62/164211, поданной 20 мая 2015 года, озаглавленной "Water Control Agent For Oilfield Application", Panga et al. (номер патентного реестра IS15.0549-US-PSP), и полное описание указанной предварительной заявки включено в настоящий документ посредством ссылки. Утверждения, приведенные в данном разделе, представляют лишь сведения справочного характера, относящиеся к настоящему описанию, и могут не отражать существующий уровень техники.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Настоящее описание относится к композициям и способам обработки подземных скважин. Указанные композиции и способы направлены на регулирование движения воды в проницаемые пласты, окружающие ствол скважины, и из них.

[0003] Углеводороды (нефть, природный газ и т.д.) могут быть добыты из подземной геологической формации («пласта») бурением скважины, которая проходит через нефтегазоносный пласт. Для повышения добычи углеводородов зачастую применяют способы обработки скважины, в которых используют химическую композицию или жидкость, такую как обрабатывающая текучая среда.

[0004] Поступление воды и водных жидкостей из нефтяных и газовых скважин является распространенным явлением, которое представляет собой главное препятствие для максимизации потенциала добычи углеводородов из таких скважин. При извлечении углеводородов из эксплуатационной скважины вода может начать двигаться через пласт в сторону ствола скважины, где она может быть добыта вместе с углеводородами.

[0005] Обводнение может снижать количество нефти и/или газа, которое в конечном итоге может быть извлечено из скважины. Вода занимает место углеводородов, которые могут вытекать или подниматься из скважины, и увеличивает производственные затраты, связанные с оборудованием, необходимым для отделения воды от добытых углеводородов. Дополнительные расходы могут возникать вследствие необходимости утилизации большого количества пластовой воды, ингибирования коррозии системы труб и замены скважинной системы труб и наземного оборудования.

[0006] Предотвращение нежелательного водопритока способствует поддержанию рентабельной эксплуатации месторождения. Существует широкий ряд способов обработки, способных решить данную проблему; однако многие имеют определенные недостатки, включая, но не обязательно ограничиваясь этим, проблемы при наземном смешивании и транспортировке.

[0007] Известные способы, которые используют для регулирования или ограничения поступления воды, включают процессы, которые происходят в порах пласта. Например, гелеобразование поливинилового спирта («PVA») или полиакриловой кислоты («PAA»), или конденсационная полимеризация фенила и формальдегида в каналах пор пласта предназначены для разрушения пор каналов в матрице пласта и ограничения движения жидкости через каналы.

[0008] В другой химической технологии борьбы с водопритоками используют растворы силиката натрия и поперечно-сшитые полимеры. Силикатный раствор обычно несовместим с пластовыми водами, поскольку силикат натрия мгновенно взаимодействует с хлоридом кальция с образованием геля силиката кальция. В таком подходе два раствора могут быть закачаны в любом порядке и обязательно должны быть разделены инертной буферной водной жидкостью. В патенте США № 4004639, полное содержание которого включено в настоящий документ посредством ссылки, описаны химические системы, обеспечивающие достижение изоляции воды в эксплуатационных скважинах.

[0009] Другая технология предусматривает установку барьера в подземной области, смежной со стволом скважины, такого как бетонное связующее или вещество в виде частиц, для эффективного блокирования потока жидкости в ближайшем окружении. Затем обработанную область перфорируют в стратегических областях для восстановления добычи углеводорода при минимизации поступления воды.

[0010] Для изоляции или замедления потока воды используют также поперечно-сшитые полимеры. Однако технология с применением сшитых полимеров может включать многостадийный процесс их внесения, в результате чего происходит разделение жидкости с линейным полимером и сшивающего агента инертным буфером. В таких многокомпонентных системах полимер и сшивающий агент могут хроматографически выделяться из полимера, оставшегося в непригодном геле. В технологии с применением сшитого полимера также может быть использован способ отсроченного сшивания, которое может зависеть от температуры скважины и времени прохождения жидкости в пласте в качестве расчетных параметров.

[0011] В данной области техники известно также закачивание воды в подземный пласт для вытеснения углеводородов (нефти и газа) из одной части пласта в другой в качестве одного этапа способа повышения добычи требуемой текучей среды из пласта. Во время такого процесса интенсификации нефтедобычи (EOR) закачанная вода может иногда преимущественно поступать в одну часть пласта и через нее, по сравнению с другой частью пласта. Пласт или часть пласта, в которую легче поступает вода, может иметь более высокую проницаемость или пористость, что иногда называют каналообразованием или областью поглощения. Следовательно, поток воды через пласт не является однородным, и требуемое вытеснение нефти или газа может не быть достигнуто. Попытки обеспечить более однородные физические свойства пласта, в результате чего закачанная вода может более равномерно проходить в весь пласт и сквозь него, известны в данной области техники как модификация профиля и/или выравнивание профиля приемистости. Обрабатывающие текучие среды, описанные в настоящем документе, могут быть эффективно использованы для изолирования или предотвращения бесполезного поступления воды в указанные области поглощения. Следовательно, способы и композиции, описанные в настоящем документе, могут быть использованы для улучшения контролирования нагнетания воды для повышения эффективности охвата пласта заводнением во время вторичной и третичной добычи углеводородов.

