Модифицированные многокомпонентные смеси, используемые при вскрытии грунта

 

Изобретение относится к текучим и прокачиваемым средствам, используемым при вскрытии грунта, в частности при обработке призабойной зоны буровых скважин. Техническим результатом является обеспечение возможности оптимизации требований по технической производительности, экологической совместимости и соотношению затрат к получаемому эффекту. 12 з.п.ф-лы, 18 табл.

Настоящее изобретение касается новых текучих и прокачиваемых многокомпонентных смесей, используемых при вскрытии грунта, в частности при обработке призабойной зоны буровых скважин, которые при использовании эмульгаторов содержат как масляную, так и водную фазы. В качестве многокомпонентных смесей такого вида в последующем описывается смесь по изобретению для промывки скважин и полученных на их основе буровых растворов. Область применения заявленной смеси этим, однако, не ограничивается. Родственными и затрагиваемыми настоящим изобретением областями являются, например, жидкости, используемые как индикаторные для обнаружения мест утечек, а также в качестве буферных, разделяющих, используемых в качестве гидравлических жидкостей при капитальном ремонте и интенсификации скважин, а также используемых для разрыва пласта.

Использование новых многокомпонентных смесей в качестве текучих средств для призабойной обработки скважин имеет особое значение для разработки месторождений нефти и газа, в частности, морских, но не ограничивается этим. Новые смеси могут, в общем, найти применение и при материковом бурении, например, при геотермическом бурении или при бурении на воду, при бурении в научных целях и при горнопромышленном бурении.

Жидкие промывочные системы, используемые для проходки скважин с выносом породы, представляют собой, как известно, ограниченно загущенные текучие системы, которые могут относиться к одному из следующих трех классов.

Чисто водные промывочные жидкости, промывочные смеси на основе масла, используемые, как правило, в виде так называемых инвертных эмульсионных растворов, а также эмульсии типа "масло в воде" (М/В) на основе воды, содержащие в дисперсионной водной фазе гетерогенную мелкодисперсную масляную фазу.

Используемые для промывки скважин жидкости на дисперсионной масляной основе выполнены в общем в виде трехфазной системы: масло, вода и мелкозернистые твердые вещества. При этом водная фаза распределена в виде гетерогенной мелкодисперсной в дисперсионной масляной фазе. Предусмотрено использование большого количества присадок, в частности эмульгаторов, утяжелителей, добавок для снижения фильтрации, веществ, обеспечивающих резерв щелочности, регуляторов вязкости и тому подобное. Подробности указаны, например, в публикации П.А. Бойда и других (Р.A. Boyd et al. New Base Oil Used in Low-Toxicity Oil Muds. Journal of Petroleum Technology, 1985, с.137 - 142) и Р. Б. Беннета (R. B. Bennet. New Drilling Fluid Technology - Mineral Oil Mud. Journal of Petroleum Technology, 1984, с. 975 - 981), а также в источниках, указанных в этих публикациях.

Промывочные жидкости на основе эмульсионных систем типа "масло в воде" (М/В), базирующихся на воде, занимают по своим пользовательским свойствам промежуточное положение между чисто водными системами и промывочными инвертными эмульсиями на основе масла. Подробная техническая информация по этому вопросу имеется в специальной литературе, например, в учебнике Джорджа Р. Грея и Х. К. Х. Дарлея (George R. Gray and H.C.H. Darley. Composition in Properties of Oil Well Drilling Fluids, 4-е издание, 1980/81, Gulf Publishing Company, Хьюстон) и в обширной цитируемой в этих публикациях технической и патентной литературе, а также в справочнике Applied Drilling Engineering. Adam Т. Borgoyne, Jr. и др. First Printing Society of Petroleum Engineers, Richardson, Техас (США).

Бесспорно, что еще и по настоящее время инвертные системы типа "вода в масле" (В/М) на основе масла являются наиболее надежным средством, в частности при бурении водочувствительных слоев глины. Дисперсионная масляная фаза инвертной эмульсии типа М/В образует на поверхности пробуренных слоев породы и в обломках выбуренной породы, поступающих в буровой раствор, закрытую полупроницаемую мембрану, в результате чего обеспечивается возможность контроля и регулирования направления возможной диффузии воды. Никакой другой тип промывочных жидкостей не обеспечивает и по настоящее время такую оптимизацию рабочих результатов, которая возможна при использовании инвертных промывочных жидкостей типа В/М.

В промывочных жидкостях последнего описанного вида и в других средствах призабойной обработки скважин, взятых для сравнения, первоначально использовались в качестве масляной фазы фракции минерального масла. А это связано с немалой нагрузкой на окружающую среду, когда, например, буровые растворы будут попадать в нее непосредственно или через выбуренную породу. Минеральные масла только с трудом поддаются разложению, а в анаэробных условиях являются практически неразложимыми и поэтому должны рассматриваться как долгосрочные загрязнения. Особенно за последнее десятилетие специалистами подано большое количество предложений о замене фракций минерального масла экологически более чистыми и легче разлагаемыми масляными фазами. Заявитель описывает в большом количестве патентов возможные альтернативы для масляной фазы, при этом могут использоваться также и смеси таких заменяющих масел. В частности, подробно описаны специально выбранные липофильные сложные эфиры монокарбоновой и поликарбоновой кислот, в значительной степени нерастворимые в воде и текучие при рабочих условиях спирты, соответствующие простые и некоторые сложные эфиры угольной кислоты. В целом в данном случае можно указать на следующие публикации: европейские заявки на патент ЕР 0374671; ЕР 0374672; ЕР 0386638; ЕР 0386636; ЕР 0382070; ЕР 0382071; ЕР 0391252; ЕР 0391251; ЕР 0532570; ЕР 0535074.

Да и третьими лицами было сделано большое количество предложений по использованию альтернативных масляных фаз для рассматриваемой в настоящем случае области. Так, например, были предложены следующие классы веществ для замены фазы минерального масла в инвертных промывочных жидкостях типа В/М: ацетали, α-олефины, поли-α-олефины, олефины с внутренними связями, (олиго)амиды, (олиго)имиды и (олиго)кетоны; см. по этому вопросу следующую публикацию: европейские заявки на патент ЕР 0512501; ЕР 0627481; патент Великобритании 2258258; патенты США 5068041 и 5189012; международные заявки WO 95/30643 и WO 95/32260.

В настоящее время в рассматриваемой области практически используется большое количество конкретных альтернативных масляных фаз. И тем не менее, как и прежде, для технической целесообразности существует потребность в еще более четком согласовании трех решающих факторов: оптимальных технологических результатов работы, оптимального решения проблем защиты окружающей среды и, наконец, оптимального соотношения затрат и получаемого эффекта.

Наличие состава текучей и прокачиваемой многокомпонентной смеси на основе воды и масла, что обеспечивает в конкретных условиях эксплуатации, в частности в зоне опасных формаций пород внутри скважины, образование инвертной промывочной жидкости с дисперсной водной фазой в дисперсионной масляной фазе.

Наличие возможности фазовой инверсии с образованием основанной на воде эмульсии типа "масло/вода" вне зоны опасных формаций пород и, в частности, в рамках переработки и утилизации покрытого остатками промывочной жидкости бурового шлама.

Таким образом, становится возможной комбинация указанных ниже требуемых рабочих результатов.

- В рабочей зоне и особенно в пределах зон опасных формаций пород текучее рабочее средство представлено в виде инвертной эмульсии типа "вода в масле", образующей известным образом на поверхности пород требуемый затвор в виде полупроницаемой мембраны, в результате чего может быть обеспечена стабильность скважины в оптимальной для настоящего времени форме.

- При помощи поясняемого далее элемента изобретения, предназначенного для целенаправленной инверсии в эмульсию типа М/В с дисперсионной водной и дисперсной масляной фазами, становятся понятными известные специалистам упрощения при переработке и утилизации бурового шлама, извлеченного и отделяемого от промывочной жидкости, находящейся в контуре циркуляции. Имеющаяся в данном случае в диспергированной форме масляная фаза может быть по крайней мере в большей своей части легко отмыта от бурового шлама, при этом в зависимости от ее экологической совместимости может быть предусмотрен отдельный процесс промывки или же просто сброс в море при работе на морских скважинах. Дисперсная масляная фаза по меньшей мере частично всплывет в промывочной жидкости и в этом случае сможет быть отделена или же стать доступной на поверхности морской воды для более легкого аэробного разложения.

Заявленное изобретение реализует в данном случае этот принцип фазовой инверсии благодаря использованию рабочего параметра, заданного для находящейся в режиме циркуляции промывочной жидкости, а именно температуры промывочной жидкости в соответствующей точке ее использования. Внутри скважины заданы температуры, резко возрастающие с увеличением ее глубины. Промывочная жидкость, насыщенная буровым шламом, выходит из скважины также с сильно повышенными температурами. Благодаря возможности управления и установки заранее определенных температур фазовой инверсии теперь представляется возможным воздействовать за пределами скважины на требуемое обращение инвертной фазы В/М в эмульсионную фазу типа М/В. Подробности по этому вопросу смотри ниже. Согласно изобретению в результате действия выбранного и установленного в соответствующей промывочной жидкости параметра температуры фазовой инверсии (ТФИ) обеспечивается выполнение требования, чтобы находящаяся в контуре циркуляции промывочная жидкость при бурении по месту ее использования имела необходимое в этом случае состояние инвертной эмульсии типа "вода в масле".

Для гомогенизации несмешиваемых фаз масла и воды при помощи эмульгирования используются, как известно, эмульгаторы или системы эмульгаторов. При этом действует общее правило: эмульгаторы являются соединениями, связывающими в своей молекулярной структуре друг с другом гидрофильные и липофильные структурные звенья. Выбор и количество таких структурных звеньев в соответствующей молекуле эмульгатора и/или системы эмульгаторов зачастую характеризуется показателем гидрофильно-липофильного баланса (ГЛБ), определяющим баланс гидрофильности и липофильности. При этом обычно исходят из следующего положения.

Эмульгаторы или системы эмульгаторов со сравнительно высоким содержанием гидрофильных составляющих дают высокие показатели ГЛБ и приводят при практическом использовании, как правило, к образованию эмульсий типа М/В на основе воды с дисперсной масляной фазой. Эмульгаторы или системы эмульгаторов со сравнительно высоким содержанием липофильных составляющих приводят к сравнительно низким показателям ГЛБ и тем самым к инвертным эмульсиям типа В/М с дисперсионной масляной и дисперсной водной фазами.

Это представление является, правда, сильно упрощенным по следующим причинам.

Действие используемых эмульгаторов или систем эмульгаторов может испытывать влияние большого количества сопутствующих факторов в общей смеси и, таким образом, может быть изменено. В качестве известных параметров для этих модификаций в связи с заявленным изобретением следует назвать следующее: насыщение водной фазы растворимыми органическими и/или неорганическими компонентами, например, водорастворимыми, в частности многоатомными низшими спиртами и/или их олигомерами, растворимыми неорганическими и/или органическими солями, количественное отношение эмульгатора/системы эмульгаторов к количеству масла и, наконец, структурное согласование в строении эмульгатора/системы эмульгаторов, с одной стороны, и молекулярной структурой масляной фазы, с другой стороны.

