Солестойкий понизитель трения
Изобретение относится к области добычи углеводородов, а именно к составам и способам для обработки подземной формации. Понижающий трение раствор для обработки приствольной зоны, содержащий воду, 100 от 500000 ч./млн. общего количества растворенных твердых веществ, и от 0,5 до 3 галлонов (от 1,89 до 11,36 литра) на тысячу галлонов (3785,41 литра) эмульсии воды в масле, содержащей водорастворимый полимер, и инвертирующее поверхностно-активное вещество. В эмульсии масляная фаза представляет собой дисперсионную фазу, содержащую инертную гидрофобную жидкость, водная фаза присутствует в виде диспергированных отдельных частиц в масляной фазе и содержит воду, поверхностно-активные вещества. Водорастворимый полимер включает 20-80 мас.% неионного мономера, 0,5-30 мас.% мономера, содержащего карбоновую кислоту, и 5-70 мас.% катионного мономера и содержит по одному варианту 5-40 масс.%, а по другому варианту 10-35 масс.% эмульсии воды в масле. Способ обработки части подземной формации включает обращение эмульсии воды в масле путем прибавления ее к воде с получением указанного выше раствора и введение его в часть подземной формации. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы. Технический результат – повышение эффективности обработки. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 7 табл., 3 пр.
Перекрестная ссылка на родственные заявки
[0001] В настоящей заявке заявлен приоритет предварительной патентной заявки № 62/024,652, поданной 15 июля 2014 г., содержание которой включено настоящим ссылкой во всей ее полноте.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0002] Раскрытый объект относится к композициям для обработки подземных зон. Данные композиции включают в себя водные текучие среды для обработки подземных зон, содержащие водорастворимые полимеры в эмульсии воды в масле в растворах с высоким содержанием соли, и относящиеся к этому способы.
[0003] Водные текучие среды для обработки приствольной зоны можно использовать во многих видах обработки подземных зон. Подобная обработка включает в себя, но не ограничивается, операциями бурения, операциями интенсификации добычи и операциями заканчивания скважины. Как использовано в настоящем описании, термин «обработка» или «обрабатывание» относится к любой подземной операции, в которой используется текучая среда для обеспечения требуемой функции и/или требуемой цели. Термин «обработка» или «обрабатывание» не подразумевает какого-либо конкретного действия данной текучей среды.
[0004] Вязкие огелившиеся текучие среды для гидроразрыва пласта обычно используются для гидравлического разрыва подземных зон, пробуренных скважинами, для повышения добычи углеводородов из данных подземных зон. То есть, вязкую текучую среду для гидроразрыва пласта закачивают через скважину в подземную зону для интенсификации притока к ней с такой скоростью и давлением, чтобы образовывались разрывы, распространяющиеся в подземную зону. Текучая среда для гидроразрыва пласта также вводит в образующиеся разрывы расклинивающий материал, например, сортированный песок. Расклинивающий материал суспендируют в вязкой текучей среде для гидроразрыва таким образом, чтобы расклинивающий материал осаждался в разрывах при расслоении и извлечении вязкой текучей среды для гидроразрыва. Функция расклинивающего материала состоит в предотвращении закрытия разрывов в результате образования проводящих каналов, через которые добываемые жидкости могут протекать в скважину.
[0005] Примером операции интенсификации с использованием водной текучей среды для обработки приствольной зоны является гидравлический разрыв пласта. В некоторых случаях гидравлический разрыв пласта включает в себя закачивание не содержащей расклинивающего материала водной текучей среды для обработки приствольной зоны (известной также как подушка) в подземную формацию быстрее, чем эта жидкость сможет проникнуть в формацию, так что давление в пласте возрастает и пласт разрывает, в результате чего образуются или увеличиваются один или более разрывов. Увеличение разрыва включает в себя увеличение ранее существующего разрыва в пласте. После образования или расширения разрыва, в разрыв обычно вводят расклинивающие частицы для создания набивки расклинивающим агентом, которая способна предотвратить закрытие разрыва после сброса давления, образуя каналы, по которым текучие среды могут протекать в буровую скважину.
[0006] В процессе закачки водной текучей среды для обработки в скважину значительное количество энергии может потеряться из-за трения между водной текучей средой в турбулентном потоке и формацией и/или трубной продукцией (например, трубы, безмуфтовые длинномерные трубы и т.д.), находящейся внутри скважины. В результате потери энергии, для достижения необходимой обработки может потребоваться дополнительная мощность. Чтобы снизить эти энергопотери, до настоящего времени в водные текучие среды для обработки вводили полимерные понизители трения. Полимерный понизитель трения должен снижать потери на трение вследствие трения между водной текучей средой для обработки в турбулентном потоке и трубной продукцией и/или формацией.
[0007] Многие полимерные понизители трения проявляют пониженные эксплуатационные характеристики в присутствии низкомолекулярных добавок, таких как кислоты, основания и соли. Особенно подвержены этому ионные заряженные полимеры. Например, полимеры, содержащие мономеры акрилатного типа, либо добавленные в качестве сополимера, либо полученные гидролизом из полиакриламида, проявляют пониженную совместимость с насыщенным минеральным раствором с высоким содержанием кальция. Добавки маскируют заряды в структуре полимера, что уменьшает гидродинамический радиус полимера. При уменьшении эффективной длины полимера сокращается также уменьшение трения.
[0008] Гидравлический разрыв пласта стал находкой для нефте- и газодобывающей промышленности. Благодаря этой процедуре повысилась производительность множества нефтяных и газовых скважин. Однако в настоящее время деятельность, связанная с гидроразрывами, подвергается тщательной проверке и государственному регулированию. Кроме того, для осуществления гидравлических разрывов необходимы большие объемы воды. В некоторых районах пресная вода может стать лимитирующим фактором. Раствор для обработки, в котором можно использовать различные источники воды, такие как вода, добываемая из формации или отработанная вода после обработки скважины, мог бы значительно расширить область применения.
[0009] Относительно большой объем использования полимеров в способах подземной обработки может привести к значительному повреждению формации. Кроме того, при рециркуляции жидкости для обработки над поверхностью земли, высокое содержание высокомолекулярных полимеров в жидкости может привести к флокуляции при наземных операциях рециклизации упомянутой выше текучей среды, таких как конечная высадка.
[0010] Существует постоянная потребность в разработке обрабатывающих растворов, которые эффективно понижают трение, для сведения к минимуму энергопотерь, но все же обладают достаточной вязкостью для удерживающей способности, особенно в случае высококонцентрированных солевых растворов, и в то же время являются безопасными и не оказывают неблагоприятного воздействия на окружающую среду.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0011] В настоящем изобретении предоставлен раствор для обработки ствола скважины, понижающий трение, который содержит воду в количестве от 100, во многих случаях от 10000 до 300000, в некоторых случаях примерно до 500000 ч./млн. от общего количества растворенных твердых веществ, и от 0,5 до 3 галлонов (от 1,89 до 11,36 литра) на тысячу галлонов эмульсии масла в воде, содержащей водорастворимый полимер. Общее количество растворенных твердых веществ включает в себя, по меньшей мере, 10 массовых процентов поливалентного катиона. Эмульсия воды в масле содержит масляную фазу (М) и водную фазу (В) при соотношении М/В примерно от 1:8 примерно до 10:1, где масляная фаза представляет собой дисперсную фазу, содержащую инертную гидрофобную жидкость, а водная фаза присутствует в виде диспергированных индивидуальных частиц в масляной фазе и включает в себя воду, водорастворимый полимер и поверхностно-активные вещества и инвертирующее поверхностно-активное вещество. Водорастворимый полимер включает в себя от 20 до 80 массовых процентов неионного мономера, от 0,5 до 35 массовых процентов мономера, содержащего карбоновую кислоту, и от 5 до 70 массовых процентов катионного мономера. Водорастворимый полимер содержит от 5 до 40 массовых процентов эмульсии воды в масле.
[0012] В настоящем изобретении также предоставлен способ обработки, по меньшей мере, части подземной формации, включающий в себя введение понижающего трение раствора для обработки в часть подземной формации.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0013] За исключением примеров по эксплуатации, или где указано иначе, все использованные в описании и формуле изобретения числа или выражения, относящиеся к количествам ингредиентов, условиям реакции и т.д., нужно понимать как модифицированные во всех случаях словом «примерно». Соответственно, если не указано противоположное, численные параметры, приведенные в следующем описании и прилагаемой формуле изобретения, представляют собой приближения, которые могут изменяться в зависимости от желаемых свойств, которые требуется получить при помощи настоящего изобретения. По крайней мере, и не в качестве попытки ограничить применение доктрины эквивалентов к рамкам формулы изобретения, каждый численный параметр должен, по меньшей мере, рассматриваться с точки зрения числа значащих разрядов и путем применения обычных способов округления.