[0012] Дополнительным недостатком многих традиционных соединений для ликвидации водопритоков является тот факт, что они могут быть нестабильными в кислотах и насыщенных солевых растворах, несовместимыми с сероводородом или диоксидом углерода и/или могут разрушаться при повышенных температурах. Указанные характеристики могут ограничивать применимость таких соединений, непригодных во многих во многих скважинных применениях. Кроме того, некоторые химические соединения могут взаимодействовать с минералами в пласте, что приводит к снижению их концентрации и эффективности.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0013] В настоящем документе описаны обрабатывающие текучие среды, состоящие из воды и множества диспергируемых в воде наночастиц, которые могут блокировать поток текучей среды через более проницаемую пористую среду и перенаправлять поток текучей среды в менее проницаемые области подземного пласта.

[0014] В одном аспекте варианты реализации изобретения относятся к способам обработки подземной скважины, содержащей один или более проницаемых пластов. Получают обрабатывающую текучую среду, содержащую воду и множество диспергируемых в воде наночастиц. Затем обрабатывающую текучую среду помещают/вводят в подземный пласт, так что диспергируемые в воде наночастицы образуют один или более агрегатов, которые закупоривают поры пласта и блокируют дальнейшее движение/протекание текучей среды в пласте.

[0015] В дополнительном аспекте варианты реализации изобретения относятся к способам регулирования водопритока из подземной скважины, имеющей ствол скважины и один или более проницаемых пластов. Получают обрабатывающую текучую среду, содержащую воду и множество диспергируемых в воде наночастиц. Затем обрабатывающую текучую среду помещают/вводят в подземный пласт, так что диспергируемые в воде наночастицы образуют один или более агрегатов, которые закупоривают поры пласта и блокируют дальнейшее движение/протекание текучей среды из одного или более проницаемых пластов в ствол скважины.

[0016] В дополнительном аспекте варианты реализации изобретения относятся к способам обеспечения повышенной нефтедобычи. Получают обрабатывающую текучую среду, содержащую воду и множество диспергируемых в воде наночастиц. Затем обрабатывающую текучую среду помещают/вводят в нагнетательную скважину, имеющую ствол скважины и один или более пластов с различной проницаемостью, так что диспергируемые в воде наночастицы образуют один или более агрегатов, которые закупоривают поры в более проницаемых областях одного или более проницаемых пластов. Такое закупоривание замедляет поток заводняющей текучей среды из ствола скважины в более проницаемые области одного или более проницаемых пластов. Заводняющую текучую среду закачивают в нагнетательную скважину, так что заводняющая текучая среда движется в сторону одной или более эксплуатационных скважин, вытесняя нефть, или газ, или нефть и газ в одном или более проницаемых пластах. Затем из одной или более эксплуатационных скважин добывают нефть, или газ, или нефть и газ.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0017] Прежде всего, следует отметить, что при разработке любого такого фактического варианта реализации, для достижения конкретных целей разработчиков, таких как приведение в соответствие системным и бизнес ограничениям, которые будут отличаться от одной реализации к другой, могут быть приняты многочисленные решения, связанные с конкретной реализацией. Кроме того, следует понимать, что такие работы по разработке могут быть сложными и требовать больших затрат времени, но, тем не менее, представляют собой обычную работу для рядового специалиста в данной области, имеющего преимущество ознакомления с данным описанием. Кроме того, жидкость, используемая/раскрытая в настоящем документе, также может содержать некоторые компоненты, отличающиеся от изложенных. В разделе Сущность изобретения и в данном Подробном описании, каждое числовое значение должно восприниматься как расширенное термином «примерно» (в случаях, когда оно уже не расширено так в явном виде), и как не расширенное подобным образом, в случаях, когда из контекста не следует иное. Кроме того, в разделе Сущность изобретения и данном Подробном описании следует понимать, что какой-либо диапазон, приведенный или описанный как полезный, подходящий и т.п., подтверждает любой возможный поддиапазон, так что все без исключения значения в диапазоне, включая конечные точки, должны считаться заявленными. Например, «диапазон от 1 до 10» следует рассматривать, как описывающий все возможные числа в непрерывном множестве от примерно 1 до примерно 10. Кроме того, одна или больше точек данных в настоящих примерах могут быть объединены друг с другом, или могут быть объединены с одной из точек данных в описании для создания диапазона, и, таким образом, включают в себя каждое возможное значение или число в этом диапазоне. Таким образом, (1) даже если в явном виде указаны многочисленные конкретные точки данных в диапазоне, (2) даже если сделана ссылка на некоторые конкретные точки данных в диапазоне, или (3) даже если в явном виде не указаны точки данных в диапазоне, следует понимать, (i) что авторы изобретения предусматривают и понимают, что какие-либо возможные точки данных в диапазоне должны рассматриваться как указанные, и (ii) что авторы изобретения обладали сведениями для всего диапазона, каждого возможного поддиапазона в пределах диапазона и каждой возможной точки в диапазоне. Кроме того, объект настоящей заявки, иллюстративно раскрытый в настоящем документе, может быть соответствующим образом осуществлен на практике при отсутствии какого-либо элемента (элементов), которые конкретно не раскрыты в настоящем документе.