Особенно важным параметром согласно изобретению для указанного в данном конкретном случае действия эмульгатора относительно обеспечения состояния эмульсии типа М/В или В/М может быть соответствующая температура многокомпонентной системы. В частности, такой эффект выраженной температурной зависимости в смесях нерастворимых друг в друге масляной и водной фаз проявляют по крайней мере частично неионогенные эмульгаторы/системы эмульгаторов.

Таким образом, уже упомянутый ранее параметр системы в виде температуры фазовой инверсии (ТФИ) приобретает решающее значение - при взаимодействии с другими указанными ранее параметрами системы используемые эмульгаторы/системы эмульгаторов приводят к получению следующих типов эмульсий.

Температуры ниже ТФИ обуславливают состояние эмульсии типа М/В. Температуры выше ТФИ обуславливают образование инвертных эмульсий типа В/М. Смещение температуры в соответственно противоположный температурный диапазон обуславливает фазовое обращение системы.

Согласно заявленному изобретению эту естественную вариацию данного рабочего параметра используют следующим образом.

За счет соответствующего выбора эмульгатора/системы эмульгаторов, согласованного с другими учитываемыми в данном случае переменными, в горячей скважине обеспечивают инвертное состояние эмульсии типа В/М с дисперсионной масляной фазой. В сравнительно холодной наружной зоне фазовая инверсия промывочной жидкости и связанная с этим упрощенная переработка отделяемых компонентов могут быть выполнены в результате снижения температуры ниже температуры фазовой инверсии системы более простым образом. Постоянно связанный с движением промывочной жидкости в контуре циркуляции ее подогрев внутри скважины обеспечивает требуемый высокий уровень температур на поверхности породы выше температуры фазовой инверсии и тем самым предотвращает появление дисперсной воды в промывочной жидкости в этом месте.

Прежде чем заявленное изобретение будет рассмотрено подробно, следовало бы указать основную специальную литературу и информацию по вопросу зависящего от температуры фазового обращения и соответствующего параметра - температуре фазовой инверсии (ТФИ), поскольку в свете этих доступных основ раскрывается понимание и возможность реализации заявленного изобретения.

Очень подробное изложение условий фазового равновесия трехкомпонентных систем, состоящих из водной фазы, масляной фазы и поверхностно-активного вещества (в частности, неионогенных эмульгаторов/систем эмульгаторов), находится в публикации К. Шиноды и X. Куниеды (К. SHINODA and H. KUNIEDA. Phase Properties of Emulsions: PIT and HLB в источнике Enciclopedia of Emulsion Technology, 1983, том 1, с. 337-367). В частности, авторы также используют в своей публикации обширный специальный материал по описанию технического уровня, при этом особенно важным для понимания описываемого ниже изобретения является знание температурной зависимости фазового обращения таких систем "масло в воде", содержащих эмульгаторы. Указанная публикация Шиноды и других подробно рассматривает этот температурный параметр и эффект, возникающий во многофазных системах при его вариациях. Но при этом, в частности, также делаются ссылки на более ранние сведения, например, более ранние публикации К. Шиноды и сотрудников, по пунктам 7 и 8 перечня литературы (с. 366-367 вышеупомянутого источника). Здесь Шинода описывает параметр температуры фазового обращения (температуру фазовой инверсии, температуру гидрофильно-липофильного баланса), при этом эффект температурной зависимости соответствующей системы с использованием неионогенных эмульгаторов особенно наглядно представлен в более ранних публикациях Шиноды и других. Для текучих смесей веществ на основе трехкомпонентных систем (масло/вода/эмульгатор) представлена, в частности, зависимость соответственно устанавливающихся состояний фазового равновесия от температуры многокомпонентной системы. Стабильное в сравнительно более низком температурном диапазоне состояние эмульсии типа М/В с дисперсной масляной фазой в дисперсионной водной фазе переходит при повышении температур в зону фазового обращения - в зону температуры фазовой инверсии или в диапазон "средней фазы". При дальнейшем повышении температуры многокомпонентная система приобретает стабильное инвертное состояние системы "вода в масле", при котором в дисперсионной масляной фазе теперь представлена дисперсная водная фаза.

Шинода ссылается в своем перечне литературы (вышеупомянутый источник, пункты 31 и 32) на более ранние работы, выполненные П.А. Винзором (Р.А. WINSOR). В тексте его указанной ранее публикации (с. 344-345) принятые Винзором обозначения фазового равновесия ВИНЗОР I, ВИНЗОР III и ВИНЗОР II выстроены в систему по зависящим от температуры стабильным диапазонам фаз "масло-вода/средняя фаза/вода-масло": ВИНЗОР I представляет собой диапазон стабильной фазы М/В на основе воды, ВИНЗОР II соответствует диапазону стабильной инвертной фазы типа В/М, ВИНЗОР III обозначает среднюю фазу и соответствует таким образом температурному диапазону фазовой инверсии в понимании используемой в настоящее время терминологии и заявленного изобретения.

Определение этих различных диапазонов фаз, указанных в последнем абзаце, и, в частности, также определение имеющейся в соответствующей системе (микроэмульсионной) средней фазы (ВИНЗОР III) возможно двояким образом, при этом обе эти возможности разумно увязываются друг с другом: а) определение температурной зависимости и связанного с этим смещения фаз путем экспериментальной проверки соответствующей системы, в частности, при помощи определения электропроводимости; б) возможность предварительного расчетного определения температуры фазовой инверсии соответствующей системы на основании имеющейся в настоящее время специальной информации.

Но сначала принципиальным является следующее положение. Феномен фазовой инверсии и соответствующей температуры фазовой инверсии (ТФИ) имеют место в рамках температурного диапазона, который ограничен своим нижним пределом состоянием эмульсии типа М/В, а верхним пределом - инвертным состоянием эмульсии типа В/М. Экспериментальная проверка соответствующей системы, в частности, при помощи определения электропроводимости, представляет цифровые данные по нижнему и верхнему пределам температуры фазовой инверсии, при этом могут опять же встретиться незначительные смещения, если определение электропроводимости выполняется в одном случае по возрастанию температуры, а в другом - по снижению. Температура фазовой инверсии (ТФИ), а лучше сказать, диапазон ТФИ, в значительной степени соответствует объясненному ранее определению (микроэмульсионной) средней фазы ВИНЗОР III. Но при этом действительным является следующее.

Перепад между нижним пределом ТФИ (относительно состояния М/В) и верхним (относительно инвертного состояния В/М) является, как правило, регулируемым и зависит от выбора эмульгирующих компонентов или систем эмульгаторов. Зачастую в этих случаях указывают температурные диапазоны, дающие перепады не более, чем 20-30^oС, преимущественно не более, чем 10-15^oС. Согласно изобретению это может быть использовано при желании однозначной трансформации инвертной промывочной жидкости - или отделенных из нее частей - в эмульсионное состояние типа М/В. В результате этого для определенных форм исполнения, которые будут рассмотрены ниже, может представлять интерес работа со сравнительно широкими диапазонами фазовой инверсии до тех пор, пока будет гарантировано, что в пределах рабочего температурного диапазона при использовании промывочной жидкости в скважине верхний предел этого диапазона ТФИ - установление инвертного состояния типа В/М - не только достигнут, но и, что является предпочтительным, в достаточной мере превышен.

Расчетное определение ТФИ соответствующей системы по пункту б) не ведет, в противоположность этому, к точному определению упомянутых ранее температурных пределов соответствующего диапазона ТФИ, а направлено на определение реального числового значения, находящегося в пределах диапазона ТФИ. Таким образом, становится понятным, что для практики может представлять интерес комбинация определений смещения фаз в соответствии с пунктами а) и б). В частности, в данном случае принимается следующее.

Экспериментальное определение электропроводимости системы показывает ее оптимальное значение в диапазоне состояния промывочной жидкости типа М/В, выполненной на основе воды; в диапазоне инвертной фазы типа В/М электропроводимость, как правило, не показывается. Если измерение электропроводимости производится на образце эмульсии в диапазоне температуры фазовой инверсии с использованием вариаций температур (по восходящей и/или по нисходящей), то в этом случае можно очень точно измерить числовые значения предельных температур между указанными тремя диапазонами (М/В-средняя фаза-В/М). По наличию электропроводимости или же по ее отсутствию для обоих предельных диапазонов принимается вышесказанное, между этими пределами находится температурный участок рассматриваемой в данном случае фазовой инверсии соответствующей системы, который может быть точно измерен по своим предельным значениям вниз (наличие электропроводимости) и вверх (отсутствие электропроводимости).

Такое экспериментальное определение температурного диапазона фазовой инверсии при помощи измерения электропроводимости подробно описано в указанных в настоящей работе специальных технических публикациях, на которые могут быть сделаны ссылки. Так, например, дается ссылка на европейские заявки на патенты ЕР 0354586 и ЕР 0521981. Охлажденные ниже температурного диапазона фазовой инверсии эмульсии типа М/В показывают при определении электропроводимости значения выше 1 микросименса на сантиметр (μС/см). При медленном нагревании в заданных условиях программы составляется диаграмма электропроводимости. Температурный диапазон, в пределах которого значение электропроводимости опускается ниже 0,1 μC/см, фиксируется как температурный диапазон фазовой инверсии. Для заявленного изобретения целесообразно составить соответствующую диаграмму электропроводимости и для нисходящего отрезка температур, на котором определяется электропроводимость многокомпонентной смеси, которая сначала нагревается до температур выше диапазона фазовой инверсии, а затем определенным образом охлаждается. Определяемые при этом верхние и нижние пределы температурного диапазона фазовой инверсии не должны быть полностью идентичными соответствующим значениям описанного ранее участка с повышающейся температурой многокомпонентной смеси. Правда, как правило, соответствующие пределы стоят так близко друг к другу, что можно работать при выполнении крупных технических работ с унифицированными числами, в частности за счет усреднения соответствующих относящихся друг к другу пределов. И даже если будут зафиксированы увеличенные расхождения пределов температурного диапазона фазовой инверсии при определении в одном случае при повышающейся температуре, а в другом случае - при снижающейся, гарантируется реализуемость подробно описываемого далее изобретения по рабочим принципам, указанным в настоящей публикации. Многокомпонентная система должна быть согласована по своим рабочим и действующим параметрам таким образом, чтобы могла быть осуществлена установка уже описанного заявленного рабочего принципа: обеспечение внутри горячей скважины инвертного состояния типа В/М с дисперсионной масляной фазой. В сравнительно холодной наружной зоне обращение фаз промывочной жидкости и соответственно упрощенная переработка отделяемых частей могут быть выполнены более простым образом за счет выхода температуры ниже температуры фазовой инверсии этой системы.

Для снижения экспериментальных затрат может быть целесообразным расчетное определение ТФИ соответствующей многокомпонентной системы. В частности, это касается также и возможной оптимизации выбора эмульгаторов или системы эмульгаторов и их согласования с заданным выбором, предусмотренным на основании прочих соображений по технической реализации, и смесевым составом водной фазы, с одной стороны, и типом масляной фазы, с другой стороны. Специальная информация получена в последнее время как раз из совсем других областей, в частности из области изготовления косметических средств. Настоящее изобретение предусматривает также и в данном случае использование этих общих сведений непосредственно для связанной с заявленным изобретением сферой бурения и обслуживания имеющихся скважин оптимальными системами, содержащими масляные и водные фазы.