[0014] Несмотря на то, что численные интервалы и параметры, устанавливающие широкие рамки настоящего изобретения, являются приближениями, численные значения, описанные в конкретных примерах, приведены с наибольшей возможной точностью. Однако любые численные значения изначально включают в себя некоторые ошибки, неизбежно возникающие в результате стандартного отклонения, присутствующего в соответствующих способах их определения.
[0015] Кроме того, нужно понимать, что любой численный интервал, приведенный в настоящем описании, подразумевает включение всех относящихся к нему подынтервалов. Например, интервал от «1 до 10» подразумевает включение все подынтервалов, находящихся в промежутке, и включающих в себя указанное минимальное значение, равное 1, и указанное максимальное значение, равное 10, то есть содержит минимальное значение, большее или равное 1, и максимальное значение, меньшее или равное 10. Поскольку описанные численные интервалы непрерывны, они включают в себя каждое значение, находящееся между минимальным и максимальным значениями. Если конкретно не указано иначе, различные численные интервалы, определенные в данном описании, являются приближениями.
[0016] Как использовано в настоящем описании, подразумевается, что термины «(мет)акриловый» и «(мет)акрилат» включают в себя производные как акриловой, так и метакриловой кислоты, таких как соответствующие алкиловые эфиры, часто называемые акрилатами и метакрилатами, которые подразумевают включение в термин «(мет)акрилат».
[0017] Как использовано в настоящем описании, подразумевается, что термин «полимер» включает в себя олигомер и, включает в себя, без ограничения, как гомополимеры, так и сополимеры.
[0018] Как использовано в настоящем описании, термин «сополимер» не ограничен полимерами, содержащими два типа мономерных звеньев, а включает в себя любую комбинацию полимеров, например, терполимеры, тетраполимеры и так далее.
[0019] Как использовано в настоящем описании, термин «отработанная вода» относится к флюидам, поступающим на поверхность после нагнетания в скважину текучих сред для обработки приствольной зоны.
[0020] Как использовано в настоящем описании, «общее содержание растворенных твердых веществ» («TDS») относится к мере общего содержания всех неорганических и органических веществ, содержащихся в воде, включая ионизированные твердые вещества в воде.
[0021] Как использовано в настоящем описании, термин «соляной раствор» относится к воде, содержащей растворенную соль и, по меньшей мере, 10000 ч./млн. TDS. В одном из вариантов осуществления термин «соляной раствор» относится к воде, содержащей растворенную соль и свыше 30000 ч./млн. TDS.
[0022] В настоящем изобретении предоставлен понижающий трение раствор для обработки приствольной зоны, который содержит воду, от 100, во многих случаях, от 10000 до 300000, в некоторых случаях примерно от 500000 ч./млн. общего количества растворенных твердых веществ, и от 0,5 до 3 галлонов (от 1,89 до 11,36 литра) на тысячу галлонов (3785,41 литра) эмульсии воды в масле, содержащей водорастворимый полимер. Общее количество растворенных твердых веществ включает в себя, по меньшей мере, 10 массовых процентов поливалентного катиона. Эмульсия воды в масле содержит масляную фазу (М) и водную фазу (В) в соотношении М/В примерно от 1:8 примерно до 10:1, где масляная фаза представляет собой дисперсную фазу, содержащую инертную гидрофобную жидкость, а водная фаза присутствует в виде диспергированных индивидуальных частиц в масляной фазе и содержит воду, водорастворимый полимер, и поверхностно-активные вещества, и инвертирующее поверхностно-активное вещество. Водорастворимый полимер содержит от 20 до 80 массовых процентов мономера, не содержащего ионогенных групп, от 0,5 до 35 массовых процентов мономера, содержащего карбоновую кислоту, и от 5 до 70 массовых процентов катионного мономера. Водорастворимый полимер содержит от 5 до 40 массовых процентов эмульсии воды в масле.
[0023] В настоящем изобретении предоставлен способ обработки части подземной формации, включающий в себя введение понижающего трение раствора для обработки в часть подземной формации.
[0024] Понижающие трение растворы для обработки обычно содержат воду и сополимер, понижающий трение.
[0025] Эмульсия воды в масле содержит масляную фазу, водную фазу и поверхностно-активные вещества. Масляную фазу (М) и водную фазу (В) можно представить в виде соотношения М/В, исходя из объема каждой фазы, которое составляет, по меньшей мере, примерно от 1:8, в некоторых случаях примерно 1:6, а в других случаях примерно 1:4, и может составлять примерно до 10:1, в некоторых случаях примерно до 8:1, а в других случаях примерно до 6:1. Если в соотношении М/В слишком много масла, полимер может быть слишком концентрированным в водной фазе. Если в соотношении М/В слишком много воды, эмульсия может стать неустойчивой и склонной к разделению. Соотношение М/В может представлять собой любое соотношение или интервал между любыми указанными выше соотношениями.
[0026] В настоящей эмульсии воды в масле масляная фаза присутствует в виде дисперсной фазы и включает в себя инертную гидрофобную жидкость. Инертная гидрофобная жидкость может включать в себя, в качестве неограничивающих примеров, парафиновые углеводороды, нефтеновые углеводороды, ароматические углеводороды, бензол, ксилол, толуол, минеральные масла, керосин, нафту, жидкие парафины, растворители на основе разветвленных изопарафинов, разветвленные углеводороды, насыщенные, линейные и/или разветвленные парафиновые углеводороды, и их комбинации. Конкретные неограничивающие примеры включают в себя природные, модифицированные или синтетические масла, такие как разветвленный изопарафиновый растворитель, доступный в виде ISOPAR® M и EXXATE®, поставляемого ExxonMobil Corporation, Irving TX, узкую фракцию разветвленного углеводорода, доступную в виде KENSOL® 61, поставляемого Witco Chemical Company, New York, NY, минеральное масло, коммерчески доступное в виде BLANDOL®, поставляемого Witco, CALUMETTM LVP-100, поставляемого Calumet Specialty Products, Burnham, IL, DRAKEOL®, поставляемого Penreco Partnership, Houston, TX, MAGIESOL®, поставляемого Magie Bros., Oil City, PA и растительные масла, такие как каноловое масло, кокосовое масло, рапсовое масло и так далее.
[0027] Инертная гидрофобная жидкость присутствует в эмульсии воды в масле в количестве, достаточном для образования устойчивой эмульсии. В некоторых вариантах осуществления, инертная гидрофобная жидкость может присутствовать в эмульсиях воды в масле в количестве примерно от 15 примерно до 80 массовых %.
[0028] В вариантах осуществления настоящего изобретения, инертная гидрофобная жидкость присутствует в эмульсии воды в масле в количестве, составляющем, по меньшей мере, примерно 15, в некоторых случаях, по меньшей мере, примерно 17,5, в других случаях, по меньшей мере, примерно 20, а в некоторых случаях, по меньшей мере, примерно 22,5 массового процента из расчета на массу эмульсии воды в масле, и может составлять примерно до 40, в некоторых случаях примерно до 35, в других случаях примерно до 32,5, а в некоторых случаях примерно до 30 массовых процентов из расчета на массу эмульсии воды в масле. Общее количество инертной гидрофобной жидкости в эмульсии воды в масле может составлять любое значение или может находиться в интервале между любыми указанными выше значениями.
[0029] Любой подходящий эмульгатор для эмульсии масла в воде можно использовать в качестве одного или более поверхностно-активных веществ, применяемых для получения эмульсии воды в масле, содержащей водорастворимый полимер, которую используют в данном способе. В вариантах осуществления настоящего изобретения данные поверхностно-активные вещества включают в себя поверхностно-активные вещества, значение ГЛБ (гидрофильно-липофильного баланса) которых составляет от 2 до 10, в некоторых случаях от 3 до 9, а в других случаях от 3 до 7.
[0030] Как использовано в настоящем описании, ГЛБ рассчитывают с использованием известного в данной области метода расчета, основанного на имеющихся в молекуле химических группах. В этом методе используется следующее уравнение:
ГЛБ=7+m * Hh+n * Hl
где m представляет собой число гидрофильных групп в молекуле, Hh представляет собой значение гидрофильных групп, n представляет собой число липофильных групп в молекуле, а Hl представляет собой значение липофильных групп.