[0018] Для каждого аспекта диспергируемые в воде наночастицы могут обеспечивать закупоривание пластов, которые содержат реликтовые воды с высоким содержанием солей (от 7 до 300 тысячных долей растворенных твердых веществ). Диспергируемые в воде наночастицы также применимы при температурах до примерно 232 °С (450 °F). Кроме того, диспергируемые в воде наночастицы могут образовывать внутри- и межмолекулярные водородные связи.

[0019] Для каждого аспекта диспергируемые в воде наночастицы могут содержать наноцеллюлозу, стержневидные наночастицы, нанотрубки или галлуазит, или их комбинации.

[0020] НАНОЦЕЛЛЮЛОЗА

[0021] Целлюлозные волокна и их производные являются одним из наиболее распространенных возобновляемых источников полимеров. Специальный тип целлюлозы, называемый наноцеллюлозой, недавно нашел применение в нескольких отраслях промышленности. Наноцеллюлоза может относиться к по меньшей мере трем различным типам наноцеллюлозных материалов, которые варьируются в зависимости от способа производства и источника природных волокон. Указанные три типа наноцеллюлозных материалов представляют собой: нанокристаллическую целлюлозу (NCC), микрофибриллированную целлюлозу (MFC) и бактериальную целлюлозу (BC), которые описаны ниже. Дополнительные подробности в отношении указанных материалов описаны в патентах США № 4341807, 4374702, 4378381, 4452721, 4452722, 4464287, 4483743, 4487634 и 4500546, полное описание каждого из которых включено в настоящий документ посредством ссылки.

[0022] Наноцеллюлозные материалы содержат повторяющееся звено β-1,4-связанных звеньев D-глюкозы, как показано на следующей химической структуре.

[0023] Для каждого аспекта диспергируемые в воде наночастицы могут содержать наноцеллюлозу, стержневидные наночастицы, нанотрубки или галлуазит, или их комбинации.

[0024] Целочисленные значения переменной n относятся к длине наноцеллюлозных цепей, которая обычно зависит от источника целлюлозы и даже от части растения, содержащей целлюлозный материал.

[0025] В некоторых вариантах реализации n может представлять собой целое число от примерно 100 до примерно 10000, от примерно 1000 до примерно 10000 или от примерно 1000 до примерно 5000. В других вариантах реализации n может представлять собой целое число от примерно 5 до примерно 100. В других вариантах реализации n может представлять собой целое число от примерно 5000 до примерно 10000. В различных вариантах реализации наноцеллюлозные цепи могут иметь средний диаметр от примерно 1 нм до примерно 1000 нм, или от примерно 10 нм до примерно 500 нм, или от примерно 50 нм до примерно 100 нм.

[0026] NCC, также упоминаемая как целлюлозные нанокристаллы, целлюлозные нитевидные кристаллы или целлюлозные стержневидные нанокристаллы, может быть получена из целлюлозных волокон, как описано в публикации заявки на патент США № 2013/0274149, полное содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки. Однако целлюлозные нанокристаллы могут иметь форму, отличную от стержней. Примеры включают нанокристаллы в форме 4-8-стороннего многоугольника, такого как прямоугольник, шестиугольник или восьмиугольник. NCC могут быть получены гидролизом целлюлозных волокон из различных источников, таких как хлопок, древесина и пшеничная солома, а также целлюлоза из водорослей и бактерий. Такие целлюлозные волокна характеризуются наличием двух различных областей - аморфной области и кристаллической области. В различных вариантах реализации NCC может быть получена кислотным гидролизом аморфной области целлюлозных волокон, которая имеет более низкую стойкость к кислотному воздействию, по сравнению с кристаллическими областями целлюлозных волокон. Затем получают частицы NCC «стержневидной» формы (здесь и далее упоминаемые как «стержневидные частицы нанокристаллической целлюлозы» или проще «частицы NCC»), имеющие кристаллическую структуру. В различных вариантах реализации процесс гидролиза может быть осуществлен в мягких условиях, при которых указанный процесс не приводит к существенному разрушению или разложению стержневидной кристаллической части целлюлозы.

[0027] В некоторых вариантах реализации NCC может быть получена кислотным гидролизом аморфных и неупорядоченных паракристаллических областей целлюлозных волокон, которые имеют более низкую стойкость к кислотному воздействию, по сравнению с кристаллическими областями целлюлозных волокон. Во время реакции гидролиза аморфные и неупорядоченные паракристаллические области целлюлозных волокон гидролизуются, что приводит к удалению микрофибрилл в слабых местах. Указанный процесс также приводит к образованию стержневидных частиц нанокристаллической целлюлозы или проще «частиц NCC», имеющих кристаллическую структуру.