В связи с этим указывается, в частности, на публикацию , В. фон Рубински, X. Тесмана и А. Вальде ( ТН. FOERSTER, W. VON RYBINSKI, H. TESMANN and A. WALDE. Calculation of optimum emulsifier mixtures for phase inversion emulsification. International Journal of Cosmetic Science, выпуск 16, с. 84-92 (1994)). В этой работе подробно указано, как для заданной трехкомпонентной системы, состоящей из масляной фазы, водной фазы и эмульгатора, можно определить расчетным путем на основе характеризующего масляную фазу значения эквивалентного показателя углеродного ряда предельных углеводородов температурный диапазон фазовой инверсии (ТФИ) по методике расчета фазового обращения в концентратах. Эта публикация и др., в частности, вновь использует основную литературу по затронутому в настоящей работе комплексу тем, см. перечень литературы в упомянутой публикации, с. 91-92. Затем на основании многочисленных примеров подробно представляется, каким образом при помощи методики расчета фазового обращения в концентратах в рамках концепции использования эквивалентного показателя углеродного ряда предельных углеводородов можно сделать доступным выбор и оптимизацию эмульгаторов/систем эмульгаторов для оптимальной установки заданных значений температурного диапазона фазовой инверсии.

На основе этих сведений становится возможным предварительное определение смесей, включая соотношения смешения, с температурой фазовой инверсии в диапазоне настоящей заявки для практически используемых компонентов (в частности, по виду и количеству масляной фазы и соответствующих эмульгаторов/систем эмульгаторов). Это дает серьезную целесообразную исходную точку для выполнения экспериментальных работ с точки зрения методики определения по пункту а). Кроме расчетного определения ТФИ могут быть определены, в частности, диапазон образования средней фазы с ее нижним и, что особенно важно, с ее верхним температурными пределами. Таким образом, совершенно однозначно определяются температурные пределы, выше которых находится диапазон инверсии В/М для промывочных смесей, имеющих непосредственный контакт с горячей поверхностью стенок скважины, необходимый для образования закрытой полупроницаемой мембраны. Как правило, для этого целесообразно выбирать при практическом использовании эти верхние пределы диапазона фазовой инверсии с достаточным запасом, чтобы гарантировать требуемую для горячего диапазона инвертную фазу В/М (см. по этому вопросу приведенные ниже пояснения к заявленному изобретению).

С другой же стороны, выход в низкотемпературном диапазоне за границу инвертного состояния В/М должен быть возможным в такой степени, чтобы можно было использовать преимущества инверсии до образования фазы М/В и, таким образом, связанной с этим упрощенной переработки отделяемых компонентов промывочной жидкости.

Для полного представления специальной информации необходимо указать на следующее. В недалеком прошлом были затрачены существенные средства на проведение исследований по улучшению так называемого третичного метода добычи нефти за счет заводнения нефтеносных слоев эмульсиями типа "масло в воде", содержащими эмульгаторы/системы эмульгаторов. Поставленная при этом цель предусматривает использование в пластах соответствующих систем в диапазоне средней фазы эмульсий (ВИНЗОР III). Это становится сразу же понятным из обратной постановки цели, отклоняющейся от заявленного изобретения: оптимизация равновесия фаз М/В - В/М с образованием микроэмульсионной фазы в многокомпонентной системе ведет к повышению эффективности требуемого при заводнении процесса вымывания и тем самым к повышению вымывания нефтяной фазы из пород. Решающим фактором при этом на основании микроэмульсионного состояния является возможность надежного предотвращения забивки пор в породе более крупными капельками нефти.

Задача изобретения целенаправлена - с учетом работы с инвертными эмульсиями типа В/М - на запирание пор породы в скважине при помощи дисперсионного масляного слоя. Но одновременно вне скважины за счет инверсии фаз должна обеспечиваться упрощенная утилизация промывочной жидкости или ее компонентов.

Задача изобретения состоит в обеспечении высокой технической производительности при соответствующем соотношении затрат и результата и одновременно оптимальной реализации существующих в настоящее время требований по охране окружающей среды.

Задача решается предложенной текучей и прокачиваемой многокомпонентной смесью на основе многофазной смеси, состоящей из воды и масла, предназначенной для вскрытия грунта путем бурения и/или для последующей обработки, эмульгатор и вспомогательные вещества, отличием которой является то, что в качестве эмульгатора она содержит по меньшей мере одно вещество, выбранное из группы, включающей олигоалкоксилаты, алкоксилаты - в частности этоксилаты и пропоксилаты - структурных единиц естественного и синтетического происхождения, содержащих липофильные остатки и обеспечивающих возможность алкоксилирования, при этом эти алкоксилаты могут также иметь закрытые концевые группы, неполные сложные и простые эфиры полифункциональных спиртов, содержащих, в частности, от 2 до 6 атомов углерода и от 2 до 6 гидроксильных групп, и их олигомеры с содержащими липофильные остатки кислотами и спиртами, которые могут также иметь интегрированные в структуру молекулы остатки олигоалкоксилатов и алкоксилатов, в частности олигоэпоксилатов, алкилполигликозиды и алкилгликозиды длинноцепных спиртов, жирные спирты естественного и синтетического происхождения, алкилоламиды, аминоксиды, приводящие соответствующую многокомпонентную смесь к регулируемому по температуре обращению фаз при достижении температуры фазовой инверсии ТФИ в пределах температурного диапазона, верхняя граница которого составляет максимально 100^oС, чтобы водная фаза смеси была представлена в качестве дисперсной инвертной фазы в дисперсионной масляной фазе, а нижняя граница этого температурного диапазона лежит от 0 до ^oС, чтобы обеспечивала возможность превращения этой эмульсии В/М в эмульсию М/В с дисперсионной водной фазой, при этом водная фаза и масляная фаза взяты в объемном соотношении, равном (85-20):(15-80).

Желательно, чтобы ТФИ этой многокомпонентной смеси находился в температурном диапазоне от 5^o до 80^oС, предпочтительно в диапазоне от 10 до 60^oС и особенно предпочтительно в диапазоне от 15 до 50^oС, многокомпонентная смесь являлась текучей и прокачиваемой также и при комнатной температуре, а также ее эмульгатор имел неионогенную структуру и/или связан друг с другом в структурной единице как в виде неионогенных, так и в виде анионных структурных элементов.

Предпочтительно, чтобы в многокомпонентной смеси применялся эмульгатор со значением ГЛБ в диапазоне от 6 до 20, преимущественно от 7 до 18, который используют в предпочитаемой форме совместно с по меньшей мере одним более ярко выраженным липофильным эмульгатором, имеющим более низкое значение ГЛБ относительно вышеуказанной области, эмульгатор был согласован по его количеству в этой многокомпонентной смеси с количеством имеющейся в ней масляной фазы, и при этом предпочтительным является количество, равное или большее 1 мас.%, преимущественно от 5 до 60 мас.% (относительно масляной фазы), причем особенно предпочтительными количественными диапазонами для эмульгатора (относительно масляной фазы) являются следующие: от 10 до 50 мас.%, от 15 до 40 мас.% и особенно предпочтительно от 20 до 35 мас.%, а также не содержащая эмульгатор масляная фаза являлась нерастворимой в водной эмульсионной фазе, а также оставалась текучей и прокачиваемой предпочтительно и при комнатной температуре и имела при этом температуру вспышки выше 60^oС, предпочтительно равную или больше 80-100^oС и особенно предпочтительно равную или больше 120^oС.

Желательно, чтобы масляная фаза имела в диапазоне температур от 0 до 10^oС вязкость по Брукфилду не более 55 мПа•с, предпочтительно не более 45 мПа•с, многокомпонентная смесь содержала масляную фазу, которая относится по меньшей мере к следующему классу веществ: неразветвленные, разветвленные и циклические насыщенные углеводороды, олефиновые ненасыщенные углеводороды, в частности, типа линейных α-олефинов, полимерных α-олефинов, олефинов с внутренними концевыми связями, ароматические соединения, нафтены, сложные эфиры карбоновой кислоты с одно- и многоатомными спиртами, простые эфиры, ацетали, сложные эфиры угольной кислоты, жирные спирты, силиконовые масла, олигоамиды, амиды, олигоимиды, имиды, олигокетоны, кетоны.

Предпочтительно, чтобы количество водной фазы в объемных процентах было равно или больше 30-35%, предпочтительно равное или больше 40%, особенно предпочтительно равное или больше 50%, от смеси воды и масла, многокомпонентная смесь была выполнена в качестве бурового раствора, используемого при материковом и/или предпочтительно морском бурении грунта, в частности при разработке нефтяных и/или газовых месторождений, при этом предпочтительными являются буровые растворы с температурой фазовой инверсии в диапазоне, равном или меньше 50^oС, и особенно в диапазоне от 20 до 35^o.

Желательно, чтобы ТФИ всей системы согласовалась с условиями эксплуатации бурового раствора таким образом, что насыщенная буровым раствором выбуренная порода после ее отделения от бурового раствора может быть очищена при помощи промывки холодной водой, в частности морской, и предпочтительно при выполнении фазовой инверсии от В/М до М/В, выполненная в виде бурового раствора смесь имела в температурном диапазоне от 10 до 15 С выше температурного предела между средней фазой эмульсии и диапазоном инверсии В/М пластическую вязкость ПВ не более 100 мПа•с, предпочтительно не более 80 мПа•с, особенно предпочтительно в диапазоне от 30 до 45 мПа•с, и предел текучести ПТ не более 80 фунтов на 100 квадратных футов, преимущественно не более 50 фунтов на 100 квадратных футов, особенно предпочтительно в диапазоне от 10 до 25 фунтов на 100 квадратных футов.

Настоящее изобретение отличается в данном случае использованием эмульгаторов и/или систем эмульгаторов, обуславливающих в соответственно рассматриваемой многокомпонентной смеси регулируемое по температуре обращение фаз при температуре фазовой инверсии (ТФИ) в рамках температурного диапазона, верхняя граница которого настолько ниже рабочей температуры многокомпонентной смеси в зоне геологического вскрытия породы, чтобы основанная на воде часть этой многокомпонентной смеси была представлена в качестве дисперсной (инвертной) фазы в дисперсионной масляной фазе (эмульсия типа В/М), а нижняя граница этого температурного диапазона обеспечивала возможность превращения этой многокомпонентной смеси в эмульсию типа М/В с дисперсионной водной фазой.

Особо важная форма исполнения настоящего изобретения касается использования таких многокомпонентных систем в рамках применения инвертных промывочных жидкостей типа В/М (буровых растворов) при бурении грунта для ограничения требуемого количества масляной фазы при одновременном обеспечении состояния инвертной эмульсии типа В/М, а также для инертизации промывочной жидкости, содержащей воду, при непосредственном контакте со стенками скважины и выбуренным грунтом в зоне высоких температур и для упрощения утилизации насыщенных буровым раствором обломков выбуренной породы за счет фазовой инверсии бурового раствора в нижнем температурном диапазоне.

