011760 Уровень техники изобретения

011760
Уровень техники изобретения
Изобретение относится к улучшенным материалам для обработки подземных формаций с использованием твердых частиц и других твердых веществ, и в частности к расклинивающим агентам, которые
являются стойкими к образованию отложений, а также к содержащим (их) жидкостям и способам их
применения.
Подземные формации, продуцирующие углеводороды, пронизанные стволами скважин, часто обрабатывают путем образования гравийных набивок твердых частиц, соседних с подземной формацией,
и/или гидравлического разрыва пласта подземной формации и отложения набивок частиц расклинивающего агента в трещинах. В процессе гидравлического разрыва пласта твердые частицы, на которые в
данной области техники ссылаются как на расклинивающие агенты или гравий, суспендируют в воде или
вязкой жидкости на поверхности и вводят в трещину в стволе скважины, в котором они должны быть
помещены при определенной концентрации расклинивающего агента и скорости нагнетания. По мере
того, как расклинивающий агент помещают в ствол скважины, несущую жидкость либо возвращают на
поверхность через промывочную колонну, либо она просачивается в формацию. Полученные расклиненные трещины служат для поддерживания трещины открытой, так же, как и в качестве фильтра для отделения песка формации и твердых тонких частиц от добытых жидкостей, позволяя добытой жидкости
течь в и через ствол скважины.
Часто возникающей проблемой в подземных формациях, пронизанных стволами скважин, являются
неорганические отложения. Отложения часто состоят из таких соединений, как сульфат бария, карбонат
кальция и подобные, которые отлагаются в стволах или концах скважин, вызывая возникновение проблем во время срока службы месторождения. Хотя имеются средства корректировки отложений с применением специальной обработки, указанные подходы часто запрещены, такие как в случае завершений
скважин ниже уровня моря или в случае, когда временная остановка приводит к неприемлемым потерям
дохода для производителя или даже если введение корректирующих химикатов затруднительно (то есть
достаточно протяженные скважины, множество ответвлений или гидравлические трещины).
Существует необходимость в улучшенных материалах расклинивающих агентов для обработки
подземных формаций, которые предупреждают долговременное отложение плены после обработки, и
материалы, которые способны достигать этого, будут весьма желательны.
Сущность изобретения
Предложены улучшенные материалы для обработки подземных формаций с использованием твердых частиц и других твердых материалов, и в частности расклинивающих агентов, которые являются
пленостойкими, а также содержащие их жидкости и способы их применения. Материалы расклинивающих агентов менее восприимчивы к засорению остаточными веществами в жидкости гидравлического
разрыва пласта или жидкости гравийной набивки и поэтому могут обеспечивать улучшенную откачку
скважины до получения чистой нефти по сравнению с обычными материалами. Долговременное отложение плены во время получения скважины также может быть улучшено. Материалы расклинивающих
агентов согласно изобретению обычно используют совместно с жидкостями-носителями или жидкостями для обработки формации, обычно известными в технике, для помещения в формацию или проходки
ствола скважины.
Расклинивающие агенты могут быть образованы субстратом, покрытым веществом, таким как
аморфное вещество, которое противостоит отложению минералов и/или соединений, образующих плену.
Расклинивающий агент может быть, по существу, образован из вещества, такого как аморфное вещество,
которое противостоит отложению плены. Расклинивающий агент может иметь любую подходящую форму, включая, но не ограничивая, сферическую, стержневую, продолговатую, волокнистую и подобные.
Изобретение также включает в себя способы гидравлического разрыва пласта подземной формации,
причем способы предусматривают нагнетание гидравлической жидкости в подземную формацию со скоростью и под давлением, достаточными для раскрытия трещины, и нагнетание в трещину жидкости, содержащей материал расклинивающего агента, образованный материалом субстрата и покрытием, противостоящим образованию отложений (плены). Технология гидравлического разрыва пласта подземной
формации известна специалистам в данной области техники и заключается в нагнетании расклинивающей жидкости в буровую скважину и проникновении в подземную формацию. Под давлением жидкости,
превышающем минимум в месте напряжения породы, таким образом создаются или расширяются трещины в формации. В дополнение к гидравлическому разрыву пласта жидкостью, и расклинивающие
агенты изобретения могут быть использованы в операциях гравийной набивки.