[0028] Частицы NCC могут быть исключительно прочными, с высоким аксиальным модулем Юнга (150 ГПа), и могут иметь морфологию и кристалличность, подобную исходным целлюлозным волокнам (за исключением отсутствия аморфной части). В некоторых вариантах реализации степень кристалличности может варьироваться от примерно 50% до примерно 100%, например, от примерно 65% до примерно 85% или от примерно 70% до примерно 80% по массе. В некоторых вариантах реализации степень кристалличности может составлять от примерно 85% до примерно 100% или от примерно 88% до примерно 95% по массе.

[0029] В различных вариантах реализации частицы NCC могут иметь длину от примерно 50 до примерно 500 нм, или от примерно 75 нм до примерно 300 нм, или от примерно 50 до примерно 100 нм. В различных вариантах реализации диаметр частиц NCC может дополнительно иметь диаметр от примерно 2 до примерно 500 нм, или от примерно 2 до примерно 100 нм, или от примерно 2 до примерно 10 нм. В различных вариантах реализации частицы NCC могут иметь аспектное отношение (длина/диаметр) от примерно 10 до примерно 100, или от примерно 25 до примерно 100, или от примерно 50 до примерно 75.

[0030] Технологии, которые обычно используют для определения размера частиц NCC, включают сканирующую электронную микроскопию (SEM), просвечивающую электронную микроскопию (TEM) и атомно-силовую микроскопию (AFM). Для определения степени кристалличности может быть использована широкоугольная рентгеновская дифракция (WAXD).

[0031] В некоторых вариантах реализации NCC или частицы NCC могут иметь поверхность, которая плотно упакована гидроксильными группами, что обеспечивает возможность осуществления на их поверхности химических модификаций. В различных вариантах реализации некоторые гидроксильные группы NCC или частиц NCC могут быть модифицированы или превращены до, во время и/или после внесения в ствол скважины, например, в сульфатные сложноэфирные группы во время кислотного гидролиза. В некоторых вариантах реализации некоторые гидроксильные группы поверхности NCC или частиц NCC могут быть модифицированы или превращены в карбоксильные группы.

[0032] В различных вариантах реализации способ получения NCC или частиц NCC (и, следовательно, результирующих функциональных групп, присутствующих на поверхности NCC или частиц NCC) может быть выбран для обеспечения специальных свойств текучих сред, содержащих NCC или частицы NCC. Например, текучие среды, содержащие NCC или частицы NCC, могут демонстрировать тиксотропные свойства или анти-тиксотропные свойства, или могут иметь вязкость, не зависящую от времени. Например, текучие среды, содержащие NCC или частицы NCC, обработанные соляной кислотой, могут обладать тиксотропными свойствами в концентрациях более 0,5% (мас./об.) и анти-тиксотропными свойствами в концентрациях менее 0,3% (мас./об.), а текучие среды, содержащие NCC или частицы NCC, обработанные серной кислотой, могут иметь вязкость, не зависящую от времени.

[0033] В различных вариантах реализации NCC или частицы NCC могут быть функционализированы с получением функционализированной частицы NCC, такой как функционализированная частица NCC, в которой внешняя окружность нанокристаллической целлюлозы функционализирована различными модификаторами поверхности, функциональными группами, частицами и/или молекулами. Например, такие химические функционализации и/или модификации могут быть осуществлены для внедрения стабильных отрицательных или положительных электростатических зарядов на поверхность NCC или частиц NCC. Внедрение отрицательных или положительных электростатических зарядов на поверхность NCC или частиц NCC может обеспечивать более эффективное диспергирование в требуемом растворителе или среде.

[0034] Модификация NCC или частиц NCC, такая как модификация только поверхности, может быть осуществлена различными способами, включая, например, эстерификацию, этерификацию, ацетилирование, силилирование, окисление, прививание полимера на поверхность, функционализацию различными химическими фрагментами (такими как гидрофобные группы для улучшения совместимости с углеводородами и/или нефтью) и нековалентную модификацию поверхности, включая применение адсорбирующих поверхностно-активных веществ и полимерные покрытия, в соответствии с требованиями. В различных вариантах реализации процесс функционализации поверхности может быть осуществлен в мягких условиях, при которых указанный процесс не приводит к существенному разрушению или разложению стержневидных нанокристаллических частиц.

[0035] В различных вариантах реализации модификация (такая как модификация только поверхности) посредством технологии привитой полимеризации может обеспечивать сохранение формы NCC или частиц NCC. Например, форма может быть сохранена посредством выбора низкомолекулярного полимера, такого как полимер с молекулярной массой менее примерно 100000 дальтон.

[0036] В различных вариантах реализации химические модификации могут быть осуществлены с применением электрофилов, которые являются сайт-специфическими при взаимодействии с гидроксильными группами на поверхности NCC или частиц NCC. Например, такие электрофилы могут быть представлены общей формулой, такой как, например, RX, где «X» представляет собой уходящую группу, которая может включать галоген, тозилат, мезилат, алкоксид, гидроксид или т.п., и «R» может содержать алкильные, силановые, аминные, эфирные, сложноэфирные группы и т.п. В различных вариантах реализации функционализация поверхности такими электрофилами может быть осуществлена таким способом, который не приводит к уменьшению размера или прочности NCC или частиц NCC.