При температурах ниже температуры фазовой инверсии прогнозируемым и регулируемым является образование эмульсий типа "масло в воде", а при температурах выше температуры фазовой инверсии - образование инвертной эмульсии типа "вода в масле". Предпочтительное использование отдается при этом эмульгаторам и/или системам эмульгаторов, имеющим предпочтительно хотя бы частично в основном неионогенную структуру и/или связывающим в структуре молекулы эмульгаторов и/или систем эмульгаторов друг с другом как неионогенные, так и анионные структурные элементы.

Хотя использование заявленного принципа работы и не связано обязательно с использованием эмульгаторов и/или систем эмульгаторов неионогенной структуры, в последующем изложение общих и предпочтительных форм исполнения согласно изобретению все-равно объясняется, в первую очередь, на примере использования таких неионогенных эмульгаторов и/или систем эмульгаторов. И для практической реализации заявленного принципа особенно предлагается этот класс эмульгаторов. Влияние солевого насыщения водной фазы, особенно солями многовалентных катионов, на эмульгирующее действие этого класса веществ является сравнительно малым. Но использование в промывочных жидкостях как раз таких водных фаз с солевым насыщением может иметь важное значение для регулирования равновесия осмотического давления между промывочной жидкостью, с одной стороны, и жидкой фазой в окружающей породе, с другой. Неионогенные эмульгаторы и/или системы эмульгаторов могут использоваться для предпочитаемых форм исполнения изобретения в качестве текучих компонентов уже при комнатных или слегка повышенных температурах. Диапазон пригодных неионогенных эмульгаторов настолько широк и при этом включает в себя реагенты как природного, так и синтетического происхождения, что может обеспечить использование оптимизированных систем эмульгаторов с точки зрения экологической совместимости, а при необходимости - с учетом возможности отравления морской воды. Одновременно основные компоненты, используемые в данном случае, являются доступными и по цене. Но решающим фактором для предпочитаемого выбора неионогенных эмульгирующих компонентов в соответствии с изобретением является их ярко выраженная зависимость от температуры фазовой инверсии в соответствующей масляной системе, которая может дополнительно решающим образом регулироваться при помощи количественных соотношений масляной фазы к эмульгаторам/эмульгирующим компонентам в смеси, см. упомянутую публикацию и др.

В предпочитаемых формах исполнения изобретения эмульгаторы/системы эмульгаторов согласовываются при этом с другими, в соответствующем случае конкретно указанными параметрами, по составу промывочной жидкости таким образом, чтобы температура фазовой инверсии многокомпонентной смеси находилась в температурном диапазоне, нижней границей которого является температура затвердевания ее водной фазы. Как уже вкратце упоминалось, обычно в промывочных системах рассматриваемого в данном случае вида имеется водная фаза, которая может содержать значительные количества растворенных органических и/или неорганических вспомогательных веществ, например солей для установления и регулирования компенсации давления конкурирующих друг с другом водных фаз и их осмотических давлений в окружающей породе, с одной стороны, и в промывочной жидкости, с другой стороны. Температура затвердевания таких водных фаз, насыщенных солями, может быть значительно ниже 0^oС, например находиться в диапазоне от минус 10 до минус 20^oС. Предпочитаемый нижний предел для температуры фазовой инверсии или для диапазона температур фазовой инверсии многокомпонентной смеси находится около 0^oС, так что предпочитаемые диапазоны для этого нижнего предела температур фазовой инверсии составляют от 0 до 5^oС, предпочтительно от 10 до 15 или даже до 20^oС. В последующем еще будет рассмотрен вопрос практического значения этих сравнительно низких границ для определения диапазона температур фазовой инверсии в связи с предпочитаемыми конкретными формами исполнения изобретения.

Для определения устанавливаемой в соответствии с изобретением верхней границы температурного диапазона, в пределах которого при охлаждении происходит фазовая инверсия, учитываются следующие общие и предпочитаемые данные.

Верхняя граница температурного диапазона для фазовой инверсии должна быть достаточно удалена от диапазона стабильной инвертной эмульсии типа В/М. Таким образом, целесообразно, чтобы верхняя граница рассматриваемого температурного диапазона фазовой инверсии находилась ниже рабочей температуры многокомпонентной смеси в зоне геологического вскрытия не менее, чем на 3-5^oС. Правда, предпочтительными в данном случае являются более ярко выраженные интервалы между этими обоими температурными параметрами. Так, может быть целесообразным установление в предпочитаемых формах исполнения температурного интервала для противопоставленных в данном случае параметров по крайней мере 10-15^oС, предпочтительно не менее 20-30^oС. Таким образом, в практике не возникнет никаких особых трудностей. В горячей зоне грунта ведь сравнительно быстро достигаются температурные диапазоны до 100^oС и значительно выше.

Таким образом, согласно изобретению, как правило, предпочитают устанавливать верхнюю границу для определения температуры фазовой инверсии или диапазона температур фазовой инверсии максимально при 100^oС или несколько более высоких температурах, например, максимально при 110-120^oС. В предпочитаемых формах исполнения верхний предел для выбора и установки температуры фазовой инверсии лежит ниже 100^oС, например, максимально на уровне от 80 до 90^oС, предпочтительно максимально 60^oС, особенно предпочтительно максимально 50^oС. В представленном далее в более конкретной форме изобретении для особенно предпочитаемых форм исполнения значения температуры фазовой инверсии могут быть наиболее целесообразными в диапазоне от 20 до 35 или же до 40^oС. Это может быть пояснено следующими соображениями.

Использование согласно изобретению многокомпонентных смесей в качестве текучей и прокачиваемой промывочной жидкости, например при бурении скважин, предусматривает постоянную циркуляцию этой жидкой фазы в грунте сверху вниз и оттуда - с обломками выбуренной породы - вновь наверх к буровой платформе. Здесь, на буровой платформе выбуренная порода отделяется (обычно просеиванием), а полученная при этом текучая и прокачиваемая жидкая фаза собирается в запасной емкости, из которой инвертная промывочная жидкость вновь закачивается в скважину. В рамках этого контура циркуляции промывочная жидкость проходит через существенный температурный профиль, даже если она, будучи насыщенной выбуренной породой, подается наверх в горячем состоянии. Сепарация и промежуточное хранение промывочной фазы в запасной емкости ведет, как правило, к снижению ее собственной температуры, например, до значений в диапазоне от 40 до 60^oС.

Благодаря согласованию обращения фаз или температуры фазовой инверсии с этим условием изобретение предусматривает предпочитаемую форму исполнения, при которой инверсия фаз в циркулирующей промывочной жидкости не может происходить в сравнительно более холодных зонах за пределами грунта. Если ТФИ (диапазон температур фазовой инверсии) системы установлена и выдерживается с достаточным запасом ниже заданного предельного значения, например 50^oС, то в этом случае такая цель может быть достигнута при помощи простых средств. Даже в холодное время года в циркулирующей промывочной жидкости могут быть выдержаны - например, за счет установки соответствующих обогревающих элементов в запасной емкости - такие пределы для установленной температуры перекачиваемой инвертной фазы раствора. Но для переработки и утилизации обломков выбуренной породы в этом случае выявляются преимущества заявленной технической реализации, а именно: благодаря значительному снижению температуры сдвигают вниз диапазон температур фазовой инверсии, а в случае необходимости и выходят за него, так что сначала в частицах промывочной жидкости, прилипших к обломкам выбуренной породы, образуется микроэмульсионная средняя фаза, а при дальнейшем снижении температуры - эмульсионная фаза типа М/В на основе воды. Сразу же становится понятным, что за счет этого может быть существенно упрощено отделение остаточного масла, налипшего на обломки выбуренной породы.

Так, например, при материковом и/или особенно морском бурении скважин может быть целесообразным использование растворов с температурой фазовой инверсии в диапазоне, равном или менее 50^oС, ну, например, от 20 до 35^oС. В этом случае, с одной стороны, открывается возможность получения циркуляционного контура без обращения фаз и, таким образом, постоянной работы в диапазоне инвертного бурового раствора типа В/М. Но отделенная порода может быть при этом подвергнута упрощенной очистке (предпочтительно на месте исполнения работ) или же может быть просто сброшена. Используя общую информацию, можно найти соответственно оптимальную конкретную форму ее утилизации. Например, может происходить следующее.

Если выбуренная порода, насыщенная промывочными жидкостями, выполненными в соответствии с заявленным изобретением, при бурении с морских платформ будет просто сброшена непосредственно в море, то в остатках этой промывочной жидкости в результате охлаждения морской водой быстро образуется управляемая по температуре инвертная фаза (эмульсионная средняя фаза), а затем эмульсия типа М/В. Эффект разбавления окружающей морской водой может проявиться в полной мере, образовавшиеся капельки масла не будут более прилипать к породе, становясь, таким образом, подвижными. И хотя бы частично они всплывут на поверхность морской воды, достигнув там зоны сравнительно повышенной концентрации кислорода, и подвергнутся затем сравнительно более легкому аэробному разложению.

Точно так же отдельной операцией (предпочтительно на месте исполнения работ) может быть выполнена по крайней мере частичная очистка утилизуемой выбуренной породы от масляной фазы, а именно: при соответствующем выборе температурного диапазона инвертной средней фазы устанавливается и требуемая по существующему техническому уровню для третичного метода добычи нефти при помощи заводнения особенно легкая вымываемость масляной фазы, что обеспечивает возможность выполнения соответствующего процесса вымывания без непредвиденных затрат промывочными жидкостями на водной основе, например просто морской водой. За счет последующего снижения температуры устанавливают диапазон образования эмульсии типа М/В, что дает возможность легко выполнить разделение на водную и масляную фазы в виде возможной операции такой стадии очистки.

С учетом этого соображения становится понятным, что предпочитаемые по представленной заявке буровые растворы для материкового и/или морского бурения скважин, особенно для разведочного бурения на нефть и/или газ, могут быть выполнены таким образом, что эти растворы будут иметь температуру фазовой инверсии в температурном диапазоне, равном или менее 50^oС, предпочтительно равном или менее 40^oС и особенно предпочтительно в диапазоне от 20 до 35^oС. ТФИ общей системы может быть, в частности, согласована с условиями эксплуатации бурового раствора таким образом, что насыщенная раствором выбуренная порода после ее отделения от бурового раствора может быть очищена промывкой холодной водой, в частности морской, и предпочтительно с инверсией фаз от системы В/М до М/В.

Эти соображения иллюстрируют, в частности, высокую гибкость заявленного изобретения относительно качества используемой в конкретном случае масляной фазы. Могут быть удовлетворены также и высокие требования к этому способу с точки зрения экологии при утилизации буровых шламов с использованием в инвертных системах типа В/М таких масляных фаз, которые не могли раньше использоваться в силу их несовместимости с требованиями по охране окружающей среды и, в частности, в силу их недостаточной способности к естественному разложению при анаэробных условиях. Это открывает совершенно новые возможности для предусматриваемой заявленным изобретением оптимизации трех основных параметров (технической совершенности и полной экологической совместимости при приемлемом соотношении затрат к получаемому эффекту), а именно: благодаря описанным ранее возможностям целенаправленной или самопроизвольной очистки и освобождения бурового шлама от прилипших частиц масла при морской добыче нефти со сбросом бурового шлама в море на морском дне больше не будет происходить скопления больших количеств масляной фазы, требующей последующего разложения. Становятся эффективными естественные аэробные процессы разложения в богатом кислородом слое морской воды. При помощи простой предварительной промывки холодной водой может быть отделена от бурового шлама перед его сбросом по крайней мере наибольшая часть масла.