Изобретение также включает в себя жидкости, содержащие расклинивающие агенты. Обычно жидкости содержат водную среду, которая может быть основана на пластовой воде, воде, морской воде
и/или солевом растворе. Жидкости, применимые в изобретении, могут также содержать загуститель для
суспендирования и перемещения расклинивающего агента, где загуститель может быть полимером, который является сшитым или линейным, вязкоэластичным поверхностно-активным веществом, глиной
(бентонитом и аттапульгитом) или любой их комбинацией. Некоторыми нелимитирующими примерами
подходящих полимеров являются гуаровые смолы, высокомолекулярные полисахариды, смешанные с
сахарами маннозой и галактозой, или гуаровые производные, такие как гидропропилгуар (HPG), карбок-1-
011760
симетилгуар (CMG) и карбоксиметилгидропропилгуар (CMHPG). Также могут быть использованы производные целлюлозы, такие как гидроксиэтилцеллюлоза (НЕС) или гидроксипропилцеллюлоза (НРС) и
карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлоза (СМНЕС), либо в сшитой форме, либо без поперечной сшивки в
линейной форме. Показано, что в качестве загустителей применимы три биополимера, ксантан, диутан и
склероглюкан. Полиакриамидные и полиакрилатные полимеры и сополимеры обычно используют для
высокотемпературных применений. Нелимитирующими примерами подходящих вязкоэластичных поверхностно-активных веществ, применимых для загущения некоторых жидкостей, являются катионные
поверхностно-активные вещества, анионные поверхностно-активные вещества, цвиттерионные поверхностно-активные вещества, амфотерные поверхностно-активные вещества, неионные поверхностно-активные вещества и их комбинации.
Подробное описание
Описание и примеры представлены исключительно с целью иллюстрации предпочтительных вариантов осуществления изобретения и не должны подразумевать ограничения рамок и применимости изобретения. Хотя композиции данного изобретения описаны здесь как состоящие из определенных веществ, следует понимать, что композиция может необязательно содержать два или более химически различных веществ. Дополнительно композиция может также содержать ряд компонентов, отличающихся
от уже указанных. В сущности изобретения и данном подробном описании каждое числовое значение
должно читаться как модифицированное термином "примерно" (если уже не выражено таким образом
модифицированным) и затем прочитано как не модифицированное, если в контексте не указано иначе.
Изобретение относится к улучшенным материалам для обработки подземных формаций с применением твердых частиц и других твердых веществ. В частности, в изобретении предложены улучшенные
частицы или материалы расклинивающих агентов, жидкости, содержащие указанные частицы, и способы
их использования для обработки подземных формаций. Расклинивающие агенты менее чувствительны к
повреждению остаточными материалами в жидкости гидравлического разрыва пласта или гравийной
набивки и поэтому имеют тенденцию очищать лучше, чем обычные материалы. Кроме того, может быть
улучшено предупреждение долговременного отложения плены во время образования скважины. Материалы расклинивающих агентов согласно изобретению обычно используют вместе с жидкостями-носителями или жидкостями для обработки формации, широко известными в технике для размещения в формации или бурения скважины. Как использовано здесь, термин "расклинивающий агент" означает любые
частицы, расклинивающие агенты, гравийные материалы и подобные, которые могут быть введены в
трещину формации.
Понятие пленостойкости, или устойчивости к образованию отложений, означает: 1) вещество, на
котором трудно образовать (или кристаллизовать) плену, 2) вещество, которое модифицирует характеристики смачивания и механики жидкости в непосредственно окружающей среде, что уменьшает тенденцию к образованию отложений, или 3) вещество, которое эффективно выталкивает остаток жидкости из
трещины.
Некоторые расклинивающие агенты согласно изобретению представляют собой материал субстрата, покрытый веществом, таким как аморфное вещество, которое устойчиво к отложению минералов
и/или соединений, образующих плену. Расклинивающий агент может также быть образован, по существу, веществом, таким как аморфное вещество, которое препятствует отложению плены. Расклинивающий
агент может иметь любую подходящую форму, включая, но не ограничивая, например, сферическую,
прутковую, продольную, волокнистую и подобные. Расклинивающий агент может быть полым или пористым, так что он может иметь низкую или специфическую общую удельную плотность. Может быть
использовано любое подходящее покрытие или вещество, которое препятствует отложениям, образующим плену.
Если покрытие используют для образования расклинивающего агента, покрытие может быть нанесено на любой соответствующий материал субстрата, включая, но необязательно ограничивая, керамические, металлические, композиционные (материалы), стекло, силикаты и подобные. В некоторых вариантах осуществления изобретения расклинивающий агент состоит из субстрата с нанесенным покрытием
металлического стекла или расклинивающий агент состоит из металлического стекла. Для нанесения
покрытия может быть использовано любое подходящее средство, включая такую технологию, как осаждение из паровой или газовой фазы или в плазме, нанесение распылением, термальное нанесение покрытия, нанесение покрытия в шаровой мельнице и подобные.