[0031] Неограничивающие примеры подходящих поверхностно-активных веществ включают в себя:
эфиры жирных кислот и моно-, ди- и полиглицерина, например, моноолеат, диолеат, моностеарат, дистеарат и пальмитостеарат. Данные эфиры можно получить, например, этерификацией моно-, ди- и полиглицеринов, или смесей полигидроксильных спиртов, таких как этиленгликоль, диэтиленгликоль, дипропиленгликоль, 1,4-бутандиол, 1,2,4-бутантриол, глицерин, триметилолпропан, сорбит, неопентилгликоль и пентаэритрит,
эфиры сорбита и жирных кислот, например, сорбитмоноолеат, сорбитдиолеат, сорбиттриолеат, сорбитмоностеарат и сорбиттристеарат,
эфиры маннита и жирных кислот, например, маннитмонолаурат или маннитмонопальмитат,
эфиры пентаэритрита и жирных кислот, например, пентаэритритмономиристат, пентаэритритмонопальмитат и пентаэритритдипальмитат,
эфиры полиэтиленгликольсорбита и жирных кислот, более конкретно, моноолеаты,
эфиры полиэтиленгликольманнита и жирных кислот, более конкретно, моноолеаты и триолеаты,
эфиры глюкозы и жирных кислот, например, моноолеат глюкозы и моностеарат глюкозы,
триметилолдистеарат,
продукты реакции изопропиламида с олеиновой кислотой,
эфиры глицеринсорбита и жирных кислот,
этоксилированные алкиламины,
гексадецилфталат натрия,
децилфталат натрия и
маслорастворимые алканоламиды.
[0032] В конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения поверхностно-активные вещества могут включать в себя этоксилированные неионогенные поверхностно-активные вещества, этилат спирта Гербе и их смеси. Конкретные примеры включают в себя, но не ограничиваются перечисленным, диэтаноламин жирной кислоты таллового масла, такой как диэтаноламины, доступные в виде AMADOL® 511, поставляемого Akzo Nobel Surface Chemistry, Chicago, IL.; полиоксиэтилен (5) сорбитмоноолеат, доступный в виде TWEEN® 81, поставляемого Uniqema, New Castle, DE, сорбинатмоноолеат, доступный в виде SPAN® 80, поставляемого Uniquena, и ALKAMULS® SMO, поставляемого Rhone Poulenc, Inc., Paris, Франция.
[0033] Поверхностно-активные вещества могут присутствовать в концентрации, по меньшей мере, примерно 0,1, в некоторых случаях, по меньшей мере, примерно 0,25, в других случаях, по меньшей мере, примерно 0,5, в некоторых случаях, по меньшей мере, примерно 0,75, а в других случаях, по меньшей мере, примерно 1 массовый процент эмульсии воды в масле. Если количество поверхностно-активных веществ слишком мало, водная фаза может плохо диспергироваться в масляной фазе и/или эмульсия воды в масле может иметь тенденцию к расслоению на масляную и водную фазы. Кроме того, количество поверхностно-активных веществ может составлять примерно до 7, в некоторых случаях примерно до 5, а в других случаях примерно до 2,5 массового процента эмульсии воды в воде. Количество поверхностно-активных веществ в эмульсии воды в воде может составлять любую величину или может находиться в пределах интервала между указанными выше величинами.
[0034] Водная фаза представляет собой диспергированную фазу, состоящую из индивидуальных частиц в масляной фазе, и включает в себя воду и водорастворимый полимер. Общее количество водной фазы может составлять в настоящей эмульсии воды в масле, содержащей полимер, по меньшей мере, примерно 60, в некоторых случаях, по меньшей мере, примерно 65, в некоторых случаях, по меньшей мере, примерно 67,5, а в других случаях, по меньшей мере, примерно 70 массовых процентов из расчета на массу эмульсии воды в масле, и может составлять примерно до 85, в некоторых случаях, примерно до 82,5, в других случаях, примерно до 80, а в некоторых случаях, примерно до 77,5 массового процента из расчета на массу эмульсии воды в масле. Общее количество водной фазы в эмульсии воды в масле может представлять собой любое значение или может находиться в интервале между любыми указанными значениями.
[0035] В настоящем изобретении водорастворимый полимер присутствует в количестве, составляющем, по меньшей мере, примерно 5, в некоторых случаях, 10, в некоторых случаях, по меньшей мере, примерно 15, а в других случаях, по меньшей мере, примерно 20 массовых процентов из расчета на массу эмульсии воды в масле, и может присутствовать в количестве примерно до 33, в некоторых случаях примерно до 35, в других случаях примерно до 37, а в некоторых случаях примерно до 40 массовых процентов из расчета на массу эмульсии воды в масле. Если количество водорастворимого полимера слишком мало, применение эмульсии воды в масле в настоящем способе обработки части подземной формации может стать неэкономичным. Если количество водорастворимого полимера слишком велико, эффективность водорастворимого полимера в настоящем способе обработки части подземной формации может быть ниже оптимальной. Количество водорастворимого полимера в водной фазе эмульсии воды в масле может представлять собой любое значение или может находиться в интервале между любыми указанными выше значениями.
[0036] Водорастворимый полимер в водной фазе эмульсии воды в масле получают полимеризацией раствора мономера, содержащего неионогенные мономеры, катионные мономеры, и мономеры, содержащие карбоновые кислоты, количество которых обеспечивает необходимое количество водорастворимого полимера.
[0037] Количество неионогенного мономера может составлять, по меньшей мере, примерно 20, в некоторых случаях, по меньшей мере, примерно 33, а в других случаях, по меньшей мере, примерно 35 массовых процентов из расчета на массу мономерной смеси. Если количество неионогенного мономера слишком мало, молекулярная масса образующегося водорастворимого полимера может быть ниже необходимой. Кроме того, количество неионогенного мономера в мономерной смеси может составлять примерно до 80, в некоторых случаях примерно до 57,5, а в других случаях примерно до 55 массовых процентов из расчета на массу мономерной смеси. Если количество неионогенного мономера слишком велико, водорастворимый полимер может иметь недостаточный ионный заряд для оптимального функционирования в качестве полимерного понизителя трения. Количество неионогенного мономера в мономерной смеси может представлять собой любое значение или может находиться в интервале между любыми указанными выше значениями.
[0038] В качестве неионогенного мономера мономерная смесь обычно содержит (мет)акриламид.
[0039] Водорастворимый полимер может содержать другие неионогенные мономеры для обеспечения требуемых свойств полимера. Неограничивающие примеры других подходящих неионогенных мономеров, которые могут входить в мономерную смесь и, в итоге, в конечный водорастворимый полимер, включают в себя N,N-диметил (мет)акриламид (DMF), N-винилацетамид, N-винилформамид, акрилонитрил (включая гидролизованные продукты акрилонитрильных остатков), продукты реакции акрилонитрила-диметиламина, и/или соответствующие соли, неограничивающие примеры которых представляют собой соли натрия, калия и/или аммония, и их смеси.
[0040] Мономерная смесь включает в себя мономер, содержащий карбоновую кислоту или ее соответствующие соли, неограничивающие примеры которых представляют собой соли натрия, калия и аммония. Особенно применимые примеры мономеров, содержащих карбоновую кислоту, включают в себя, но не ограничиваются перечисленным, (мет)акриловую кислоту, малеиновую кислоту, итаконовую кислоту, N-(мет)акриламидопропил, N,N-диметиламиноуксусную кислоту, N-(мет)акрилоилоксиэтил, кротоновую кислоту, (мет)акриламидогликолевую кислоту и 2-(мет)акриламидо-2-метилбутановую кислоту. Количество мономера, содержащего карбоновую кислоту, может составлять, по меньшей мере, примерно 0,5, в некоторых случаях, по меньшей мере, примерно 1, а в других случаях, по меньшей мере, примерно 2 массовых процента из расчета на массу мономерной смеси. Если количество мономера, содержащего карбоновую кислоту, слишком мало, водорастворимый полимер может нести недостаточный анионный заряд для оптимального функционирования в качестве полимерного понизителя трения в солевых растворах высокой концентрации. Кроме того, количество мономера, содержащего карбоновую кислоту, в мономерной смеси может составлять примерно до 35, в некоторых случаях примерно до 20, а в других случаях примерно до 15 массовых процентов из расчета на массу мономерной смеси. Если количество мономера, содержащего карбоновую кислоту, слишком велико, водорастворимый полимер может обладать свойствами нежелательной флокуляции при использовании в настоящем способе. Количество мономера, содержащего карбоновую кислоту, в мономерной смеси может представлять собой любое значение или может находиться в интервале между любыми указанными выше значениями. Мономеры, содержащие карбоновую кислоту, могут также называться анионными мономерами.
[0041] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения мономерная смесь и/или водорастворимый полимер не содержат (мет)акриловую кислоту.
[0042] Мономерная смесь обычно содержит катионный мономер или его соответствующие соли, неограничивающие примеры который представляют собой хлорид и метилсульфат. Особенно применимые примеры подобных катионных мономеров включают в себя, но не ограничиваются перечисленным, галогениды (мет)акриламидопропилтриметиламмония, галогениды (мет)акрилоилоксиэтилтриметиламмония, N,N-диметиламиноэтил (мет)акрилат, метилсульфат (мет)акрилоилоксиэтилтриметиламмония и галогенида диаллилдиметиламмония.