Таким образом, становится понятным, что при рассмотрении заявленного изобретения речь идет об общем широком диапазоне потенциальных масляных фаз, известном до настоящего времени. Так, например, для изобретения могут быть использованы масляные фазы или смеси масляных фаз, которые хотя бы частично - предпочтительно по крайней мере в большей своей части - относятся к следующим классам веществ: предельные углеводороды с неразветвленными, а также разветвленными цепями и/или циклические; непредельные олефиновые углеводороды, в частности линейные -олефины (ЛАО); олефины с внутренними связями (ОВС) и/или полимерные α-олефины (ПАО); ароматические соединения; нафтены; сложные эфиры карбоновой кислоты; простые эфиры; ацетали; сложные эфиры угольной кислоты; жирные спирты; силиконовые масла; (олиго)-амиды; (олиго)-имиды и/или (олиго)-кетоны.

Приведенное в связи с этим ранее понятие сложных эфиров карбоновой кислоты охватывает, с одной стороны, соответствующие сложные эфиры монокарбоновых и/или поликарбоновых кислот, а с другой стороны, соответствующие сложные эфиры монофункциональных и/или полифункциональных спиртов. В связи с этим еще раз настоятельно указывается на приведенные в начале настоящей работы публикации, относящиеся к работам заявителя, об использовании соответствующих фаз сложных эфиров в рассматриваемой в данном случае области. За рамками же этих литературных источников для варианта по представленной заявке теперь выявилось еще и следующее.

В соответствующих представленной заявке формах исполнения многокомпонентных смесей, рассматриваемых в настоящей работе, и, в частности, в полученных на их основе соответствующим образом промывочных жидкостях могут быть впервые эффективно использованы в качестве масляной фазы или составной части масляной фазы сложные эфиры полифункциональных спиртов с монокарбоновыми кислотами и при этом, в частности, сложные эфиры глицерина естественного и/или искусственного происхождения. В специальной технической литературе уже давно известно утверждение о возможности использования масел естественного происхождения - и, таким образом, полученных на основе глицерина соответствующих сложных триэфиров высших непредельных жирных кислот - в качестве экологически чистой масляной фазы в обращенных промывочных жидкостях типа В/М. В упомянутых в начале настоящей работы публикациях заявителя по рассматриваемой в настоящем случае проблеме промывочных жидкостей на основе сложных эфиров сказано, что это утверждение технической литературы носит чисто теоретический характер, но до настоящего времени в практике реализовано не было. Теперь же при использовании систем, которые соответствуют представленной заявке и подробно рассматриваются в последующем, совершенно неожиданно оказывается, что в данном случае возможно использование или совместное использование таких триглицеридов естественного и/или искусственного происхождения в качестве масляной фазы или в масляной фазе промывочных жидкостей. Так, например, могут быть использованы триглицериды растительного и/или животного происхождения, например, типа рапсового масла или рыбьего жира, которые могут быть в высшей степени интересными как с точки зрения охраны окружающей среды, так и с точки зрения соотношения затрат и получаемого эффекта. Очевидно, варианты составов промывочных жидкостей (возможно, за счет выбора вида и количества предпочитаемых эмульгаторов), связанные с технической реализацией заявленной концепции, создадут таким образом видоизмененные основные предпосылки для того, чтобы впервые действительно стало возможным желаемое с давних пор техническое использование таких масляных фаз, в частности, естественного происхождения.

Таким образом, с точки зрения химической структуры в принципе пригодными являются все масляные фазы, допускающие установление необходимых в рассматриваемой технологии физических параметров, которые в последующем еще будут обсуждены подробно. Аспект оптимальной экологической совместимости остается, конечно, важным при выборе масляной фазы, но не ему придается - даже с учетом положений законодательства - основное значение в настоящее время. Благодаря использованию регулируемой по температуре целенаправленной инверсии фаз становится возможной соответствующая требованиям охраны окружающей среды утилизация той части, которая до настоящего времени представляла наибольшие трудности при работе с промывочными жидкостями на инвертной основе типа В/М.

Кроме этого упрощения, изобретение открывает также возможность выполнения требований охраны окружающей среды в не известных до настоящего времени масштабах. Благодаря выбору особо экологически чистых масляных фаз для использования в инвертных промывочных жидкостях, с одной стороны, и благодаря предоставленной изобретением возможности снижения проблематичности процессов разложения до минимума, с другой стороны, можно говорить в сумме о неизвестном до настоящего времени результате работы в понимании цели, соответствующей заявленному изобретению. В связи с этим следует особенно учитывать и саму по себе в общем-то известную, но способную теперь в соответствии с изобретением использоваться с особым преимуществом возможность применения определенных смесей масел в качестве масляной фазы промывочных систем. Так, например, могут быть использованы, с одной стороны, смеси сравнительно тяжело разлагающихся в анаэробных и/или аэробных условиях масел с маслами, разлагающимися, с другой стороны, особенно легко в анаэробных и/или аэробных условиях, то есть смеси, которые при оптимальной форме утилизации буровых шламов в соответствии с поданной заявкой представляют собой важный шаг в направлении решения проблем общей оптимизации.

В связи с этим сначала следует подробно обсудить рассматриваемую в данном случае технологию инвертных систем типа В/М. И в этом случае предлагается существенное расширение технических новаций по сравнению с существующим техническим уровнем.

Инвертные системы типа В/М традиционного вида и, в частности, соответствующие инвертные системы промывочных жидкостей содержат, по существующей в настоящее время практике, масляную фазу в количестве не менее 50 об.% суммарного объема масляной и водной фаз. Обычно же содержание масляной фазы при практическом использовании лежит значительно выше, например, в диапазоне от 70 до 90 об. % смеси масла и воды. И хотя в специальной литературе и упоминаются инвертные промывочные смеси с пониженным содержанием масла, в практике, в частности, для требуемых в настоящее время систем с достаточной экологической совместимостью эта гамма смесей со сравнительно низким содержанием масла не играет никакой роли.

Уже в самом начале было указано на то, что температурный диапазон ТФИ согласуется, помимо всего прочего, при помощи количественного соотношения масляной фазы, в частности, с количеством неионогенного эмульгатора/системы эмульгаторов. Это значит, что чем выше используемое количество эмульгатора/системы эмульгаторов относительно количества масляной фазы, тем значительнее снижается, как правило, температурный диапазон установления температуры фазовой инверсии. Но одновременно с этим при практической работе настолько высоко поднимается стабильность инвертной эмульсии типа В/М, что существенно расширяется диапазон практически используемых количественных соотношений в соответствующей смеси масла и воды. Таким образом, для структуры многофазных и предпочтительно прокачиваемых смесей количественные соотношения (в объемных частях) водной фазы к масляной фазе лежат в следующих диапазонах: от 90-10 воды на 10-90 масла. При этом предпочтительными могут быть, в частности, соотношения от 85 до 20 воды на 15 до 80 масла. С учетом рассматриваемых в последующем эмульгаторов/систем эмульгаторов можно работать без всяких осложнений с соотношениями вода/масло, содержащими водную фазу в количестве не менее 30-40 объемных частей или даже не менее 50 объемных частей, например в количестве от 55 до 85 объемных частей. Таким образом, масляная фаза может также стать в количественном отношении второстепенным компонентом, обеспечивающим, например, в диапазоне не менее 10-15, предпочтительно от 20 до 50 объемных частей относительно суммарного содержания воды и масла, стабильные условия инверсии системы В/М в диапазоне температур практического использования в скважине. В этом смысле предпочитаемыми могут быть соответствующие представленной заявке многокомпонентные смеси, доля которых в выполненной на основе воды фазе (в объемных процентах относительно водомасляной смеси) является равной или больше 30-35%, предпочтительно равной или больше 40% и особенно предпочтительно равной или больше 50%. Диапазону смешения с преобладающей долей воды может придаваться особое значение, причем опять же в данном случае особенно предпочтительными могут быть количества до 85 об.%, в частности в диапазоне от 55 или 60 до 80 об.%, фазы на основе воды. В рамки заявленного изобретения попадают, таким образом, инвертные промывочные жидкости типа В/М с сильно пониженным содержанием масляной фазы, которое не должно составлять более 20-40 об.% относительно жидких фаз, но при этом все же обеспечивать выполнение требований, предъявляемых при эксплуатации. Сразу же становится очевидным, что при этом существенно упрощается и решение проблемы утилизации.

По вопросам химических свойств, в частности, неионогенных эмульгаторов, обеспечивающих возможность выполнения регулируемой по температуре фазовой инверсии, или же по вопросам соответствующих систем эмульгаторов, содержащих неионогенные компоненты, можно сослаться на чрезвычайно обширную специальную информацию и на соответствующую специальную литературу. В упомянутой уже в начале этой работы публикации Шиноды и др., Enciclopedia of Emulsion Technology, 1983, том 1, с. 337-367 дается перечень более 100 специальных представителей эмульгаторов, относящихся по большей своей части к классу неионогенных. Здесь же указывается в табличной форме (табл. 4 в вышеупомянутом источнике) и показатель ГЛБ для соответствующего химического компонента. В частности, при этом охватывается диапазон чисел от 1 до 20. Кроме того, в части печатного специального материала можно сослаться на публикацию Гордона Л. Холлиса (Gordon L. Hollis, Surfactants Europa, Third Edition, The Rojal Society of Chemistry), в частности, на главу 4 этой работы, Nonionics (с. 139-317). На необычайно обширную специальную литературу, кроме того, дается ссылка, например, в следующих публикациях, появившихся в виде книг: М.Дж. Шик (M.J. Schick. NONIONIC SUFRACTANTS, Marcel Dekker, INC, Нью-Йорк, 1967); Х. В. Стеш (Н.W. Stache. ANIONIC SUFRACTANTS, Marcel Dekker, INC, Нью-Йорк, Базель, Гонконг); Н.Шенфельдт (Dr.N. Schoenfeldt. Grenzflaechenaktive Ethylenoxyd-Addukte, издательство Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft mbH, Штуттгарт, 1976).

По этой обширной информации об эмульгаторах, а также о системах эмульгаторов, по крайней мере в части неионогенных, можно рассчитать с использованием также указанной ранее информации (Шинода и др., а также и др. ) температурный диапазон фазовой инверсии для заданных смесей веществ, состоящих из масляной фазы, эмульгатора и/или смеси эмульгаторов и водной фазы. В соответствии с этим ниже описываются некоторые дополнительные предпочитаемые в соответствии с изобретением элементы, определяющие выбор эмульгаторов и/или систем эмульгаторов.