Материал субстрата может быть инертным к компонентам в подземной формации, например к буровому раствору, и способен выдерживать условия, например температуру и давление, в скважине. Могут быть использованы вместе материалы субстрата, например минералы или комбинации минералов и
волокон различных размеров и составов. Материал субстрата предпочтительно по природе монокристалличен или должен быть изготовлен таким образом, чтобы быть более устойчивым к истиранию и, таким
образом, повышать способность расклинивающего агента выдерживать пневматическую подачу. В некоторых случаях желательно, чтобы размеры и количество материала субстрата, так же, как тип и количество любого покрытия, были выбраны таким образом, чтобы материал субстрата, скорее, оставался внутри покрытия расклинивающего агента, чем был свободно смешан с частицами расклинивающего агента.
-2-
011760
Удерживание материалов субстрата предупреждает засорения частицами частей, например фильтров,
нефтяной или газовой скважины. Более того, закрепление предупреждает высвобождение частиц от снижения коэффициента фильтрации в нефтяной или газовой скважине.
Материалом субстрата может быть один из оксидов кремния (например, кварцевый песок), оксид
алюминия, "дымящий" углерод, углеродная сажа, графит, слюда, силикат, силикат кальция, кальцинированный или некальцинированный каолин, тальк, оксид циркония, бор, алюмосиликатная керамика и
стекло. Особенно предпочтителен микрокристаллический оксид кремния. Типичным силикатом для использования в качестве наполнителя является NEPHELINE SYENITE, цельные гранулы алюмосиликата
натрия-калия, доступный от Unimin Corporation, New Canaan, Conn.
Размер частиц материала субстрата может быть от примерно 2 до примерно 60 мкм. Обычно частицы материала имеют d50 от примерно 4 до 45 мкм, предпочтительно от примерно 4 до примерно 6 мкм.
Параметр d50 определяют как диаметр, для которого 50% массы частиц имеют специфический диаметр
частицы.
Если в расклинивающие агенты изобретения вводят волокна, они могут быть любыми из различных
типов коммерчески доступных волокон короткой резки. Указанные волокна включают в себя по меньшей мере один член, выбранный из группы, состоящей из размолотых стекловолокон, размолотых керамических волокон, размолотых углеродных волокон, натуральных волокон и синтетических волокон,
например сшитых новолачных волокон, имеющих температуру размягчения выше обычной начальной
температуры для смешивания со смолой, например по меньшей мере примерно 200°F, так чтобы они не
разлагались, не размягчались или не спекались.
Типичные стекла для волокон включают в себя Е-стекло, S-стекло и AR-стекло. Е-стекло представляет собой коммерчески доступный сорт стекловолокон, обычно используемых в электротехнике. S-стекло используют из-за его прочности. AR-стекло используют из-за его устойчивости к щелочи. Углеродные
волокна представляют собой графитированный углерод. Керамические волокна обычно представляют
собой оксид алюминия, порцеллан или другие стекловидные материалы.
Интервал длин волокон составляет от примерно 6 до примерно 3200 мкм (около 1/8 дюйма). Предпочтительный интервал длин волокон составляет от примерно 10 до примерно 1600 мкм. Более предпочтителен интервал длин волокон от примерно 10 до примерно 800 мкм. Обычный интервал длин волокон
составляет от примерно 25 до примерно 2000 мкм. Предпочтительно волокна короче, чем наибольшая длина субстрата. Подходящие коммерчески доступные волокна включают в себя размолотые стеклянные волокна длиной от примерно 500 до примерно 2500 мкм; размолотые керамические волокна длиной 25 мкм;
размолотые углеродные волокна длиной от 250 до 350 мкм и КЕВЛАР, волокно из ароматического полиамида длиной 12 мкм. Диаметр волокна (или для волокон некругового поперечного сечения гипотетический размер, равный диаметру гипотетического круга, имеющего площадь, равную площади поперечного сечения волокна) находится в интервале от примерно 1 до примерно 20 мкм. Отношение длины к стороне (отношение длины к диаметру) может находиться в интервале от примерно 5 до 175. Волокно может иметь в поперечном сечении круг, овал, квадрат, прямоугольник или другое. Одним из источников
волокон прямоугольного поперечного сечения может быть рубленый листовой материал. Указанный
рубленый листовой материал может иметь длину и прямоугольное поперечное сечение. Прямоугольное
поперечное сечение имеет пару более коротких сторон и пару относительно более длинных сторон. Отношение длин более короткой стороны к более длинной стороне обычно составляет примерно 1:2-10.
Волокна могут быть прямыми, гофрированными, витыми или комбинированными.