[0043] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения катионный мономер может представлять собой мономер, содержащий аминогруппу («аминосодержащий мономер»), который имеет положительный заряд при рН меньше 7, в некоторых случаях, менее 6, а в других случаях, меньше 5. Неограничивающие примеры аминосодержащих мономеров, которые можно использовать в качестве катионных мономеров в настоящем изобретении, включают в себя диаллиламин (DAA), метилдиаллиламин (MDAA), диметиламиноэтилметакрилат (DMAEM) и диметиламинопропилметакриламид (DMAPMA).
[0044] Количество катионного мономера может составлять, по меньшей мере, примерно 5, в некоторых случаях, по меньшей мере, примерно 15, а в других случаях, по меньшей мере, примерно 20 массовых процентов из расчета на массу мономерной смеси. Если количество катионного мономера слишком мало, водорастворимый полимер может иметь недостаточный положительный заряд, чтобы оптимально функционировать в качестве полимерного понизителя трения в солевых растворах высокой концентрации. Кроме того, количество катионного мономер в мономерной смеси может составлять примерно до 70, в некоторых случаях примерно до 50, в других случаях примерно до 40, в некоторых случаях примерно до 30, а в других случаях примерно до 25 массовых процентов из расчета на массу мономерной смеси. Если количество катионного мономера слишком велико, водорастворимый полимер может обладать свойствами нежелательной флокуляции при использовании в настоящем способе. Количество катионного мономера в мономерной смеси может представлять собой любое значение или может находиться в интервале между любыми указанными выше значениями.
[0045] Как правило, состав водорастворимого полимера будет таким же, или примерно таким, как состав мономерной смеси.
[0046] Не будучи связанными какой-либо одной теорией, предполагается, что гидродинамический объем водорастворимых полимеров настоящего раскрытия не уменьшается в присутствии ионов в растворе для обработки, как в случае водорастворимых полимеров предшествующей области техники. Поскольку настоящие водорастворимые полимеры содержат анионные группы из анионных мономеров, и катионные группы из катионных мономеров, они обычно имеют несколько меньший гидродинамический объем при отсутствии ионов солей в текучей среде для обработки. В случае присутствии ионов солей, они проявляют тенденцию к ассоциации с анионными и катионными группами в настоящих водорастворимых полимерах, вызывая увеличение гидродинамического объема настоящих водорастворимых полимеров, что приводит к возрастанию вязкости и большему эффекту снижения трения.
[0047] В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения, возрастание вязкости и эффект снижения трения увеличиваются, если молярное соотношение катионного мономера и анионного мономера составляет, по меньшей степени, 1.5:1, в некоторых случаях, по меньшей мере, 1,75:1, а в других случаях, по меньшей мере, 2:1.
[0048] В других вариантах осуществления настоящего изобретения, возрастание вязкости и эффект снижения трения увеличиваются, если молярное соотношение катионного мономера и анионного мономера составляет не более 1:1.5, в некоторых случаях, не более 1:1,75, а в других случаях не более 1:2.
[0049] Эмульсию воды в масле по настоящему изобретению можно перевести в 2 масс.% водный раствор обращенной эмульсии воды в масле. Объемную вязкость данного раствора можно измерить при 25°C при помощи прибора Brookfield RV, снабженного соответствующим шпинделем 10 об/мин при 25°C (Brookfield Engineering Laboratories, Inc., Миддлборо, Массачусетс).
[0050] Таким образом, водорастворимые полимеры в диспергированных частицах водной фазы настоящей эмульсии воды в масле способны обеспечить больший эффект снижения трения за счет снижения энергопотерь, возникающих вследствие трения в водных текучих средах для обработки, содержащих солевой раствор, согласно настоящему изобретению. В качестве неограничивающего примера, водорастворимые полимеры настоящего раскрытия способны снизить энергопотери при введении водной текучей среды для обработки в буровую скважину вследствие трения между водной текучей среды для обработки в турбулентном потоке и формацией и/или трубной арматурой (например, трубы, безмуфтовые длинномерные трубы и т.д.), находящейся в буровой скважине.
[0051] Эмульсию воды в масле, содержащую водорастворимый полимер, согласно настоящему способу, получают по методике полимеризации для эмульсий воды в масле. Подходящие способы осуществления подобной полимеризации известны в данной области, и их неограничивающие примеры описаны в патентах США №№ 3284393, 4024097, 4059552, 4419344, 4713431, 4772659, 4672090, 5,292,800 и 6825301, соответствующие раскрытия которых включены в настоящее описание ссылкой.
[0052] Обычно полимеризацию в эмульсиях воды в масле проводят смешиванием поверхностно-активных веществ с масляной фазой, содержащей инертную гидрофобную жидкость. Затем готовят водную фазу, соединяя мономерную смесь с водой в требуемой концентрации. Кроме того, к водной фазе можно необязательно добавить хелатирующий агент, такой как натриевая соли ЭДТУ, и можно довести рН водной фазы до значения от 3,0 до 10,0, в зависимости от конкретного мономера(мономеров) в мономерной смеси. После этого водную фазу прибавляют к смеси масляной фазы и поверхностно-активных веществ. Поверхностно-активные вещества дают возможность эмульгировать водную фазу, содержащую мономерную смесь, в масляной фазе и получить из нее дискретные частицы. Затем осуществляют полимеризацию в присутствии инициатора, генерирующего свободные радикалы.
[0053] Можно использовать любой подходящий инициатор. Неограничивающие примеры подходящих инициаторов включают в себя диэтил 2,2'-азобисизобутират, диметил 2,2'-азобисизобутират, 2-метил 2'-этилазобисизобутират, перекись бензоила, перекись лауроила, персульфат натрия, гидроперекись требутила, перекись диметансульфонила, персульфат аммония, азобисизобутиронитрил, диметил 2,2'-азобис(изобутират), и их комбинации.
[0054] Количество инициатора может составлять примерно от 0,01 до 1 массового % от мономерной смеси, в некоторых случаях от 0,02% до 0,5 массового % от мономерной смеси.
[0055] В некоторых вариантах осуществления раскрытого объекта изобретения, температура инициации в способе полимеризации может составлять примерно 25°C, и он может протекать почти адиабатически. В других вариантах осуществления настоящего раскрытия, полимеризацию можно проводить изотермически при температуре примерно от 37°C примерно до 50°C.
[0056] В некоторых вариантах осуществления, эмульсия масла в воде может содержать соль. Помимо прочего, соль может присутствовать для повышения устойчивости эмульсии и/или снижения вязкости эмульсии. Примеры подходящих солей включают в себя, но не ограничиваются перечисленным, хлорид аммония, хлорид калия, хлорид натрия, сульфат аммония, и их смеси. В некоторых вариантах осуществления соль может присутствовать в эмульсиях в количестве, составляющем примерно от 0,5% примерно до 2,5 массовых % эмульсии.
[0057] В некоторых вариантах осуществления эмульсии масла в воде могут содержать ингибитор. Помимо прочего, ингибитор можно вводить для предотвращения преждевременной полимеризации мономеров до инициирования реакции эмульсионной полимеризации. Специалистам в данной области будет понятно, что при использовании данного изобретения водорастворимый полимер можно синтезировать методом эмульсионной полимеризации, в котором ингибитор предотвращает преждевременную полимеризацию. Примеры подходящих ингибиторов включают в себя, но не ограничиваются хинонами. Пример подходящего ингибитора включает в себя 4-метоксифенол (MEHQ). Ингибитор должен присутствовать в количестве, достаточном для обеспечения необходимого предотвращения преждевременной полимеризации. В некоторых вариантах осуществления ингибитор может присутствовать в интервале примерно от 0,001% примерно до 0,1 массового % эмульсии.
[0058] Молекулярная масса водорастворимых полимеров раскрытого объекта изобретения обычно достаточна для обеспечения необходимого уровня снижения трения. Как правило, снижающие трение полимеры имеют высокую молекулярную массу, чтобы обеспечить необходимый уровень снижения трения. В качестве неограничивающего примера, среднемассовая молекулярная масса снижающих трение сополимеров может составлять примерно от 2000000 примерно до 20000000, в некоторых случаях примерно до 30000000, при определении истинной вязкости. Специалистам в данной области будет понятно, что понижающие трение сополимеры с молекулярной массой вне пределов указанного интервала могут все же обеспечить некоторую степень снижения трения в водной текучей среде для обработки приствольной зоны.
[0059] Как использовано в настоящем описании, истинную вязкость определяют при помощи капиллярного вискозиметра Ubbelhhde и растворов водорастворимого полимера в 1M растворе NaCl, при 30°C и pH 7 при 0,05 масс.%, 0,025 масс.% и 0,01 масс.%, и экстраполируют полученные значения к нулевой концентрации, чтобы определить истинную вязкость. После этого определяют молекулярную массу водорастворимого полимера по уравнению Марка-Хаувинка, известному в данной области.