Для регулирования и согласования требуемого диапазона ТФИ с соответственно заданной смесью многокомпонентной системы - в частности, с учетом выбора масляной фазы по виду и количеству, а также с учетом насыщения водной фазы растворимыми компонентами - оказалось целесообразным использование многокомпонентных систем эмульгаторов. При этом предпочитаемыми могут быть смеси, содержащие по крайней мере один основной эмульгирующий компонент вместе с соэмульгаторами. В предпочитаемой форме исполнения при этом опять же предусматриваются основные эмульгирующие компоненты, которые наряду с их пригодностью для регулируемой по температуре фазовой инверсии имеют сравнительно высокий диапазон показателей ГЛБ. Компоненты с соответствующими значениями показателя ГЛБ от 6 до 20, а предпочтительно от 7 до 18, характеризуются как подходящие неионогенные основные эмульгирующие компоненты. Эти основные компоненты используются предпочтительно совместно с соэмульгаторами, имеющими более ярко выраженный липофильный характер, которые имеют более низкие показатели ГЛБ относительно соответствующего основного эмульгирующего компонента (или компонентов). В соответствии с этим пригодные соэмульгаторы имеют показатели в диапазоне чисел ниже указанного для основного эмульгирующего компонента (компонентов). Пригодные соэмульгаторы могут относиться со своими показателями ГЛБ также и к этому диапазону, но будут иметь в этом случае, как правило, более низкие значения, чем соответствующие индивидуальные показатели эмульгирующих основных компонентов, присутствующих в смеси.

Для практической реализации заявленного изобретения выявился как особо интересный следующий вариант. Используемые в настоящее время в практике, в частности, в промывочных жидкостях на масляной основе водоэмульсионные эмульгаторы согласно важной форме исполнения заявленного изобретения могут взять на себя в соответствии с настоящей заявкой функцию сравнительно усиленного липофильного соэмульгатора в смесях эмульгаторов. Абсолютно очевидно, что этот вариант работы по заявленному изобретению может представлять особый интерес. Накопленная специальная информация о структуре инвертных эмульсий типа В/М на основе масла и соответствующих буровых растворов может быть, в основном, сохранена. Но в результате добавления одного или нескольких других эмульгирующих компонентов описанного выше вида, обеспечивающих возможность регулируемой по температуре фазовой инверсии в инвертной системе типа В/М, становится возможной реализация заявленного изобретения. Переход опробованных в практике многокомпонентных систем рассмотренного в настоящей работе вида к выполнению требований заявленного изобретения может быть за счет этого существенно упрощен. Так, например, традиционные промывочные жидкости, даже если они уже и находились в употреблении, могут быть переведены за счет присадки описанных соэмульгаторов в соответствующие настоящей заявке системы температур фазовой инверсии.

Особое значение в работе может придаваться следующему.

В объем подходящих для использования масляных фаз входят соединения, обладающие одновременно прекрасным соэмульгирующим эффектом при взаимодействии с комплексом "система эмульгаторов/масляная фаза". Классическим примером этого являются липофильные жирные спирты естественного и/или синтетического происхождения. При наличии достаточной текучести они могут быть ценной составной частью масляной фазы или даже полностью составлять ее, одновременно они действуют на добавленные основные эмульгирующие компоненты с повышенным гидрофильным характером в сторону целенаправленного снижения температурного диапазона фазовой инверсии. Спирты такого вида являются, как известно, экологически приемлимыми компонентами. Они могут разлагаться как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Их смеси с другими масляными компонентами, которые, в частности, могут быть и более трудноразложимыми, дают в этом случае ценные результаты с точки зрения заявленной концепции общей оптимизации. Но и другие известные из литературы масляные фазы, имеющие преимущественно липофильные доли молекул с интегрированными группами повышенной полярности, могут соответствующим образом иметь соэмульгирующее действие. В качестве таких примеров можно указать (олиго)-амиды, (олиго)-имиды и (олиго)-кетоны.

Из большого ряда неионогенных эмульгаторов особенно удачные с точки зрения изобретения основные эмульгирующие компоненты и/или соэмульгаторы могут относиться по крайней мере к одному их следующих классов веществ: (олиго)-алкоксилаты мономерных звеньев (структурных единиц) естественного и/или синтетического происхождения, содержащих липофильные остатки и обеспечивающих возможность алкоксилирования, в частности низшие алкоксилаты, причем в данном случае особое значение придается соответствующим этоксилатам и/или пропоксилатам. При этом отношение длины остатков алкилатов к имеющимся в молекуле липофильным остаткам определяет известным образом заданное отношение смешения гидрофильных и липофильных групп и связанную с этим зависимость значений показателей ГЛБ. Алкоксилаты указанного вида и являются, как известно, такими неионогенными эмульгаторами, то есть с расположенными на концах остатков алкилатов свободными гидроксильными группами. Но соответствующие соединения могут иметь и закрытые концевые группы, например, за счет образования сложных и/или простых эфиров.

Другим важным классом неионогенных эмульгаторов с точки зрения настоящего изобретения являются неполные сложные эфиры и/или неполные сложные эфиры полифункциональных спиртов, в частности, содержащих от 2 до 6 атомов углерода и от 2 до 6 гидроксильных групп, и/или их олигомеры с кислотами и/или спиртами, содержащими липофильные остатки. Пригодными являются также при этом, в частности, и соединения этого вида, содержащие дополнительно в своей молекулярной структуре связанные (олиго)-алкоксиловые остатки и особенно остатки олиго-этоксигрупп. Полифункциональные спирты, содержащие от 2 до 6 гидроксильных групп в мономерном звене, или же производные от них олигомеры могут быть, в частности, диолами и/или триолами или же продуктами их олигомеризации, при этом особое значение может придаваться гликолю и глицерину или их олигомерам. Но и другие такие полифункциональные спирты указанного здесь, в общем, вида, как триметилолпропан, пентаэритрит и вплоть до гликозидов или их соответствующие олигомеры могут быть мономерными звеньями для реакций с содержащими липофильные остатки кислотами и/или спиртами, которые в этом случае будут являться важными эмульгирующими компонентами в соответствии с заявленным изобретением. К неполным простым эфирам полифункциональных спиртов относятся также и известные неионогенные эмульгаторы типа полимеров окиси этилена/окиси пропилена/окиси бутилена, полученных полимеризацией в массе.

Другим примером соответствующих эмульгирующих компонентов являются алкил(поли)гликозиды длинноцепных спиртов, а также уже указанные жирные спирты естественного и/или синтетического происхождения и/или алкилоламиды, аминоксиды и лецитины. Совместное использование имеющихся в настоящее время в обычной продаже алкил(поли)гликозидных соединений (АПГ) в качестве эмульгирующих компонентов может вызвать особый интерес еще и потому, что в этом случае речь идет о классе эмульгаторов, обладающих особо ярко выраженной экологической совместимостью. При этом, например, для регулирования фазовой инверсии в температурных диапазонах, описанных в соответствии с настоящей заявкой, могут частично совместно использоваться и другие основные эмульгирующие компоненты, например ниотенсидные соединения с ярко выраженной тенденцией к фазовой инверсии. Рассматриваются, например, уже многократно упоминавшиеся соединения типа алкоксилатных, в частности соответствующие соединения типа олигоэтоксилатных компонентов. Правда, можно также установить эту вариацию улучшенной регулируемости режима фазовой инверсии при помощи соответствующего олигоалкоксилирования самих АПГ-компонентов. При помощи специального выбора АПГ-компонентов по виду и количеству для их использования в качестве основных эмульгаторов и соэмульгаторов, например для общепринятых в настоящее время эмульгаторов инвертных эмульсий типа В/М, могут быть и в данном случае выполнены требования без использования каких-либо других вспомогательных веществ, обладающих эмульгирующим действием.

Следовало бы указать дополнительно, не претендуя на полноту, из перечисленных в настоящей работе классов используемых эмульгирующих компонентов на следующих представителей. (Олиго)-алкоксилаты мономерных звеньев, содержащих липофильные остатки, могут быть получены, в частности, из выбранных представителей следующих классов мономерных звеньев, содержащих липофильные остатки: жирных спиртов, жирных кислот, жирных аминов, жирных амидов, сложных и простых эфиров жирных спиртов и/или жирных кислот, алканоламидов, алкилфенолов и/или продуктов их реакции с формальдегидом, а также прочие продукты реакции молекул-носителей, содержащих липофильные остатки, с низшими алкоксидами. Как уже указывалось, соответствующие продукты реакции могут хотя бы частично иметь закрытые концевые группы. Примерами неполных сложных и/или простых эфиров полифункциональных спиртов являются, в частности, соответствующие неполные сложные эфиры с жирными кислотами, например, типа сложных моно- и/или диэфиров глицерина, сложные моноэфиры гликоля, соответствующие неполные сложные эфиры олигомеризованных полифункциональных спиртов, неполные сложные эфиры сорбитана и т.п., а также соответствующие соединения с эфирными группировками. В этом случае можно дать ссылку на обширную специальную информацию. Такие неполные сложные и/или простые эфиры могут, в частности, служить мономерными звеньями для (олиго)-алкоксилирования.

Как уже указывалось, существенным определяющим элементом изобретения является тот факт, что эмульгаторы/системы эмульгаторов согласованы по их количеству в многокомпонентной смеси с представленной в ней долей масляной фазы. В соответствии с этим содержание предпочитаемых эмульгаторов находится в диапазоне ≥1 мас.%, предпочтительно в диапазоне от 5 до 60 мас.% относительно масляной фазы. Для практической работы согласно изобретению при использовании эмульгаторов/систем эмульгаторов - опять же относительно масляной фазы - оказались особенно удачными следующие количественные диапазоны: от 10 до 50 мас.%, предпочтительно от 15 до 40 мас.% и наиболее предпочтительно в диапазоне от 20 до 35 мас.%. Таким образом, в данном случае имеют место увеличенные расходы эмульгаторов по сравнению с количествами традиционных инвертных эмульсионных систем типа В/М для рабочего диапазона по заявленному изобретению. Но это не является недостатком: с одной стороны, в этом случае, как уже было указано, необходимый расход масла в водомасляной смеси резко снижается по сравнению с существующей практикой без необходимости учета возникающих в результате этого каких-либо недостатков. С другой стороны, необходимо учитывать представленную ранее ситуацию с точки зрения того, что выбранные масляные фазы - представленные, например, жирными спиртами - могут выполнять двойную функцию и являться, таким образом, в соответствии с изобретением как масляной фазой, так и одновременно эффективным соэмульгатором. Ясно, что и с этой точки зрения в плане постановки задачи открываются совершенно новые возможности для оптимизации систем и процессов.

Относительно выбора масляных фаз кроме представленных ранее данных действительными являются еще и следующие дополнения: изначально не содержащая эмульгаторов масляная фаза должна быть по крайней мере в большей своей части нерастворимой в водной эмульсионной фазе и при этом быть предпочтительно текучей и прокачиваемой также и при комнатной температуре. Желательно и/или предпочтительно, чтобы температура вспышки масляных фаз находилась выше 50-60^oС, предпочтительно ≥80-100^oС, особенно предпочтительно ≥120^oС. Далее, представляется целесообразным использование масляных фаз, которые имеют в диапазоне температур от 0 до 10^oС вязкость по Брукфилду не более 55 мПа•с, предпочтительно не более 45 мПа•с. При этом можно сослаться на упомянутую специальную литературу по вопросу современных инвертных эмульсий типа "вода в масле". В частности, ссылка делается на упомянутые в начале настоящей работы европейские патенты заявителя, интерпретация которых становится, таким образом, также предметом настоящей заявки.