В некоторых вариантах осуществления изобретения при получении некоторых расклинивающих
агентов применимы, в частности, металлические стекла. Хотя варианты осуществления изобретения не
связаны с любой частностью любой теории или механизмами операции, в случае материалов из металлического стекла, металлические стекла имеют весьма уникальные механические и химические свойства,
возможно вызванные аморфными характеристиками на молекулярном уровне, отсутствием кристаллической структуры, границ зерен или дислокации. Указанные характеристики могут придавать коррозионную стойкость, в отличие от кристаллических аналогов, и часто дают отличные характеристики эрозии и
износа. Кроме того, аморфная поверхность металлического стекла не может создавать участки зарождения кристалла для инициирования и роста минералов или соединений, образующих плену. Дополнительно к свойственным им химическим свойствам и стойкости к коррозии некоторые металлические стекла
демонстрируют незаурядные механические свойства, такие как стойкость к износу и эрозии, что также
благоприятно для применения при освоении скважины.
Некоторые материалы из металлического стекла, использованные в некоторых вариантах осуществления изобретения, известны как аморфные металлы. Указанные материалы из металлических стекол
могут быть структурно аморфными металлами (SAM), которые могут быть первоначально определены
как объемные структурно металлические материалы, микроструктура которых, в отличие от обычных
металлов, является в твердом состоянии некристаллической, аморфной или "стекловидной". Кроме того,
в первоначальное определение SAM включены металлические материалы, кристаллические микроструктуры которых образованы из аморфного или стекловидного состояния или синтезированы/произведены
из аморфного металла и которые проявляют комбинации кристаллических и аморфных микроструктур-3-
011760
ных характеристик. Указанные материалы из металлических стекол могут отличаться от традиционных
металлов тем, что они имеют некристаллическую структуру и обладают уникальными физическими и
магнитными свойствами, соединяя прочность и твердость с гибкостью и ударной вязкостью. Металлическое стекло может быть сплавом или чистым металлом со структурой, неупорядоченной на атомарном
уровне. В противоположность большинству металлов, которые являются кристаллическими и поэтому
имеют высокоупорядоченное расположение атомов, структурно-аморфные металлы являются некристаллическими. Материалы, в которых указанные неупорядоченные структуры образуются непосредственно из жидкого состояния во время охлаждения, называют "стеклами" и поэтому структурно-аморфные металлы обычно называют "металлическими стеклами" или "стекловидными металлами". Существует несколько других путей, по которым могут быть получены структурно-аморфные металлы, в том числе физическое осаждение из паровой или газовой фазы, реакция в твердой фазе, облучение ионами и механическое сплавление. Применимое свойство структурно-аморфных металлов состоит в том, что они
размягчаются и текут при нагревании. Это позволяет производить обработку, такую как литье под давлением, во многом таким же путем, как в случае полимеров. Некоторыми нелимитирующими примерами
материалов, использованными для образования структурно-аморфных металлов, являются бор, графит,
железо, селен, кремний, золото, вольфрам, титан, их любые смеси и подобные.
В некоторых вариантах осуществления расклинивающий агент может быть изготовлен, по существу, из металлического стекла. Кроме того, металлические стекла могут быть использованы в качестве
материалов, покрывающих другие субстраты. В случае использования в качестве покрытия металлическое стекло может быть использовано, например, в плазменно-распылительном процессе.
В других вариантах осуществления изобретения расклинивающие агенты используют другие материалы для предупреждения отложения плены, образующейся в расклинивающем агенте или гравийных
набивках. Например, для покрытия субстратов могут быть использованы химически стойкие вещества,
такие как фторполимеры (например, Teflon®, Kynar®) или другие химически стойкие фторированные
органические вещества.
Расклинивающие агенты согласно изобретению могут быть использованы как часть операции гидравлического разрыва пласта или как водоотдающий закладочный материал в гравийной набивке за
фильтром. Расклинивающие агенты согласно изобретению могут давать исключительную стойкость к
коррозии, так же, как противостоять повреждению минералами, образующими плену. Материалы, устойчивые к плене, использованные для покрытых расклинивающих агентов согласно изобретению, могут
также быть эффективны для предупреждения отложения плены на скважинных инструментах, вентилях,
фильтрах и подобном.
Некоторые варианты осуществления изобретения представляют собой способы гидравлического
разрыва пласта подземной формации, способы, предусматривающие нагнетание гидравлической жидкости в подземную формацию со скоростью и под давлением, достаточными для открывания в них трещины, и нагнетание в трещину жидкости, содержащей материал расклинивающего агента, образованный
материалом субстрата и устойчивым к пленообразованию покрытием материала субстрата. Технология
гидравлического разрыва пласта подземной формации известна специалистам в данной области техники
и включает в себя нагнетание рабочей жидкости в буровую скважину (в том числе) и из подземной формации. Давление жидкости выше минимума в месте напряжения горной породы, что приводит к созданию или расширению трещины в формации. См. Stimulation Engineering Handbook, John W. Ely, Pennwell
Publishing Co., Tulsa, Okla. (1994), патент США № 5551516 (Normal и др.), "Oilfield Applications", Encyclopedia
of Polymer Science and Engineering, том 10, стр. 328-366 (John Wiley & Sons, Inc. New York, New York, 1987).