[0037] В некоторых вариантах реализации поверхность NCC или частиц NCC может иметь поверхностную функционализацию от примерно 5 до примерно 90 процентов, или от примерно 25 до примерно 75 процентов, или пот примерно 40 до примерно 60 процентов. В некоторых вариантах реализации от примерно 5 до примерно 90 процентов гидроксильных групп на поверхности NCC или частиц NCC могут быть химически модифицированы, или от примерно 25 до примерно 75 процентов, или от примерно 40 до примерно 60 процентов.

[0038] Для оценки процента функционализации поверхности может быть использована инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (ИК-ФП), спектроскопия Рамана и другие известные методы, например, посредством изучения типов колебаний и функциональных групп, присутствующих на NCC или частицах NCC. Кроме того, может быть выполнен анализ локального химического состава целлюлозы, NCC или частиц NCC с помощью энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDS). Общий химический состав может быть определен с помощью элементного анализа (EA). Для определения поверхностного заряда и плотности могут быть использованы измерения дзета-потенциала. Для понимания изменений теплоемкости и термической стабильности может быть использован термогравиметрический анализ (ТГА) и дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК).

[0039] Микрофибриллированная целлюлоза (MFC), или нанофибриллы, или нанофибриллированная целлюлоза (NFC), или кристаллические нанофибриллы (CNF) представляют собой форму наноцеллюлозы, полученной из древесных продуктов, сахарной свеклы, сельскохозяйственных сырьевых материалов или отходов. В MFC отдельные микрофибриллы не до конца или полностью отделены друг от друга. Например, микрофибриллированный целлюлозный материал имеет средний диаметр от примерно 5 нм до примерно 500 нм, или от примерно 5 нм до примерно 250 нм, или от примерно 10 нм до примерно 100 нм. В некоторых вариантах реализации микрофибриллированный целлюлозный материал может иметь средний диаметр от примерно 10 нм до примерно 60 нм. Кроме того, длина MFC может составлять до 1 мкм, или от примерно 500 нм до примерно 1 мкм, или от примерно 750 нм до примерно 1 мкм. Отношение длины (L) к диаметру (d) MFC может составлять от примерно 50 до примерно 150, или от примерно 75 до примерно 150, или от примерно 100 до примерно 150.

[0040] Одним из способов получения MFC является расслаивание древесной пульпы под действием механического давления до и/или после химической или ферментативной обработки. Дополнительные способы включают измельчение, гомогенизацию, интенсификацию, гидролиз/электропрядение и воздействие ионных жидкостей. Механическая обработка целлюлозных волокон является очень энергоемкой, и это является главным препятствием для коммерческой эффективности. Дополнительные примеры способов производства MFC описаны в WO 2007/091942, WO 2011/051882, в патенте США № 7381294 и в публикации заявки на патент США № 2011/0036522, полное содержание которых включено в настоящий документ посредством ссылки.

[0041] MFC может иметь такой же диаметр, как частица NCC, но MFC является более гибкой, поскольку частицы NCC имеют очень высокое содержание кристаллического вещества (что ограничивает гибкость). Например, в отличие от высокого содержания кристаллического вещества в частицах NCC, которое может быть равномерно распределено или может быть постоянным во всей частице NCC, MFC содержат отдельные аморфные области, например, аморфные области, чередующиеся с кристаллическими областями, или аморфные области, в которые вкраплены кристаллические области. Кроме того, MFC характеризуются незначительной упорядоченностью на нанометровом уровне, тогда как NCC и/или частицы NCC являются в высокой степени упорядоченными. Кроме того, кристалличность MFC может приближаться к 50%, тогда как кристалличность NCC выше и зависит от способа получения.

[0042] Бактериальная наноцеллюлоза (BC) представляет собой материал, получаемый бактериальным синтезом, например, из низкомолекулярного сахара и спирта. Диаметр такой наноцеллюлозы обычно составляет от примерно 20 до 100 нм. Характеристики бактерий, вырабатывающих целлюлозу, и условия для встряхиваемой культуры описаны в патенте США № 4863565, полное описание которого включено в настоящий документ посредством ссылки. Частицы BC представляют собой микрофибриллы, секретируемые различными бактериями, которые выделяют из организмов бактерий и питательной среды. Полученные микрофибриллы имеют несколько микрон в длину и большое аспектное отношение (более 50) с морфологией, зависящей от конкретных бактерий и условий выращивания.

[0043] Наноцеллюлоза может присутствовать в обрабатывающей текучей среде в количестве от примерно 0,1 мас. % до примерно 5 мас. %, или от 0,1 мас. % до примерно 3 мас. %, или от примерно 0,5 мас. % до примерно 2 мас. %.