[0060] Альтернативным образом, пониженную вязкость водорастворимого полимера при концентрации 0,05 масс.% используют для определения размера молекулы. Сам по себе водорастворимый полимер обладает пониженной вязкостью, определенной при помощи капиллярного вискозиметра Ubbelohde при концентрации полимера 0,05 массовых % в 1M растворе NaCl при 30°C, при pH 7, которая составляет примерно от 10 примерно до 40 дл/г (примерно от 1 примерно до 4 м3/кг), в некоторых случаях от 15 примерно до 35 дл/г (от 1,5 примерно до 3,5 м3/кг), а в других случаях от 15 примерно до 30 дл/г (от 1,5 примерно до 3 м3/кг).
[0061] Подходящие водорастворимые полимеры настоящего раскрытия могут находиться в виде кислоты или в виде соли. Множество солей можно получить нейтрализацией мономера, содержащего карбоновую кислоту, основанием, таким как гидроксид натрия, гидроксид калия, гидроксид аммония или тому подобным. Как использовано в настоящем описании, подразумевается, что термин «водорастворимый полимер» включает в себя как кислотную форму сополимера, понижающего трение, так и его различные соли.
[0062] Эмульсию воды в масле прибавляют к воде, обращая эмульсию с образованием понижающего трение раствора для обработки. Как использовано в настоящем описании, термины «обращение» и/или «обращать» относится к подверганию эмульсии воды в масле условиям, при которых водная фаза становится дисперсионной фазой. Эта инверсия высвобождает водорастворимый полимер в добавляемую воду.
[0063] Способы обращения эмульсий воды в масле, содержащих водорастворимый полимер, известны в данной области и описаны, в качестве неограничивающего примера, в патенте США № 3624019, который включен в настоящее описание ссылкой.
[0064] В вариантах осуществления раскрытого объекта изобретения, для содействия обращению, уменьшению размеров и растворению водорастворимого полимера, в эмульсию воды в масле можно добавить инвертирующее поверхностно-активное вещество. Помимо прочего, инвертирующее поверхностно-активное вещество может способствовать обращению эмульсии при прибавлении к добавочной воде и/или водным текучим средам для обработки раскрытого предмета изобретения. При использовании данного изобретения специалистам в данной области будет понятно, что при добавлении к водному раствору для обработки, эмульсия воды в масле должна обращаться, высвобождая сополимер в водную текучую среду для обработки.
[0065] Неограничивающие примеры подходящих инвертирующих поверхностно-активных веществ включают в себя полиоксиэтиленалкилфенол, полиоксиэтилен (10 моль) цетиловый эфир, полиоксиэтилен алкил-ариловый эфир, производные четвертичного аммония, олеат калия, этосульфат N-цетил-N-этилморфолиния, лаурилсульфат натрия, продукты конденсации высших жирных спиртов с этиленоксидом, такие как продукт реакции олеилового спирта с 10 звеньями этиленоксида, продукты конденсации алкилфенолов и этиленоксида, такие как продукты реакции изооктилфенола с 12 звеньями этиленоксида, продукта конденсации амидов высших жирных кислот с пятью или более звеньями этиленоксида, продукты конденсации частичных высших жирных сложных эфиров полиатомных спиртов, и их внутренние ангидриды (например, маннитовый ангидрид и сорбитовый ангидрид).
[0066] В конкретных вариантах осуществления раскрытого объекта изобретения инвертирующие поверхностно-активные вещества могут включать в себя этоксилированные нонилфенолы, этоксилированные нонилфенолформальдегидные смолы, этоксилированные спирты, неионогенные поверхностно-активные вещества с величиной ГЛБ от 12 до 14, и их смеси.
[0067] Конкретный неограничивающий пример подходящего инвертирующего поверхностно-активного вещества включает в себя этоксилированный C12 - C16 спирт. В некоторых аспектах раскрытого объекта изобретения, инвертирующее поверхностно-активное вещество может представлять собой C12 - C14 спирт, содержащий от 5 до 10 звеньев этоксилирования. Инвертирующее поверхностно-активное вещество может присутствовать в количестве, достаточном для обеспечения требуемого обращения эмульсии при контакте с водой в водной текучей среде для обработки приствольной зоны. В некоторых вариантах осуществления, инвертирующее поверхностно-активное вещество может присутствовать в количестве примерно от 1%, в некоторых случаях примерно 1,1%, в других случаях примерно 1,25% и может достигать примерно 5%, в некоторых случаях примерно 4%, в других случаях примерно 3%, в некоторых случаях примерно 2%, а в других случаях примерно 1,75% от массы эмульсии воды в масле.
[0068] Во многих вариантах осуществления раскрытого объекта изобретения инвертирующие поверхностно-активные вещества добавляют к эмульсии воды в масле после завершения полимеризации.
[0069] В некоторых вариантах осуществления раскрытого объекта изобретения для получения эмульсии воды в масле можно использовать периодический способ. В данном варианте осуществления эмульсию воды в масле, содержащую водорастворимый полимер, и воду загружают в общий резервуар смешения. После помещения раствора в резервуар, его взбивают или перемешивают в течение определенного времени, чтобы сообщить ему энергию. После перемешивания полученный раствор должен подвергнуться старению, чтобы у молекул было достаточно времени для раскручивания. Данный промежуток времени в настоящем изобретении значительно сокращен.
[0070] В некоторых вариантах осуществления для соединения эмульсии воды в масле, содержащей водорастворимый полимер, с водой можно использовать непрерывные поточные смесители, а также поточные статические смесители. Неограничивающие примеры подходящих смесителей, используемых для смешивания и подачи, описаны в патентах США №№ 4522502, 4642222, 4747691 и 5470150, которые включены в настоящее описание ссылкой. Неограничивающие примеры подходящих статических смесителей можно найти в патентах США №№ 4051065 и 3067987, которые включены в настоящее описание ссылкой.
[0071] При введении эмульсии воды в масле, содержащей водорастворимый полимер, в воду, к данному раствору прибавляют любые другие добавки, получая раствор для обработки, который затем вводят в часть подземной формации.
[0072] Как правило, водорастворимый полимер можно включить в любую водную текучую среду для обработки, используемую для обработки подземных формаций для снижения трения. Такие подземные обработки включают в себя, но не ограничиваются перечисленным, операции бурения, обработку для интенсификации притока (например, обработку гидроразрывом, кислотную обработку, кислотную обработку разрывов) и операции заканчивания скважины. При использовании настоящего изобретения специалисты в данной области могут выбрать подходящий вид подземной обработки, где может потребоваться понижение трения.
[0073] Вода, используемая в водных текучих средах по настоящему изобретению, может представлять собой пресную воду, жесткую воду, соленую воду (например, воду, содержащую одну или более растворенных в ней солей), солевой раствор (например, полученный из подземных формаций), морскую воду, рудничную воду, прудовую воду или тому подобное, или их комбинации. Пресная вода обычно содержит растворенные твердые вещества в общем количестве менее 1000 ч./млн., жесткая вода содержит растворенные твердые вещества в общем количестве от 1000 ч./млн. до менее чем 10000 ч./млн., соленая вода содержит растворенные твердые вещества в общем количестве от 10000 ч./млн. до 30000 ч./млн., а солевой раствор содержит растворенные твердые вещества в общем количестве свыше 30000 ч./млн. Как правило, используемая вода может происходить из любого источника, при условии, что она не содержит избытка соединений, способных неблагоприятно повлиять на другие компоненты в водном растворе для обработки или саму формацию. Раскрытый объект изобретения эффективен в любом типе воды в водных растворах для обработки.
[0074] Водорастворимые полимеры по настоящему изобретению нужно вводить в водные текучие среды для обработки в количестве, достаточном для обеспечения требуемого снижения трения. В некоторых вариантах осуществления водорастворимый полимер настоящего раскрытия может присутствовать в количестве, составляющем, по меньшей мере, примерно 0,0025%, в некоторых случаях, по меньшей мере, примерно 0,003%, в других случаях, по меньшей мере, примерно 0,0035%, а в некоторых случаях, по меньшей мере, примерно 0,05% от массы водной текучей среды для обработки, и может составлять примерно до 4%, в некоторых случаях примерно до 3%, в других случаях примерно до 2%, в некоторых случаях примерно до 1%, в других случаях примерно до 0,02%, в некоторых ситуациях примерно менее чем до 0,1%, в других ситуациях примерно до 0,09%, а в определенных ситуациях примерно до 0,08% от массы водной текучей среды для обработки. Количество водорастворимых полимеров, входящих в водные текучие среды для обработки, может представлять собой любое значение или изменяться в пределах любых указанных выше значений.