В большинстве случаев гидравлический разрыв пласта состоит в нагнетании не содержащей расклинивающего агента вязкой жидкости или набивки, обычно воды с некоторыми жидкими добавками
для генерирования высокой вязкости, в скважину быстрее, чем жидкость может вытекать в формацию,
так что давление повышается и горная порода разрушается, создавая искусственные трещины и/или расширяя существующие трещины. Затем к жидкости прибавляют расклинивающие агенты для образования
суспензии, которую нагнетают в трещину для предупреждения ее смыкания в случае ослабления давления на выходе из насоса. Суспензия расклинивающего агента и способность перемещения основной рабочей жидкости традиционно зависят от типа добавленного загустителя.
Будучи использован в операциях гидравлического разрыва пласта, расклинивающий агент может
быть применен как единственный расклинивающий агент в 100% набивки расклинивающего агента (в
гидравлическом разрыве пласта) или как часть замещения существующих коммерчески доступных расклинивающих агентов на основе керамики и/или песка, покрытых и/или не покрытых смолой, или как их
смеси, например частицы смеси содержат от 10 до 50 мас.% расклинивающего агента, закачанного в
скважину. Расклинивающие агенты могут также быть использованы в качестве единственной среды в
100% фильтровальной набивки или смешанными с другой фильтровальной средой. Кроме того, расклинивающий агент может быть использован в качестве "смесей", где покрытые расклинивающие агенты
тщательно и основательно смешаны с обычными или другими расклинивающими агентами, или расклинивающий агент может быть использован в качестве "хвоста", где покрытый расклинивающий агент "заклинивают" в конце обработки для защиты наиболее чувствительной области вблизи ствола скважины от
-4-
011760
плены, или даже расклинивающий агент может быть использован в специфической технологии размещения, где расклинивающий агент может быть проложен в скважине способами отложения или водного
разлива.
Если расклинивающий агент согласно изобретению используют для операций гравийной набивки,
частицы расклинивающего агента должны иметь стандартные размеры частиц, известные для гравия,
применяемого для гравийной набивки. Гравийная набивка обычно может содержать от примерно 5 до
примерно 50 мас.% расклинивающего агента.
Дополнительно к операциям гидравлического разрыва пласта и гравийной набивки расклинивающие агенты могут быть использованы для модифицирования проницаемости подземных формаций,
борьбы с поступлением песка (в скважину), размещения химической пробки для разъединения зон или
для поддержки операции разъединения и подобного.
Расклинивающие агенты согласно изобретению могут также быть использованы в сочетании с другими обычно применяемыми расклинивающими материалами, которые, по существу, нерастворимы в
жидкостях формации. Частицы расклинивающего агента, внесенные при обработке жидкости, остаются в
образованной трещине, таким образом, раскрывая трещину, если давление гидравлического разрыва пласта ослабляют и скважину вводят в эксплуатацию. Подходящими расклинивающими материалами являются, но не ограничивают, песок, скорлупа грецких орехов, спекшиеся бокситы, стеклянные шарики,
керамические материалы, материалы природного происхождения или подобные материалы. Также с успехом могут быть использованы смеси расклинивающих агентов. Если используют песок, обычно размер
песчинок равен от примерно 20 до примерно 100 стандартных меш США. Материалы природного происхождения могут представлять собой неизвлеченные или необработанные материалы природного происхождения, так же, как и материалы на основе материалов природного происхождения, которые были обработаны и/или извлечены. Подходящие примеры частиц материалов природного происхождения для
использования в качестве расклинивающих агентов включают в себя, но необязательно ограничивая,
молотую или раскрошенную скорлупу орехов, таких как грецкий орех, кокосовый орех, орех-пекан, миндаль, спелые семена южно-американской пальмы (ivory nut), бразильский орех и т.д.; молотые или раскрошенные оболочки семян (включая фруктовые косточки) фруктов, таких как слива, оливки, вишня,
абрикосы и т.д.; молотые или раскрошенные оболочки семян других растений, таких как кукуруза (например, кукурузные початки или кукурузные зерна) и т.д.; обработанные древесные материалы, такие
как извлеченные из древесины, такой как дубовая древесина, древесина пекана, древесина грецкого ореха, древесина тополя, красное дерево и т.д., включая такую древесину, которая обработана путем дефибрирования, рубкой или другими способами расчленения, обработки и т.д. Дополнительная информация
об орехах и их композициях может быть найдена в Энциклопедии химической технологии, изданной
Raymond E. Kirk и Donald F. Othmer, третье издание, John Wiley & Sons, том 16, стр. 248-273 (заголовок
"Nuts"), Copiright 1981.