СТЕРЖНЕВИДНЫЕ НАНОЧАСТИЦЫ

[0044] В данном контексте термин «наночастица» или «вещество в форме наночастиц» означает частицу, имеющую по меньшей мере один размер менее чем примерно 1 мкм. Примером наночастицы является, в целом, сферическая частица с диаметром менее 1 мкм. Другим примером наночастицы является стержневидная продолговатая структура, имеющая диаметр от 1 до 10 нм, но длину более 1 мкм, поскольку по меньшей мере один размер меньше, чем 1 мкм.

[0045] Диспергируемые в воде наночастицы могут представлять собой продолговатые стержневидные структуры. В одном примере средняя длина такого стержня составляет более 1 мкм, но средний диаметр составляет порядка примерно 200 нм. В другом примере продолговатая стержневидная структура имеет субмикронную длину и средний диаметр менее примерно 100 нм. В другом примере продолговатая стержневидная структура имеет среднюю длину примерно 700 нм и средний диаметр примерно 85 нм.

[0046] В различных вариантах реализации металлические наночастицы состоят из (i) одного или более металлов или (ii) одного или более металлических композитов. Подходящие металлы могут включать, например, Al, Ag, Au, Pt, Pd, Cu, Co, Cr, In и Ni, в частности, переходные металлы, например, Ag, Au, Pt, Pd, Cu, Cr, Ni, а также их смеси. В качестве подходящего металла может быть использовано серебро. Подходящие металлические композиты могут включать Au-Ag, Ag-Cu, Ag-Ni, Au-Cu, Au-Ni, Au-Ag-Cu и Au-Ag-Pd. Металлические композиты также могут содержать неметаллы, такие как, например, Si, C и Ge. Различные компоненты металлического композита могут присутствовать в количестве, например, от примерно 0,01% до примерно 99,9% по массе или от примерно 10% до примерно 90% по массе.

ГАЛЛУАЗИТ

[0047] Как описано ранее, диспергируемая в воде наночастица может состоять из галлуазита, например, галлуазитовой нанотрубки. Галлуазит (Al₂Si₂O₅(OH)₄) представляет собой глинистый материал, который может быть добыт из месторождений в виде сырьевого минерала. Галлуазит является алюмосиликатом, который химически подобен каолину, демонстрирующему несколько морфологий.

[0048] Одна преобладающая форма галлуазита представляет собой полую трубчатую структуру субмикронного размера. Размер известных галлуазитовых трубок может варьироваться в зависимости от месторождения. Известные размеры включают трубки, имеющие длину, например, от примерно 500 нм до примерно 1000 нм и внутренний диаметр от примерно 15 нм до примерно 100 нм, хотя возможны размеры за пределами указанных диапазонов. Смежные слои оксида алюминия и диоксида кремния, а также молекулы гидратной воды нарушают порядок, в результате чего галлуазитовые трубки изгибаются и скручиваются, образуя многослойные трубки. Такие нанотрубки демонстрируют морфологию естественного расслаивания. Таким образом, для диспергирования указанного материала не нужны химические средства.

[0049] В композициях согласно настоящему описанию могут быть использованы любые подходящие галлуазитовые нанотрубки. Примеры включают галлуазитовые нанотрубки, имеющие среднее аспектное отношение по меньшей мере примерно 5, например, аспектное отношение от примерно 10 до примерно 100 или от примерно 20 до примерно 50. Иллюстративные нанотрубки имеют диаметр менее примерно 200 нм, например, диаметр от примерно 10 нм до примерно 100 нм или от примерно 15 нм до примерно 75 нм.

[0050] Для каждого аспекта наноцеллюлоза может содержать нанокристаллическую целлюлозу, микрофибриллированную целлюлозу или бактериальную целлюлозу, или их комбинации.

[0051] Для каждого аспекта стержневидные наночастицы могут содержать один или более металлов, или один или более металлических композитов, или их комбинации.

[0052] Для каждого аспекта диспергируемые в воде наночастицы могут иметь длину от примерно 50 нм до 50 мкм и диаметр от примерно 2 нм до 500 нм.

[0053] Для каждого аспекта диспергируемые в воде наночастицы могут присутствовать в обрабатывающей текучей среде в концентрации от примерно 0,1 мас. % до 5,0 мас. %.

[0054] Для каждого аспекта один или более проницаемых пластов имеют давление гидроразрыва, и обрабатывающую текучую среду вводят под давлением, которое меньше давления гидроразрыва.

[0055] Специалистам в данной области техники понятно, что для каждого аспекта, в зависимости от конкретной скважины, термины «более высокая проницаемость» и «более низкая проницаемость» являются относительными и могут подразумевать широкий диапазон. Специалистам в данной области техники понятно, что для заявленных способов обработки обрабатывающие текучие среды будут проходить по пути наименьшего сопротивления и поступать в области более высокой проницаемости пласта.

[0056] Специалистам в данной области техники понятно, что для каждого аспекта активность обрабатывающих текучих сред может быть ограничена так называемой «призабойной зоной» скважины. Такое предположение основано на том ограничении, что обрабатывающую текучую среду вводят под давлением, которое меньше давления гидроразрыва. Специалистам в данной области техники, что призабойная зона скважины занимает пространство, простирающееся в радиальном направлении примерно на 10 м (33 фута) от ствола скважины.