[0075] В некоторых вариантах осуществления водорастворимый полимер может присутствовать в водных текучих средах для обработки в количестве примерно от 0,0025% примерно до 0,025%, в некоторых случаях примерно от 0,0025% примерно менее чем до 0,01%, в других случаях примерно от 0,0025% примерно до 0,009%, а в некоторых ситуациях примерно от 0,0025% примерно 0,008% от массы водной текучей среды для обработки.
[0076] В некоторых вариантах осуществления при использовании настоящих эмульсий воды в масле, количество водорастворимого полимера в водной текучей среде для обработки может составлять, по меньшей мере, примерно на 5%, в некоторых случаях, по меньшей мере, примерно на 7,5%, в некоторых случаях, по меньшей мере, примерно на 10%, в некоторых случаях, по меньшей мере, примерно на 12,5%, в других случаях, по меньшей мере, примерно на 15%, в некоторых ситуациях, по меньшей мере, примерно на 20%, а в других ситуациях, по меньшей мере, примерно на 25% меньше, чем при использовании эмульсии воды в масле, содержащей полимер того же состава в концентрации 30 массовых процентов или выше, в водной текучей среде для обработки.
[0077] В вариантах осуществления настоящего изобретения, эмульсии воды в масле согласно раскрытию используют в понижающем трение растворе для обработки в количестве, по меньшей мере, примерно 0,1 галлонов (0,38 литра) эмульсии воды в масле на тысячу галлонов (3785,41 литра) воды водного раствор для обработки (гал/1000 гал (gpt)), в некоторых случаях, по меньшей мере, примерно 0,15 гал/1000 гал (0,57 л/3785,41 литра), а в других случаях, по меньшей мере, примерно 0,2 гал/1000 гал (0,76 л/3785,41 литра), и может составлять примерно до 3 гал/1000 гал (11,36 л/3785,41 литра), в некоторых случаях примерно до 2,5 гал/1000 гал (9,46 л/3785,41 литра), в других случаях примерно до 2,0 гал/1000 гал (7,57 л/3785,41 литра), в некоторых случаях примерно до 1,5 гал/1000 гал (5,68 л/3785,41 литра), а в других случаях примерно до 1,5 гал/1000 гал (5,68 л/3785,41 литра). Количество эмульсии воды в масле, использованной в понижающем трение растворе для обработки, может представлять собой любое значение или изменяться в пределах любых указанных выше значений.
[0078] В вариантах осуществления настоящего изобретения, водная текучая среда для обработки приствольной зоны содержит от 10000 до 300000 ч./млн. общего количества растворенных твердых веществ. В некоторых вариантах осуществления, общее количество растворенных твердых веществ включает в себя, по меньшей мере, 10 массовых процентов поливалентного катиона. Во многих вариантах осуществления может содержаться любой поливалентный катион, и он может включать в себя один или более катионов, выбранных из железа (в его двух- и трехвалентной формах), кальция, магния, марганца, стронция, бария и цинка.
[0079] В вариантах осуществления настоящего изобретения, общее количество растворенных твердых веществ в водной текучей среде для обработки приствольной зоны может составлять, по меньшей мере, примерно 100 ч./млн., в некоторых случаях, по меньшей мере, примерно 500 ч./млн., в других случаях, по меньшей мере, примерно 1000 ч./млн., в некоторых случаях, по меньшей мере, примерно 5000 ч./млн., а в других случаях, по меньшей мере, примерно 10000 ч./млн., и может составлять примерно до 500000 ч./млн, в некоторых случаях примерно до 400000 ч./млн., во многих случаях примерно до 300000 ч./млн., в некоторых случаях примерно до 250000 ч./млн., в других случаях примерно до 200000 ч./млн., в некоторых случаях примерно до 100000 ч./млн., в других случаях примерно до 50000 ч./млн., а в некоторых ситуациях примерно до 25000 ч./млн. Общее количество растворенных твердых веществ в водной текучей среде для обработки может представлять собой любое значение или изменяться в пределах любых указанных выше значений.
[0080] В вариантах осуществления настоящего изобретения, общее количество растворенных твердых веществ в водной текучей среде для обработки приствольной зоны может содержать поливалентные катионы в концентрации, по меньшей мере, примерно 10%, в некоторых случаях, по меньшей мере, примерно 15%, а в других случаях, по меньшей мере, примерно 20%, и они могут составлять примерно до 50%, в некоторых случаях примерно до 40%, а в других случаях примерно до 35% от общей массы растворенных твердых веществ. Количество поливалентного катиона в общем количестве растворенных твердых веществ в водном растворе для обработки может представлять собой любое значение или изменяться в пределах любых указанных выше значений.
[0081] В водные текучие среды для обработки по настоящему изобретению можно вводить различные добавки, подходящие, по мнению специалистов в данной области, использующих данное изобретение. Примеры таких добавок включают в себя, но не ограничиваются перечисленным, ингибиторы коррозии, частицы расклинивающего материала, кислоты, понизители водоотдачи и поверхностно-активные вещества. Например, кислоту можно ввести в водные текучие среды, в частности, для кислотной обработки материнской породы или разрыва. В вариантах осуществления разрывов, частицы расклинивающего материала можно ввести в водные текучие среды для предотвращения закрытия разрыва при сбросе гидравлического давления.
[0082] Водные текучие среды для обработки приствольной зоны можно использовать для любого вида подземной обработки, для которого желательно снижение трения. Такие подземные обработки включают в себя, но не ограничиваются перечисленным, операции бурения, обработку для интенсификации притока (например, обработку гидроразрывом, кислотную обработку, кислотную обработку разрывов) и операции заканчивания скважины. При использовании настоящего изобретения, специалисты в данной области смогут выбрать подходящий вид подземной обработки, где может потребоваться понижение трения.
[0083] В некоторых вариантах осуществления раскрытый объект изобретения включает в себя способ обработки части подземной формации, который включает в себя предоставление описанной выше водной текучей среды и введение этой водной текучей среды в часть подземной формации. В некоторых вариантах осуществления, водную текучую среду можно вводить в часть подземной формации со скоростью и давлением, достаточными для создания или увеличения одного или более разрывов в части подземной формации. Часть подземной формации, в которую вводят водную текучую среду, будет изменяться в зависимости от конкретного типа подземной обработки. Например, часть подземной формации может представлять собой интервал буровой скважины, например, при операции очистки буровой скважины. В вариантах осуществления интенсификации добычи, данная часть может представлять собой часть подземной формации, в которой необходимо интенсифицировать приток.
[0084] Способы настоящего изобретения включают в себя также приготовление водной текучей среды для обработки приствольной зоны. Приготовление водной текучей среды может включать в себя предоставление эмульсии воды в масле, содержащей водорастворимый полимер, и соединение данного водорастворимого полимера с водой с получением водного текучей среды.
[0085] Настоящее изобретение будет далее описано со ссылкой на следующие примеры. Следующие примеры являются только лишь иллюстративными и не подразумевают ограничения. Если не указано иначе, все процентные соотношения являются массовыми.
[0086] Пример 1
[0087] Получение полимеров для эмульсии воды в масле; процентные соотношение выражены в виде массового процента от композиции эмульсии воды в масле.
[0088] Композицию эмульсии воды в масле получали путем соединения умягченной воды, акриламида, акриловой кислоты, хлорида акрилоилоксиэтилтриметиламмония(AETAC), ЭДТУ и 25%-ного гидроксида натрия (до pH 6,5), и перемешивали до однородности, получая водную фазу (примерно 77,5%). Масляную фазу (примерно 21,5%) получали смешиванием алифатической углеводородной жидкости (примерно 20%) с поверхностно-активными веществами (этоксилированный амин (примерно 1,1%)), сорбитмоноолеат (примерно 0,15%) и полиоксиалкиленсорбитмоноолеат (примерно 0,25%) при перемешивании. Водную фазу прибавляли к масляной фазе при перемешивании, получая дисперсию водной фазе в дисперсионной масляной фазе. Дисперсию нагревали до температуры инициирования при одновременном барботировании азота и прибавляли к дисперсии пиросульфит натрия и маслорастворимый перекисный инициатор для инициирования полимеризации. Масляную фазу обычно помещали в резервуар из оргстекла и, с началом перемешивания, в резервуар добавляли водную фазу. Через полученную дисперсию барботировали азот в течение 30 минут, пока температура устанавливалась при 25°C, и в течение этого времени к перемешиваемой суспензии добавляли 37 микролитров перекиси и добавляли к дисперсии 0,075% раствора пиросульфита натрия (SMBS) со скоростью 0,1 миллилитр в минуту. Температуру полимеризации регулировали в интервале от 38° до 42°C приблизительно в течение 90 минут. Остаточные мономеры захватывали путем добавления 25% раствора пиросульфита натрия (SMBS) со скоростью 0,1 миллилитр в минуту. Инвертирующее поверхностно-активное вещество (C12-C14 9 моль этилат, 1,4%) смешивали с содержащей полимер эмульсией воды в масле, чтобы содействовать ее осаждению при использовании, а затем дисперсию охлаждали до комнатной температуры. В полученной эмульсии воды в масле содержалось примерно 30% водорастворимого полимера.