Соответствующее относится также и к образованным в качестве бурового раствора смесям, состоящим из водной фазы, масляной фазы, эмульгаторов и обычных присадок. В этом случае, в частности, принимается, что образованная в качестве бурового раствора смесь имеет в температурном диапазоне от 10 до 15^oС выше пограничной температуры между эмульсионной средней фазой и диапазоном фазовой инверсии В/М пластическую вязкость не более 100 мПа•с. Предпочтительными являются соответствующие буровые растворы, пластическая вязкость которых составляет не более 80 мПа•с, и особенно предпочтительными, пластическая вязкость которых находится в диапазоне от 30 до 45 мПа•с. Предел текучести буровых растворов, выполненных в соответствии с настоящей заявкой, должен составлять в температурном диапазоне от 10 до 15^oС выше пограничной температуры между эмульсионной средней фазой и температурным диапазоном фазовой инверсии В/М не более 80 фунтов на 100 квадратных футов. Предпочитаемые значения предела текучести составляют в данном случае не более 50 фунтов на 100 квадратных футов, в частности выше 4-5 фунтов на 100 квадратных футов, например в диапазоне от 10 до 25 фунтов на 100 квадратных футов.

Соответствующая целесообразность структуры текучего средства согласно изобретению определяется, в общем, требованиями, существующими в настоящее время в практике. И в этом случае можно дать ссылку на обширный объем публикаций по уровню техники, который указан в рамках описания настоящего изобретения, в частности по инвертным промывочным жидкостям типа В/М. Смеси, соответствующие настоящему изобретению и используемые в качестве буровых растворов, содержат, например, дополнительно обычно используемые в этой области такие вспомогательные вещества, как образователи вязкости, понизители фильтрации, мелкозернистые утяжелили, соли, а в случае необходимости приладки, обеспечивающие поддержание резерва щелочности, и/или биоциды. Более подробные данные, действительные также и для выполнения буровых растворов в соответствии с представленной заявкой, указаны, например, в Европейском патенте ЕР 374672. Совместное использование водорастворимых метилгликозидных соединений в водной фазе также находится в рамках настоящего изобретения, см. по этому вопросу, например, заявку на международный патент РСТ WO 94/14919.

В связи с этим следует указать на одну особенность, основанную на известных сведениях для рассматриваемой здесь области, но тем не менее не игравшей, как правило, никакой роли в составе существующих до настоящего времени водомасляных инвертных промывочных жидкостей типа В/М.

Известно, что эмульсионные промывочные жидкости на основе воды и, в частности, промывочные системы типа М/В могут быть стабилизированы также и в сравнительно низком температурном диапазоне против нежелательного осаждения диспергированных в промывочной жидкости твердых веществ благодаря действию водорастворимых полимерных соединений. В принципе в этом случае могут быть использованы подходящие водорастворимые полимерные соединения как естественного, так и синтетического происхождения. По этому вопросу также могут быть даны ссылки на специальную информацию.

Заявленное изобретение предусматривает в случае необходимости возможность охлаждения всей промывочной жидкости вне рабочей зоны настолько, чтобы в этом случае могла идти фазовая инверсия до образования эмульсионной промывочной жидкости типа М/В. В этом случае для достаточной стабилизации системы действуют существующие в этой области правила, так что в данном случае, в частности, может быть также продумана возможность применения таких стабилизирующих водорастворимых полимерных соединений и/или водоисточниковых глин. Их присутствие в инвертной промывочной жидкости типа В/М в горячей рабочей зоне не мешает.

Подробная специальная информация о структуре рабочих жидкостей рассматриваемого в настоящей заявке типа и, в частности, промывочных жидкостей на основе воды и/или масла, а также по вопросу используемых в связи с этим в практике вспомогательных веществ имеется, например, в упомянутой книге Джоджа Р. Грея и Х.К.Х. Дарлея Composition in Properties of Oil Well Drilling Fluids, 4-e издание, 1980/81, Gulf Publishing Company, Хьюстон. В связи с затронутыми проблемами особо следует указать на главу 1 "Введение к вопросу о промывочных жидкостях" и на главу 11 "Компоненты промывочных жидкостей".

Характерной чертой для всех гидравлических жидкостей и, в частности, жидкостей для промывки скважин по настоящей заявке, несмотря на использование всех самих по себе известных вспомогательных веществ, является следующее: в результате правильного выбора и согласования эмульгаторов/систем эмульгаторов по виду и количеству, в частности, по качеству используемой масляной фазы, в результате контакта со стенкой скважины и с имеющейся в этой зоне высокой рабочей температурой - по крайней мере на поверхности контакта горячего грунта с эмульсией - над средней фазой эмульсии образуется инвертная фаза типа В/М. Вне рабочей зоны грунта предусмотрено снижение температуры, при этом опять же выбор и согласование указанных ранее параметров могут различными способами регулировать соотношение имеющихся долей промывочной жидкости в ее совокупности иди же в еще раз отделенных частях. И наконец, при помощи этого может быть реализована неизвестным еще до настоящего времени образом изначально сформулированная задача.

Приведенные ниже примеры описывают конкретные формы исполнения изобретения, не ограничивая его никоим образом.

Примеры.

В приведенных ниже примерах с 1 по 7 дается, во-первых, подборка рамочных рецептур, характеризуемых основной системой "масляная фаза/вода" или "водяная фаза/эмульгатор (система эмульгаторов)". И если в примере 1 эта рецептура ограничивается этими основными компонентами, то последующие примеры со 2 по 7 включают в себя дополнительные компоненты, традиционно принятые при приготовлении буровых растворов.

В таблицах этих примеров определенные числовые значения температурного диапазона фазовой инверсии разнесены по соответствующим системам, при этом сам диапазон температур фазовой инверсии характеризуется соответственно своими верхним и нижним температурными пределами.

При этом экспериментальное определение температуры фазовой инверсии осуществляется на основе измерения электропроводимости водных эмульсий в зависимости от температуры. Подробные данные о проведении экспериментов представлены в упомянутых в общей части описания европейских заявок на патент ЕР 0345586 и ЕР 0521981.

Некоторые из компонентов, соответственно используемых в рецептурах этих примеров, указаны их товарными наименованиями. В частности, это относится к следующему.

Масляные фазы.

Цетиол ОЕ - эфирное масло на основе простого ди-н-октилового эфира.

ОМС 586 - масляная фаза на основе смеси сложных эфиров, в основном, из насыщенных жирных кислот на основе масла семян масличной пальмы и 2-этилгексанола, содержащей, в основном, жирные кислоты с 12-14 атомами углерода.

Минеральное масло На-359 - фракция минерального масла с низким содержанием ароматики, используемая для инвертных промывочных жидкостей.

Эмульгаторы.

Дегидол LT 5 - жирный спирт с 12-18 атомами углерода и с 5 этиленоксидными звеньями (ЭО).

Цетиол НЕ - сложный эфир многоатомных спиртов и жирных кислот на основе полиоксиэтилен-глицерил-монококоата.

Дегимулс SML - монолаурат сорбитана.

Эумульгин ЕР4 - олеиловый спирт + 4 ЭО.

Лутензол ТO5 и/или ТO7 - изотридециловый спирт + 5 ЭО и/или + 7 ЭО.

Дегидол 980 - жирный спирт с 10-14 атомами углерода + 1,6 пропиленоксидного звена (ПO) + 6,4 ЭО.

RS 1100 - многоатомный спирт сои 85 + 61 ЭО.

Ez-Mul NTE - инвертный эмульгатор для систем типа "вода в масле", товарное наименование фирмы Бароид, Абердин.

Вспомогательные вещества.

Гельтон II - органофильный бентонит.

Дуратон - органофильный лигнит.

Тилоза VHR, а также CMC E HVT - растворимые в холодной воде полимерные соединения на основе карбоксиметилцеллюлозы.

Натрозол плюс - растворимое в холодной воде полимерное соединение на основе гидроксиэтилцеллюлозы.

Указанные кроме этого в таблицах присадочные вещества являются понятными по их химической идентификации.

Пример 1.

Смеси, состоящие из равных количеств масляной фазы на основе простого эфира и воды и/или 5%-ного водного раствора хлористого кальция, доводят обычным способом с использованием неионогенного эмульгатора до гомогенного состояния. Затем определяют на соответствующих эмульсиях их электропроводимость в зависимости от температуры и определяют таким образом температурный диапазон фазовой инверсии. Полученные при этом результаты приведены в табл. 1 (см. в конце описания).

Пример 2.

В трех сравнительных экспериментах определяют зависимость температурного диапазона фазовой инверсии в принципе сравнимых, но в частности отличающихся друг от друга систем. При этом действительным является следующее положение.

Фаза эфирного масла и эмульгатор соответствуют во всех составах соединениям, используемым в примере 1. Но вместе с ними в данном случае подмешивают в качестве дополнительных компонентов обычные вспомогательные вещества, используемые при изготовлении утяжеленных буровых растворов. Отличия трех составов этого примера характеризуются следующим образом.

Пример 2а.

Отношение "масляная фаза/водная фаза (5%-ный раствор хлористого кальция)" принимается в равных массовых количествах.

Пример 2б.

Резко снижают долю масляной фазы по сравнению с водной (12 массовых частей масляной фазы на 41 массовую часть водной). В обоих примерах 2а и 2б дополнительно подмешивают в нижнем температурном диапазоне в качестве загустителя водной фазы полимерное соединение, растворимое в холодной воде.

Пример 2в.

Сохраняют основную рецептуру примера 2б, но вносят следующие изменения: солевое содержание водной фазы повышается с 5 мас.% хлористого кальция до 30 мас. %. При этом в этой рецептуре не используют загуститель, растворимый в холодной воде.

Для всех смесей веществ измеряют диапазон фазовой инверсии. Кроме того, определяют вязкость смесей, во-первых, при температуре явно ниже диапазона фазовой инверсии (вязкость при 25^oС) и, во-вторых, при температуре явно выше диапазона фазовой инверсии (вязкость при 70^oС). Результаты указаны в табл. 2 (см. в конце описания).

И в данном случае четко просматривается снижение диапазона фазовой инверсии при повышении концентрации солей в водной фазе (сравнение примера 2в с примером 2б). Низкое значение вязкости многокомпонентной смеси, представляющей собой промывочную жидкость типа "масло в воде" на основе воды, при температурах ниже температуры фазовой инверсии (пример 2б) определяется использованием незначительного количества полимерного загустителя на основе гидроксиэтилцеллюлозы.

Пример 3.