[0057] Специалистам в данной области техники понятно, что для каждого аспекта обрабатывающие текучие среды могут быть введены в подземную скважину такими же способами, которые известны в данной области техники для борьбы с водопритоками. Обрабатывающие текучие среды могут быть закачаны в скважину или более точно введены посредством установки колонны труб, такой как гибкие НКТ. Кроме того, в стволе скважины могут быть установлены пакеры, которые изолируют проницаемые области, подлежащие обработке. Колонна труб, например, гибкие НКТ, может быть вставлена между пакерами, а обрабатывающая текучая среда может быть точнее введена в проницаемые области. Более подробная информация относительно указанных технологий размещения представлена в следующей публикации. Hardy M and Lockhart T: "Water Control" в издании Economides MJ, Watters LT and Dunn-Norman S: Petroleum Well Construction, John Wiley & Sons, Chichester (1998) 571-591.

[0058] Для каждого аспекта обрабатывающая текучая среда может быть вспенена с помощью воздуха или азота для обеспечения дополнительной селективности в отношении проницаемых интервалов, в которые может входить обрабатывающая текучая среда.

[0059] Представленное выше описание дополнительно иллюстрировано со ссылкой на следующие примеры, которые представлены только с иллюстративными целями и никоим образом не предназначены для ограничения объема настоящего описания.

ПРИМЕРЫ

[0060] В следующих примерах проводили лабораторные эксперименты, в ходе которых обрабатывающие текучие среды, содержащие множество нанокристаллических частиц, закачивали в керн из песчаника. Керны из песчаника (длиной 4,72 см и диаметром 2,54 см, или длиной 12 дюймов и диаметром 1 дюйм) устанавливали в кернодержатель Хасслера. Измерение первоначальной проницаемости проводили, продавливая 2 мас. % раствор KCl через керны со скоростью 5 мл/мин. и записывая разность давлений. Для расчета первоначальной проницаемости в мД использовали закон Дарси. Затем через керн прокачивали обрабатывающую текучую среду. Затем через керн прокачивали 2% KCl и записывали разность давлений при тех же исходных условиях. Разность между проницаемостью до обработки и проницаемостью после обработки указывает на способность обрабатывающей текучей среды сдерживать поток воды.

[0061] ПРИМЕР 1

[0062] Нанокристаллическую целлюлозу (NCC) с длиной примерно 100 нм и диаметром примерно 6 нм диспергировали в концентрации примерно 1 мас. % в солевом растворе (CaCl₂/CaBr₂). Плотность солевого раствора составляла 1460 кг/м³ (12,2 фунт/гал). Для измерения степени закупоривания проводили измерение проницаемости керна до и после ввода обрабатывающей текучей среды (3 объема пор). Испытание проводили при 121°C (250 °F). Первоначальную и конечную проницаемость керна измеряли по 2 мас. % раствору KCl. Первоначальная проницаемость керна (бентхаймерский песчаник) составляла 744 мД. После закачивания обрабатывающей текучей среды и выдерживания в течение 1 часа проницаемость керна снизилась до 11 мД.

[0063] ПРИМЕР 2

[0064] Выбирали менее проницаемый керн из верейского песчаника, имеющий такие же размеры, как описано в примере 1. Первоначальная проницаемость керна составляла 65 мД. В керн закачивали пять объемов пор раствора хлорида кальция с плотностью 1270 кг/м³ (10,6 фунт/гал), содержащего 1,5% NCC, при 110°C (230 °F). Конечная проницаемость керна составляла 8 мД, свидетельствуя о том, что указанные частицы могут проникать в мелкие поры и сдерживать дальнейшее движение жидкости.

[0065] ПРИМЕР 3

[0066] Керн из синтетического оксида алюминия Aloxite™ с проницаемостью 220 мД и пористостью 43% насыщали 2 мас. % водным раствором KCl. Испытание проводили при 129°C (265 °F). Затем в первом направлении вводили полиакриламидный гель со скоростью 2 мл/мин. Введение продолжали до достижения постоянной разности давлений 1,52 МПа (220 фунт/кв.дюйм). Затем во втором (противоположном) направлении в керн вводили полиакриламидный гель, содержащий 1 мас. % NCC, со скоростью 1 мл/мин. до достижения максимально обнаруживаемой прибором разности давлений 12,4 МПа (1800 фунт/кв.дюйм). Затем в первом направлении снова закачивали полиакриламидный гель без NCC. Разность давлений стабилизировалась при 5,30 МПа (770 фунт/кв.дюйм), что на 3,80 МПа (550 фунт/кв.дюйм) выше, чем первоначально измеренное значение, и это свидетельствует от наличии закупоривания в керне.

[0067] Хотя выше подробно описаны только некоторые приведенные в качестве примера варианты реализации изобретения, специалисты в данной области техники без труда поймут, что в приведенных в качестве примера вариантах реализации изобретения возможны многие модификации без существенного отступления от настоящего описания. Соответственно, все такие модификации предназначены для включения в объем настоящего описания, определенный следующей формулой изобретения.