[0089] Таблица 1
| Образец | Акрилат (%) | AETAC(%) | Акриловая кислота(%) |
| A | 58 | 40 | 2 |
| B | 48 | 50 | 2 |
| C | 48 | 50 | 2 |
| D | 58 | 40 | 2 |
| E (Сравнительный) | 70 | -- | 30 |
[0090] ИСПЫТАНИЯ НА ТРЕНИЕ В КОЛЬЦЕВОМ КОНТУРЕ ПОТОКА
[0091] Кольцевой контур потока для испытания на трение конструировали из системы труб из нержавеющей стали внутреннего диаметра 5/16, с общей длиной приблизительно 30 футов (9,14 метра). Тестируемые растворы закачивали из дна конического резервуара объемом 5 галлонов (18,93 литра). Раствор проходил через систему труб и возвращался в резервуар. Поток получали при помощи плунжерного насоса с частотно-регулируемым приводом. Давление измеряют при помощи двух поточных манометров, при этом последний манометр находится на расстоянии приблизительно 2 футов (0,61 метра) от места обратной выгрузки в резервуар.
[0092] Четыре галлона (15,14 литра) солевого раствора (массовый процент соли указан ниже) получали в резервуаре образца и включали насос и устанавливали подачу потока со скоростью 5-10 гал/мин (18,93-37,85 литров/мин). Раствор соли рециркулировали до тех пор, пока температура не пришла к равновесию при 25°C и не был достигнут устойчивый градиент давления. Это давление регистрируют как «начальное давление» солевого раствора. Тестируемое количество чистого полимера в эмульсии воды в масле быстро вводят при помощи шприца в резервуар образца, содержащий раствор соли, и включают таймер. Дозу регистрируют в виде галлонов эмульсии воды в масле на тысячу галлонов раствора соли (гал/1000 гал). Давление регистрируют через 30 секунд, 1 мин, 2 мин и 3 мин, соответственно. Перепад давления рассчитывали для каждого интервала времени из сопоставления его со значением начального градиента давления раствора соли. Процент снижения трения определяли, как описано в патенте США № 7004254 в столбце 9, строке 36, по столбец 10, строка 43. Используемый солевой раствор представлял собой водный раствор, содержащий 165000 ч./млн. растворенный твердых веществ, включая примерно 43430 ч./млн. натрия, 3670 ч./млн. магния, 14400 ч./млн. кальция и 103290 ч./млн. хлорида. Результаты представлены в приведенной ниже таблице 2. Доза представляет собой количество эмульсии воды в масле, использованной в виде галлонов на тысячу галлонов раствора соли.
[0093] Таблица 2
| Уменьшение трения (%) | ||||||
| № опыта | Образец эмульсии | Доза (гал/1000 гал) |
0 с | 1 мин | 2 мин | 3 мин |
| 1 | A | 1 | 33,3 | 46,9 | 56,4 | 60,2 |
| 2 | B | 1 | 49,6 | 63,6 | 70,8 | 72 |
| 3 | C | 1 | 35,8 | 53,2 | 65,3 | 67,5 |
| 4 | D | 1 | 21,9 | 37,9 | 50,4 | 55,5 |
| 5 | E | 1 | 5,7 | 10,7 | 22,8 | 31,4 |
[0094] Из представленных данных видно улучшение в снижении трения, полученное за счет использования водорастворимых полимеров настоящего изобретения (Am/AA/AETAC) по сравнению с традиционными сополимерами Am/AA.
[0095] Пример 2
[0096] Эмульсию типа вода в масле полимера получали, как в случае образца А примера 1 (48/2/50 масс./масс. Am/AA/AETAC), за исключением того, что в инвертирующем поверхностно-активном веществе (C12-C14 этилат) этоксилирование изменяли от 7 до 9 моль, как показано в приведенной ниже таблице 3.
[0097] Таблица 3
| Образец | Этоксилирование (моль) |
Сниженная вязкость (дл/г)/(м3/кг) |
| F | 7 | 26,4/2,64 |
| G | 9 | 23,2/2,32 |
[0098] Оценку образцов проводили в кольцевом контуре потока для испытания на трение, как описано в примере 1.
[0099] Таблица 4
| Снижение трения (%) | ||||||
| № опыта | Образец эмульсии | Доза (гал/1000 гал) |
30 с | 1 мин | 2 мин | 3 мин |
| 6 | F | 1 | 28,5 | 47,7 | 59,6 | 62,3 |
| 7 | G | 1 | 58,2 | 61,9 | 63,8 | 64,6 |
[00100] Таким образом, содержащая полимер эмульсия воды в масле по настоящему изобретению способна обеспечить высокую эффективность снижения трения в солевых растворах высокой концентрации.
[00101] Пример 3
[00102] Эмульсии воды в масле, содержащие полимеры, получали, как в случае образца А примера 1 (48/2/50 масс./масс. Am/AA/AETAC), за исключением того, что количество инвертирующего поверхностно-активного вещества (C12-C14 9-моль этилат) изменяли, как показано в приведенной ниже таблице 5.
[00103] Таблица 5
| Образец | Сниженная вязкость (дл/г)/(м3/кг) |
Инвертирующее поверхностно-активное вещество (масс.% эмульсии) |
| H | 27,1/2,71 | 1,1 |
| I | 27,1 /2,71 | 1,2 |
| J | 27,1 /2,71 | 1,3 |
| K | 27,1 /2,71 | 1,4 |
| L | 27,1 /2,71 | 1,5 |
| M | 27, /2,71 | 1,75 |
| N | 27,1 /2,71 | 2,0 |
[00104] Оценку следующих образцов проводили в кольцевом контуре потока для испытания на трение, как описано в примере 1, за исключением того, что использованный солевой раствор представлял собой водный раствор, содержащий примерно 206000 ч./млн. общего количества растворенных твердых веществ, включая примерно 53500 ч./млн. натрия, примерно 4600 ч./млн. магния, примерно 18000 ч./млн. кальция и примерно 139300 ч./млн. хлорида. Результаты представлены в приведенной ниже таблице 6.
[00105] Таблица 6
| Снижение трения (%) | ||||||
| № опыта | Образец эмульсии | Доза (гал/1000 гал) |
30 с | 1 мин | 2 мин | 3 мин |
| 8 | H | 1 | 25,5 | 47,3 | 60,4 | 63,6 |
| 9 | I | 1 | 33,3 | 53,8 | 64,1 | 66,3 |
| 10 | J | 1 | 34,6 | 54,4 | 65,0 | 66,2 |
| 11 | K | 1 | 31,3 | 55,3 | 64,4 | 66,5 |
| 12 | L | 1 | 42,5 | 60,1 | 67,4 | 68,5 |
[00106] Оценку следующих образцов проводили в кольцевом контуре потока для испытания на трение, как описано в примере 1, за исключением того, что использованный солевой раствор представлял собой водный раствор, содержащий примерно 247000 ч./млн. общего количества растворенных твердых веществ, включая примерно 65010 ч./млн. натрия, примерно 5500 ч./млн. магния, примерно 21610 ч./млн кальция и примерно 154930 ч./млн. хлорида. Результаты представлены в приведенной ниже таблице 7.
[00107] Таблица 7
| Снижение трения (%) | ||||||
| № опыта | Образец эмульсии | Доза (гал/1000 гал) |
30 с | 1 мин | 2 мин | 3 мин |
| 13 | M | 1 | 64,9 | 69,8 | 70,5 | 70,5 |
| 14 | N | 1 | 70,4 | 71,5 | 71,1 | 71,1 |
[00108] Таким образом, содержащая полимер эмульсия воды в масле по настоящему изобретению способна обеспечить высокую эффективность снижения трения в солевых растворах высокой концентрации.
[00109] Раскрытый объект изобретения был описан со ссылкой на определенные подробности его конкретных вариантов осуществления. Эти подробности не подразумевают ограничения рамок раскрытого объекта изобретения, за исключением такой меры и такой степени, в которой они включены в прилагаемую формулу изобретения.