Концентрация расклинивающего агента в жидкости может быть любой концентрацией, известной в
технике, и предпочтительно находится в интервале от примерно 0,05 до примерно 3 кг расклинивающего
агента, прибавленного на литр композиции, предпочтительно от примерно 0,05 до примерно 2 кг расклинивающего агента, прибавленного на литр композиции, более предпочтительно от примерно 0,07 до
примерно 2 кг расклинивающего агента, прибавленного на литр композиции, и даже более предпочтительно от примерно 0,07 до примерно 1,5 кг расклинивающего агента, прибавленного на литр композиции. Кроме того, любые частицы расклинивающего агента могут быть дополнительно покрыты смолой
для потенциального улучшения прочности, способности к кластерообразованию реологических свойств
расклинивающего агента.
Жидкости, включающие в себя расклинивающие агенты и используемые согласно изобретению,
могут содержать водную среду, которая, по меньшей мере, частично основана на пластовой воде. Водная
среда может также содержать воду, морскую воду или соляной раствор. В тех вариантах осуществления
изобретения, в которых водная среда представляет собой соляной раствор, соляной раствор представляет
собой воду, содержащую неорганическую соль или органическую соль. Предпочтительными неорганическими солями являются галогениды щелочных металлов, более предпочтительно хлорид калия. Фаза
соляного раствора может также содержать органическую соль, более предпочтительно формиат натрия
или калия. Предпочтительными неорганическими двухвалентными солями (солями двухвалентных металлов) являются галогениды кальция, более предпочтительно хлорид кальция или бромид кальция.
Также могут быть использованы бромид натрия, бромид калия или бромид цезия. Соль выбирают из соображений совместимости, то есть когда буровой раствор пласта использует определенную фазу солевого раствора, то и фазу жидкого солевого раствора при заканчивании скважины и откачке скважины до
получения сырой нефти выбирают такой, чтобы она имела такую же фазу солевого раствора.
Жидкости, применимые в изобретении, включают в себя загуститель для суспендирования и перемещения расклинивающего агента, где загустителем может быть полимер, который является либо сшитым, либо линейным, вязкоэластичным поверхностно-активным веществом, глиной (бентонитом или
аттапульгитом) или любой их комбинацией. Для гидравлического разрыва пласта, или гравийной набивки, или их комбинации водные жидкости для набивки или для образования глинистого бурового раство-5-
011760
ра обычно являются загущенными. Вязкоэластичные поверхностно-активные вещества ("VES's") образуют мицеллы соответствующих размеров и форм, которые повышают вязкость водной жидкости. Для
повышения вязкости или для целей, например, уменьшения трения могут быть использованы небольшие
количества полимеров. С VES могут также быть использованы прерыватели.
Примеры подходящих полимеров для использования в качестве загустителей в жидкостях, и/или
использованных согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, включают в себя, но необязательно ограничивая, гуаровые смолы, высокомолекулярные полисахариды, составленные из сахаров
маннозы и галактозы, или гуаровые производные, такие как гидропропилгуар (HPG), карбоксиметилгуар
(CMG), карбоксиметилгидропропилгуар (CMHPG). Могут также быть использованы производные целлюлозы, такие как гидроксиэтилцеллюлоза (НЕС) или гидроксипропилцеллюлоза (НРС) и карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлоза (СМНЕС) либо в сшитой форме, либо в линейной форме без поперечных
сшивок. Показано, что в качестве загустителей применимы также три биополимера, ксантан, диутан и
склероглюкан. Полиакриламидные и полиакрилатные полимеры и сополимеры обычно используют для
высокотемпературных применений. Из указанных загустителей широко применимы гуар, гидроксипропилгуар и карбоксиметилгидроксиэтилгуар. Во многих случаях полимерные загустители сшиты подходящим сшивающим агентом. Подходящие сшивающие агенты для полимерных загустителей могут состоять из химических соединений, содержащих ион, такой как, но необязательно ограничивая, хром, железо, бор, титан и цирконий. Особенно подходящим сшивающим агентом является борат-ион. Если полимер вводят в жидкости, использованные в вариантах осуществления изобретения, количество полимера может находиться в интервале от примерно 0,01 до примерно 1,00% и предпочтительно от примерно
0,10 до примерно 0,40% в расчете на общую массу жидкости.