1. Способ обработки подземной скважины, имеющей один или более проницаемых пластов, включающий:

(i) получение обрабатывающей текучей среды, содержащей воду и множество диспергируемых в воде наночастиц, причем диспергируемые в воде наночастицы присутствуют в обрабатывающей текучей среде в концентрации от примерно 0,1 мас. % до 5,0 мас. %;

(ii) введение обрабатывающей текучей среды в подземный пласт, так что диспергируемые в воде наночастицы образуют один или более агрегатов, закупоривающих поры пласта и блокирующих дальнейшее протекание текучей среды в пласте.

2. Способ по п. 1, в котором диспергируемые в воде наночастицы содержат наноцеллюлозу, стержневидные наночастицы, нанотрубки или галлуазит или их комбинации.

3. Способ по п. 2, в котором наноцеллюлоза содержит нанокристаллическую целлюлозу, микрофибриллированную целлюлозу или бактериальную целлюлозу или их комбинации.

4. Способ по п. 2, в котором стержневидные наночастицы содержат один или более металлов или один или более металлических композитов или их комбинации.

5. Способ по п. 1, в котором диспергируемые в воде наночастицы имеют длину от примерно 50 нм до 500 мкм и диаметр от примерно 2 нм до 500 нм.

6. Способ по п. 1, в котором один или более проницаемых пластов имеют давление гидроразрыва и обрабатывающую текучую среду вводят под давлением, которое меньше давления гидроразрыва.

7. Способ регулирования притока воды из подземной скважины, имеющей ствол скважины и один или более проницаемых пластов, включающий:

(i) получение обрабатывающей текучей среды, содержащей воду и множество диспергируемых в воде наночастиц, причем диспергируемые в воде наночастицы присутствуют в обрабатывающей текучей среде в концентрации от примерно 0,1 мас. % до 5,0 мас. %;

(ii) введение обрабатывающей текучей среды в один или более проницаемых пластов, так что диспергируемые в воде наночастицы образуют один или более агрегатов, закупоривающих поры пласта и блокирующих протекание воды из одного или более проницаемых пластов в ствол скважины.

8. Способ по п. 7, в котором диспергируемые в воде наночастицы содержат наноцеллюлозу, стержневидные наночастицы, нанотрубки или галлуазит или их комбинации.

9. Способ по п. 8, в котором наноцеллюлоза содержит нанокристаллическую целлюлозу, микрофибриллированную целлюлозу или бактериальную целлюлозу или их комбинации.

10. Способ по п. 8, в котором стержневидные наночастицы содержат один или более металлов или один или более металлических композитов или их комбинации.

11. Способ по п. 7, в котором диспергируемые в воде наночастицы имеют длину от примерно 50 нм до 500 мкм и диаметр от примерно 2 нм до 500 нм.

12. Способ по п. 7, в котором один или более проницаемых пластов имеют давление гидроразрыва и обрабатывающую текучую среду вводят под давлением, которое меньше давления гидроразрыва.

13. Способ обеспечения повышенной нефтедобычи, включающий:

(i) получение обрабатывающей текучей среды, содержащей воду и множество диспергируемых в воде наночастиц, причем диспергируемые в воде наночастицы присутствуют в обрабатывающей текучей среде в концентрации от примерно 0,1 мас. % до 5,0 мас. %;

(ii) введение обрабатывающей текучей среды в нагнетательную скважину, имеющую ствол скважины и один или более пластов с различной проницаемостью, так что диспергируемые в воде наночастицы образуют один или более агрегатов, закупоривающих поры в более проницаемых областях одного или более проницаемых пластов, замедляя поток заводняющей текучей среды из ствола скважины в более проницаемые области одного или более проницаемых пластов;

(iii) закачивание заводняющей текучей среды в нагнетательную скважину, так что заводняющая текучая среда протекает в направлении одной или более эксплуатационных скважин, вытесняя нефть или газ или нефть и газ в одном или более проницаемых пластах; и

(iv) добычу нефти или газа или нефти и газа из одной или более эксплуатационных скважин.

14. Способ по п. 13, в котором диспергируемые в воде наночастицы содержат наноцеллюлозу, стержневидные наночастицы, нанотрубки или галлуазит или их комбинации.

15. Способ по п. 14, в котором наноцеллюлоза содержит нанокристаллическую целлюлозу, микрофибриллированную целлюлозу или бактериальную целлюлозу или их комбинации.

16. Способ по п. 14, в котором стержневидные наночастицы содержат один или более металлов или один или более металлических композитов или их комбинации.

17. Способ по п. 13, в котором диспергируемые в воде наночастицы имеют длину от примерно 50 нм до 500 мкм и диаметр от примерно 2 нм до 500 нм.

18. Способ по п. 13, в котором один или более проницаемых пластов имеют давление гидроразрыва и обрабатывающую текучую среду вводят под давлением, которое меньше давления гидроразрыва.