[00110] Поэтому описанные здесь иллюстративные варианты осуществления хорошо подходят для достижения указанных целей и преимуществ данного изобретения, а также его неотъемлемых целей и преимуществ. Раскрытые выше конкретные варианты осуществления являются лишь иллюстративными, поскольку примеры вариантов осуществления, описанные здесь, можно модифицировать и осуществить на практике различными, но эквивалентными способами, которые очевидны для специалистов в данной области, использующих настоящее обучение. Кроме того, для приведенных в настоящем описании деталей конструкции или дизайна, отличающихся от описанных в приведенной далее формуле изобретения, не предусмотрено ограничений. Поэтому очевидно, что конкретные иллюстративные варианты осуществления, раскрытые выше, можно изменять, объединять или модифицировать, и все подобные изменения считаются входящими в рамки и относящимися к духу описанных здесь иллюстративных вариантов осуществления. Примеры вариантов осуществления, раскрытые в описании для иллюстрации, можно подходящим образом осуществить на практике в отсутствие какого-либо элемента, который не раскрыт в настоящем описании специально и/или любого необязательно элемента, который здесь раскрыт. Несмотря на то, что композиции и способы описаны в терминах «состоящий», «содержащий» или «включающий в себя» различные компоненты или стадии, данные композиции и способы могут также «состоять по существу» или «состоять» из различных компонентов, веществ и стадий. Использованный в настоящем описании термин «состоящий по существу» будет подразумевать включение перечисленных компонентов, веществ или стадий, и такие компоненты, вещества или стадии, которые существенно не влияют на основные и новые свойства данной композиции или способа. В некоторых вариантах осуществления, композиция согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, «состоящая по существу» из указанным компонентов или веществ, не включает в себя какие-либо дополнительные компоненты или вещества, которые изменяют основные и новые свойства данной композиции, например, эффективность снижения трения или вязкость композиции. Все приведенные выше числа и интервалы могут изменяться на некоторую величину. Всякий раз при описании численного интервала с нижним пределом и верхним пределом, конкретно указывается и любое число, и любой интервал, попадающий в пределы указанного интервала. В частности, каждый указанный в настоящем описании интервал величин (в виде «примерно от а примерно до b», или, что то же самое, «приблизительно от а до b», или, что то же самое, «приблизительно от а-b», нужно понимать как интервал, в котором каждое приведенное значение и интервал входят в более широкий интервал значений. Кроме того, термины в формуле изобретения имеют свои обычное стандартное значение, если заявитель патента точно и ясно не определил иначе. Более того, неопределенные артикли единственного числа «a» или «an», использованные в формуле изобретения, определены в настоящем описании для обозначения одного или более вводимых ими элементов. В случае возникновения противоречия в употреблении какого-либо слова или термина в данной описании и одном или более патенте или других документах, которые могут быть включены в настоящее описание ссылкой, должны приниматься определения, согласующиеся с данным описанием.
1. Понижающий трение раствор для обработки приствольной зоны, включающий в себя:
воду,
от 100 до 500000 ч./млн. общего количества растворенных твердых веществ,
от 0,5 до 3 галлонов на тысячу галлонов (от 1,89 до 11,36 литров на 3785,41 литра) эмульсии воды в масле, содержащей масляную фазу (М) и водную фазу (В) в соотношении М/В примерно от 1:8 примерно до 10:1, где масляная фаза представляет собой дисперсионную фазу, включающую в себя инертную гидрофобную жидкость,
где водная фаза присутствует в виде диспергированных индивидуальных частиц в масляной фазе и включает в себя воду, водорастворимый полимер и поверхностно-активные вещества,
где водорастворимый полимер включает в себя от 20 до 80 массовых процентов неионного мономера, от 0,5 до 30 массовых процентов мономера, содержащего карбоновую кислоту, и от 5 до 70 массовых процентов катионного мономера, и
где водорастворимый полимер содержит от 5 до 40 массовых процентов эмульсии воды в масле; и
инвертирующее поверхностно-активное вещество.
2. Понижающий трение раствор для обработки по п. 1, в котором катионный мономер представляет собой один или более мономеров, выбранных из группы, состоящей из галогенидов (мет)акриламидопропилтриметиламмония, галогенидов (мет)акрилоилоксиэтилтриметиламмония, метилсульфата (мет)акрилоилоксиэтилтриметиламмония, галогенидов диаллилдиметиламмония, диаллиламина, метилдиаллиламина, диметиламиноэтилметакрилата и диметиламинопропилметакриламида.
3. Понижающий трение раствор для обработки по п. 1, в котором неионный мономер представляет собой один или более мономеров, выбранных из группы, состоящей из C1-C3 алкил(мет)акрилатов, C1-C3 N-алкил(мет)акриламидов, (мет)акриламида, N-винилпирролидона, диметил(мет)акриламида, N-винилацетамида и N-винилформамида.
4. Понижающий трение раствор для обработки по п. 1, в котором мономер, содержащий карбоновую кислоту, представляет собой один или более мономеров, содержащих карбоновую кислоту, выбранных из группы, состоящей из (мет)акриловой кислоты, малеиновой кислоты, итаконовой кислоты, N-(мет)акриламидопропил N,N-диметиламиноуксусной кислоты, N-(мет)акрилоилоксиэтил N,N-диметиламиноуксусной кислотф, кротоновой кислоты, (мет)акриламидогликолевой кислоты и 2-(мет)акриламидо-2-метилбутановой кислоты.
5. Понижающий трение раствор для обработки по п. 1, дополнительно содержащий один или более поливалентных катионов, выбранных из группы, состоящей из железа, кальция, магния, марганца, стронция, бария и цинка.
6. Понижающий трение раствор для обработки по п. 1, в котором водорастворимый полимер имеет молекулярную массу в диапазоне примерно от 2000000 до примерно 30000000.
7. Понижающий трение раствор для обработки по п. 1, в котором водорастворимый полимер имеет пониженную вязкость, определенную при помощи капиллярного вискозиметра Ubbelohde при массовой концентрации полимера 0,05% в 1M растворе NaCl при 30°C, pH 7, составляющую примерно 10 примерно до 40 дл/г (4 м3/кг).
8. Понижающий трение раствор для обработки по п. 1, в котором эмульсия воды в масле содержит, по меньшей мере, один ингибитор или соль.
9. Понижающий трение раствор для обработки по п. 1, в котором эмульсия воды в масле содержит соль аммония, 4-метоксифенол и этоксилированный C12 - C16 спирт.
10. Понижающий трение раствор для обработки по п. 1, в котором инертная гидрофобная жидкость содержит смесь парафиновых углеводородов и нафтеновых углеводородов.
11. Понижающий трение раствор для обработки по п. 1, в котором поверхностно-активные вещества включают в себя диэтаноламин жирных кислот таллового масла, полиоксиэтилен (5) сорбитмоноолеат и сорбитмоноолеат.
12. Понижающий трение раствор для обработки по п. 1, в котором молярное соотношение катионного мономера и анионного мономера составляет, по меньшей мере, 1,5:1.
13. Понижающий трение раствор для обработки по п. 1, в котором молярное соотношение катионного мономера и анионного мономера составляет до 1:1,5.
14. Понижающий трение раствор для обработки по п. 1, в котором общее количество растворенных твердых веществ составляет, по меньшей мере, 10 массовых процентов поливалентного катиона.
15. Способ обработки части подземной формации, включающий в себя:
обращение эмульсии воды в масле путем прибавления ее к воде с получением понижающего трение раствора для обработки по п. 1, и
введение раствора для обработки в часть подземной формации.
16. Способ по п. 15, в котором понижающий трение раствор для обработки содержит полимер в количестве примерно от 0,0025% до примерно 4% из расчета на массу раствора.
17. Способ по п. 15, в котором понижающий трение раствор для обработки вводят в часть подземной формации со скоростью и давлением, достаточными для создания или увеличения одного или более разрывов в части подземной формации.
18. Способ по п. 15, в котором эмульсия воды в масле присутствует в понижающем трение растворе для обработки в количестве, составляющем примерно от 0,1 до 3 примерно галлонов (примерно от 0,38 до примерно 11,36 литра) эмульсии воды в масле на тысячу галлонов (3785,41 литра) раствора для обработки (галлон/1000 галл).
19. Понижающий трение раствор для обработки приствольной зоны, содержащий:
воду,
от 100 до 50000 ч./млн. общего количества твердых растворенных веществ,
от 0,5 до 3 галлонов (от 1,89 до 11,36 литра) на тысячу галлонов (3785,41 литра) эмульсии воды в масле, включающей в себя масляную фазу (М) и водную фазу (В) в соотношении (М)/(В) примерно от 1:8 примерно до 10:1, где масляная фаза представляет собой дисперсионную фазу, содержащую инертную гидрофобную жидкость,
где водная фаза присутствует в виде диспергированных индивидуальных частиц в масляной фазе и содержит воду, водорастворимый полимер и поверхностно-активные вещества,
где водорастворимый полимер содержит от 20 до 80 массовых процентов неионного мономера, от 0,5 до 30 массовых процентов мономера, содержащего карбоновую кислоту, и от 5 до 70 массовых процентов катионного мономера, и
где водорастворимый полимер содержит от 10 до 35 массовых процентов эмульсии воды в масле, и
инвертирующее поверхностно-активное вещество.