В качестве загустителя в жидкостях в некоторых вариантах осуществления изобретения может быть
использовано вязкоэластичное поверхностно-активное вещество (VES). VES может быть выбрано из
группы, состоящей из катионных, анионных, цвиттерионных, амфотерных, неионных ПАВ и их комбинаций, таких как указаны в патентах США 6435277 (Qu и др.) и 6703352 (Dahayanake и др.). Поверхностно-активные вещества, будучи использованы индивидуально или в комбинации, способны к образованию мицелл, которые образуют структуру в водной окружающей среде, которая способствует повышению вязкости жидкости (также обозначаемых как "загущающие мицеллы"). Указанные жидкости обычно
получают смешением соответствующих количеств VES, подходящих для достижения желаемой вязкости. Вязкость VES-жидкостей может быть определена тремя пространственными структурами, образованными компонентами в жидкости. Если концентрация поверхностно-активных веществ в вязкоэластичной жидкости значительно превышает критическую концентрацию, и в большинстве случаев в присутствии электролита, молекулы поверхностно-активного вещества слипаются в образования, такие как
мицеллы, которые способны взаимодействовать с образованием сетки, проявляющей вязкие и эластичные свойства.
Если в жидкости, использованные в вариантах осуществления изобретения, вводят VES, количество
VES может находиться в интервале от примерно 0,2 до примерно 15 мас.%, предпочтительно от примерно
0,5 до примерно 15 мас.%, более предпочтительно от примерно 0,5 до примерно 15 мас.% от общей массы жидкости. Особенно применимым VES является хлорид эруцил-бис-(2-гидроксиэтил)метиламмония.
Жидкости, использованные согласно изобретению, могут дополнительно содержать один или более
компонентов из группы органических кислот, солей органических кислот и неорганических солей. Смеси
вышеуказанных компонентов специфически рассматривают как попадающие в рамки изобретения. Указанные компоненты обычно присутствуют лишь в незначительных количествах (например, менее примерно 30% от массы жидкой фазы).
Органическая кислота обычно представляет собой сульфокислоту или карбоновую кислоту, и соли
с анионными противоионами органической кислоты обычно представляют собой сульфонаты или карбоксилаты. Представители указанных органических молекул включают в себя различные ароматические
сульфонаты и карбоксилаты, такие как паратолуолсульфонаты, нафталинсульфонаты, хлорбензойная
кислота, салициловая кислота, фталевая кислота и подобные, где указанные противоионы являются водорастворимыми. Наиболее предпочтительны салицилаты, фталаты, паратолуолсульфонаты, гидроксинафталинкарбоксилаты, например 5-гидрокси-1-нафтойная кислота, 6-гидрокси-1-нафтойная кислота, 7гидрокси-1-нафтойная кислота, 1-гидрокси-2-нафтойная кислота, предпочтительно 3-гидрокси-2-нафтойная кислота, 5-гидрокси-2-нафтойная кислота, 7-гидрокси-2-нафтойная кислота, 1,3-дигидрокси-2-нафтойная кислота и 3,4-дихлорбензоат.
Неорганическими солями, которые особенно применимы, являются, но не ограничиваются, водорастворимые соли калия, натрия и аммония, такие как хлорид калия и хлорид аммония. Дополнительно
могут также быть использованы соли хлорид кальция, бромид кальция и галогениды цинка. Неорганические соли могут помогать развитию повышенной вязкости, что характерно для предпочтительных жидкостей. Дополнительно неорганическая соль может способствовать поддержанию стабильности геологической формации, которую подвергают действию жидкости. Стабильности формации, и в частности стабильности глины (путем ингибирования гидратации глины), достигают при уровне концентрации в несколько процентов по массе, и, поскольку плотность жидкости значительно не меняется из-за присутст-6-
011760
вия неорганической соли, и если плотность жидкости не рассматривают как важную, с этой точки зрения, могут быть использованы более тяжелые неорганические соли.
В жидкости, применимые согласно изобретению, могут также быть введены смазки. Может быть
использована любая смазка. Кроме того, могут быть использованы полимеры, такие как полиакриламид,
полиизобутилметакрилат, полиметилметакрилат и полиизобутилен, так же, как водорастворимые смазки,
такие как гуаровая смола, полиакриламид и полиэтиленоксид. Обнаружено также, что эффективны коммерческие понижающие сопротивление химикаты, такие как продающиеся Conoco Inc. под торговой
маркой "CDR", как описано в патенте США №3 692676, или смазки, такие как продающиеся Chemlink
под торговой маркой "FLO 1003, 1004, 1005 & 1008". Указанные полимерные объекты, добавленные в
качестве понизителей трения или присадок, понижающих температурную зависимость вязкости, могут
также действовать как отличные понизители водоотдачи, уменьшающие или даже устраняющие необходимость в обычных понизителях водоотдачи.
В изобретении могут также быть использованы разжижители. Цель указанного компонента состоит
в "разрушении" или уменьшении вязкости жидкости так, чтобы указанная жидкость легче извлекалась из
формации во время очистки (скважины). Что касается понижения вязкости, могут быть использованы
окислители, ферменты или кислоты. Разжижители уменьшают молекулярный вес полимера действием
кислоты, окислителя, фермента или их комбинации на сам полимер. В случае гелей, сшитых боратом,
повышение рН и, следовательно, повышение эффективной концентрации активного агента поперечной
сшивки, борат-аниона, обратимо создает боратные поперечные связи.
Понижение рН может как раз легко элиминировать связи борат/полимер. При рН около 8 борат-ион
существует и способен к поперечной сшивке и вызывает гелеобразование. При более низком рН борат
крепко связан водородом и не способен к поперечной сшивке, таким образом, гелеобразование, вызванное
борат-ионом, обратимо. В качестве разжижителя может также быть использована лимонная кислота, как
описано в опубликованной патентной заявке США 2002/0004464 (Nelson и др.), опубликованной 10 января 2002.
Способы и жидкости изобретения дополнительно могут быть использованы с содержанием других
добавок и химикатов, которые известны специалистам как широко применимые на нефтяных промыслах.
Они включают в себя, но не обязательно ограничивая, материалы, такие как поверхностно-активные вещества, в добавление к вышеупомянутым, вспомогательные агенты разъединения, акцепторы кислорода,
спирты, ингибиторы плены, ингибиторы коррозии, понизители водоотдачи, бактерициды и подобные.
Кроме того, они могут включать в себя окислители, такие как персульфат аммония и бромат натрия, и
биоциды, такие как 2,2-дибром-3-нитрилопропионамин. Кроме того, могут быть использованы противокоррозионные технологии, такие как ScaleFRAC, ScalePROP, и различные химические обработки ингибиторами коррозии.
Конкретные описанные выше варианты осуществления только иллюстрируют, как изобретение может быть модифицировано и осуществлено на практике в различных, но эквивалентных способах, очевидных специалистам в данной области, имеющим преимущества в их обучении. Более того, не показаны ограничения в деталях конструкции или изображении, отличающихся от описанных в формуле изобретения ниже. Поэтому очевидно, что конкретные варианты осуществления, раскрытые выше, могут
быть изменены или модифицированы и все указанные вариации рассматриваются в рамках и духе изобретения. Соответственно, искомая защита изложена здесь в формуле изобретения ниже.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ гидравлического разрыва пласта подземной формации, заключающийся в том, что в подземную формацию нагнетают гидравлическую жидкость со скоростью и под давлением, достаточными
для раскрытия в ней трещины, и нагнетают в трещину жидкость, содержащую расклинивающий агент,
частицы которого состоят из субстрата и пленостойкого вещества, покрывающего субстрат, где пленостойкое вещество представляет собой металлическое стекло, фторполимер или силикат, что предотвращает долговременное отложение плены на набивке расклинивающего агента при работе скважины.
2. Способ по п.1, в котором жидкость содержит загуститель.
3. Способ по п.2, в котором загуститель представляет собой вязкоэластичное поверхностноактивное вещество.
4. Способ по п.2, в котором загуститель представляет собой полимер.
5. Способ по п.2, в котором жидкость дополнительно содержит поперечно-сшивающий агент.
6. Жидкость для обработки подземной формации, содержащая загуститель и расклинивающий
агент, в которой частицы расклинивающего агента состоят из субстрата и пленостойкого вещества, покрывающего субстрат, где пленостойкое вещество представляет собой металлическое стекло, фторполимер или силикат.
7. Жидкость по п.6, в которой загуститель представляет собой вязкоэластичное поверхностноактивное вещество.
8. Жидкость по п.6 или 7, в которой загуститель представляет собой полимер.
-7-
011760
9. Жидкость по любому из пп.6-8, в которой жидкость дополнительно содержит поперечносшивающий агент.
10. Расклинивающий агент, частицы которого состоят из субстрата и пленостойкого вещества, покрывающего субстрат, где пленостойкое вещество представляет собой металлическое стекло, фторполимер или силикат.
11. Расклинивающий агент по п.10, который имеет прутковую, продолговатую, волокнистую форму
или их смеси.
12. Жидкость для обработки подземной формации, содержащая расклинивающий агент по любому
из пп.10, 11.
13. Жидкость для гравийной набивки подземной формации, содержащая расклинивающий агент по
любому из пп.10, 11.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ
Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
-8-