В приведенных в табл. 3 примерах 3а и 3б масляная фаза соответствующей многокомпонентной смеси модифицирована. В данном случае используют эфирное масло ОМС 586. При этом - так же, как и в основных рецептурах примера 2 - берут масляную и водную фазы в равных количествах (пример 3а), а затем (пример 3б) опять резко сокращают отношение "масло/вода". Для обеих смесей веществ определяют температурный диапазон фазовой инверсии.

Пример 4.

По образцу рецептуры примера 3б составляют промывочную жидкость на основе эфирного масла и определяют температурный диапазон фазовой инверсии. В табл. 4 раздельно представлены результаты измерений температуры: в одном случае при ее повышении ("вверх") и в другом случае - при ее снижении ("вниз").

Другие образцы этой многокомпонентной смеси после старения за счет выдержки в течение 16 ч в автоклаве подвергают испытаниям в так называемой вращающейся печи. При этом старение одного образца (пример 4б) проводят при температуре 121^oС, а старение другого образца (пример 4в) - при температуре 149^oС.

После этого на образцах, прошедших старение, определяют температурные диапазоны фазовой инверсии ("вверх" и "вниз"). Табл. 4 показывает, что хотя старение и оказывает определенное влияние на диапазон ТФИ, отклонения находятся в пределах, считающихся реальными с точки зрения практического использования.

Пример 5.

В двух последующих составах еще раз заменяют масляную фазу. На этот раз используют линейный α-олефин "ЛАО (C_14/16)", продаваемый на рынке и применяемый в практике в качестве масляной фазы в инвертных промывочных жидкостях типа "вода в масле".

По образцу составов примера 3 - при использовании того же эмульгатора - сравнивают друг с другом два состава промывочных жидкостей, имеющих в одном случае отношение масляной фазы к водной 1:1 (пример 5а), и в другом случае - значительно меньшее отношение масляной фазы. Соответственно определенные температурные диапазоны фазовой инверсии - "вверх" и "вниз" - представлены по составам в табл. 5.

Пример 6 В последующих составах изменяют систему эмульгаторов при сохранении масляной фазы, указанной в примере 5. В данном случае используют комбинацию эмульгаторов, состоящую из сравнительно гидрофильного сложного эфира многоатомных спиртов и жирных кислот Цетиола НЕ, который применяют в комбинации с более гидрофобно выраженным соэмульгатором (Дегимулс SML).

В табл. 6 - примерах 6а и 6б используют при этом составы с отношением масляной фазы к водной соляной фазе 1:1 и с идентичными количествами прочих присадок, но изменяют соотношение смешения обоих компонентов этой комбинации эмульгаторов. Сравнение соответственно определенных температурных диапазонов фазовых инверсий "вверх" и "вниз" показывает, что в результате варьирования количественных соотношений эмульгирующих компонентов относительно друг друга становится возможным существенное регулирование соответственно устанавливающихся диапазонов ТФИ. Таким образом, становится технически возможным оптимальное согласование диапазона или диапазонов ТФИ с проектными заданиями.

В составе примера 6в вновь варьируется, как и в предшествующих примерах, отношение масла к воде в сторону использования сравнительно бедных маслом смесей, но тем не менее и в данном случае гарантируется требуемый в практике диапазон инверсии системы "вода в масле" не только внутри горячей скважины, но и в сравнительно более холодных наружных зонах циркуляции промывочной жидкости.

Пример 7.

Используя смесь эмульгаторов по примеру 6 и масляную фазу на основе эфирного масла ОМС 586, согласовывают количественно две системы промывочных жидкостей друг с другом таким образом, что температура фазовой инверсии соответственно находится в диапазоне примерно от 20 до 30^oС.

При этом одну систему промывочной жидкости выбирают с равными количествами масляной фазы и 30%-ного водного раствора хлорида кальция (пример 7а), а во втором случае работают с массовым отношением водной фазы к масляной 2:1.

Составы соответствующих промывочных систем и определенные температурные диапазоны фазовой инверсии "вверх" и "вниз" представлены в табл. 7.

Пример 8.

Используя сравнительно бедную маслом многокомпонентную смесь по примеру 7б с ее температурным диапазоном фазовой инверсии примерно от 20 до 25^oС, составляют большое количество систем промывочных жидкостей на основе известных в настоящее время масляных фаз, используемых в инвертных промывочных жидкостях типа "вода в масле". Затем определяют последующим образом показатели вязкости на образцах, как не подвергавшихся, так и подвергавшихся старению.

Измерение вязкости при 50^oС производят при помощи вискозиметра Fann-35 фирмы Baroid Drilling Fluids INC. По известным методикам определяют пластическую вязкость (ПВ), предел текучести (ПТ), а также статическое напряжение сдвига (в фунтах на 100 квадратных футов) через 10 секунд и 10 минут.

Старение соответствующих образцов промывочных жидкостей, имеющих стандартную рецептуру по примеру 7б, производят выдержкой в автоклаве (в так называемой вращающейся печи) в течение 16 ч при температуре 121^oС.

Затем идентифицируют используемые в соответствующих рецептурах масляные фазы и записывают в таблинкой форме показатели, определенные на образах, как не подвергавшихся, так и подвергавшихся старению.

Проектированные многокомпонентные смеси соответствуют при этом следующей рецептуре: масляная фаза 76,5 г; Цетиол НЕ 7,9 г; Дегимулс SML 9,2 г; водный раствор СаСl₂ (30%) 157,5 г; Бентонит 0,9 г; Гельтон II 1,8 г; Дуратон НТ 2,7 г; бариты 193,5 г.

Пример 8а.

В данном случае в качестве масляной фазы используют в виде триглицерида естественного происхождения рапсовое масло. Значения показателей, определенных на образцах, как не подвергавшихся, так и подвергавшихся старению, приведены в табл. 8.

Пример 8б.

В данном случае в качестве масляной фазы используют ди-н-октиловый эфир Цетиол ОЕ- Полученные результаты представлены в табл. 9.

Пример 8в.

В данном случае в качестве инвертной фазы используют изотридециловый спирт. Полученные результаты приведены в табл. 10.

Пример 8г.

Используемая в данном случае масляная фаза имеет товарное наименование ХР07 фирмы Бароид и представляет собой текучую масляную фазу на основе насыщенных парафинов. Полученные результаты приведены в табл. 11.

Пример 8д.

В данном случае в качестве масляной фазы используют α-олефин С_14/16 типа ЛАО. Полученные результаты приведены в табл. 12.

Пример 8е.

В данном случае в качестве масляной фазы используют сложный эфир ОМ 586. Полученные результаты приведены в табл. 13.

Пример 9.

В табл. 14 представлены рецептуры промывочных эмульсий, использованных в примерах 9а, 9б и 9в, в которых в качестве масляной фазы соответственно используют сложный эфир ОМ 586 вместе с 30%-ным водным раствором хлористого кальция. Соответственно используемые эмульгирующие смеси, состоящие из основного эмульгирующего компонента и соэмульгатора, также указаны и разнесены в табл. 14 по примерам с 9а до 9в, как и прочие компоненты промывочных эмульсий. И, наконец, в этой таблице указаны температурные диапазоны фазовой инверсии, определенные на соответствующих многокомпонентных смесях.

Пример 10.

В экспериментальных составах этого примера (с 10а по 10ж) унифицировано используют во всех конкретных рецептурах в качестве соэмульгатора эмульгатор инверсии для системы "вода в масле" торговый продукт EZ-Mul NTE фирмы Бароид (Абергин), применяемый в настоящее время в крупных технических масштабах в инвертных промывочных жидкостях.

Этот соэмульгатор комбинируют в плане представленной заявки с различными основными эмульгирующими компонентами. При этом используют - соответственно совместно с 30%-ным водным раствором хлористого кальция - следующие масляные фазы.

Пример 10а: минеральное масло На-359.

Примеры с 10б по 10д: эфирное масло ОМС 586.

Примеры 10е и 10ж: линейный α-олефин (ЛАО С_14/16 (70/30).

Вместе с этими компонентами подмешивают обычные компоненты, используемые в смесях для приготовления промывочных эмульсий, количество и наименование которых указаны в табл. 15. В этой таблице указаны также и соответствующие температурные диапазоны фазовой инверсии.

Пример 11.

Применяя эфирное масло ОМС 586 в качестве масляной фазы и 30%-ный водный раствор хлористого кальция в качестве жидкостной фазы, соответственно варьируют в 5 экспериментальных составах соотношение масла к воде в объемных процентах, используя следующие пропорции: 40/60; 50/50; 60/40; 70/30; 80/20.

В качестве эмульгирующей системы во всех составах применяют смесь Лутензола ТО5, используемого в качестве основного эмульгирующего компонента, и соэмульгатора EZ-Mul NTE.

Табл. 16 дает, во-первых, соответствующую подборку количественного соотношения имеющихся компонентов по пяти исследуемым смесям. Кроме того, по этим многокомпонентным смесям представлены следующие реологические данные как до проведения старения материала образцов (ДСМ - до старения), так и после него (ПСМ - после старения материала): пластическая вязкость (ПВ, в мПа•с), предел текучести (ПТ, в фунтах на 100 квадратных футов) и статическое напряжение сдвига (СНС за 10 секунд/10 минут, в фунтах на 100 квадратных футов). Старение соответствующих промывочных жидкостей производится по известной методике при 121^oС в течение 16 часов во вращающейся печи. Определение показателей вязкости производится также по известной методике, более подробно см. по этому вопросу данные примера 8.

Пример 12.

В табл. 17 представлены результаты испытаний с применением систем эмульгаторов, использующих алкил(поли)гликозидные соединения (АПГ) в качестве составной части основных эмулыирующих компонентов или же в качестве самих основных эмулыирующих компонентов. При этом в качестве компонента АПГ выступает продаваемый заявителем под товарным наименованием продукт АПГ 600, представляющий собой АПГ рядов с 12-16 атомами углерода. Используемые продукты содержат 51мас.% активного вещества. В качестве соэмульгатора при этом в обоих случаях используется применяемый в крупных технических масштабах для систем "вода в масле" инвертный эмульгатор Ez-Mul NTE.

В табл. 17 представлены в массовых процентах составы промывочных эмульсий, а также температурные диапазоны фазовой инверсии при замерах "вверх".

Пример 13.

В последующем эксперименте проверялась промывочная инвертная эмульсия с применением рапсового масла в качестве триглицерида естественного происхождения. В этом примере используют в качестве масляной фазы смесь, состоящую из 1 массовой части рапсового масла и нескольким более 4 массовых частей эфирного масла ОМС 586.

Массовый состав (в граммах) тестируемого состава эмульсии представлен в табл. 18. Промывочная эмульсия проходит в соответствии с данными, представленными для примера 8, старение при 121^oС в течение 16 часов, и затем по методике, представленной для примера 8, при температуре 50^oС определяются основные реологические данные. Результаты, полученные до старения и после старения материала образцов, представлены в табл. 18.

И, наконец, для образцов, проходивших и не проходивших старение, представлены температуры фазовой инверсии. При этом указано значение температуры, при котором электропроводимость составляет 0 μС/см.

Формула изобретения

1. Текучая и прокачиваемая многокомпонентная смесь на основе многофазной смеси, состоящей из воды и масла, предназначенная для вскрытия грунта путем бурения и/или для последующей обработки, содержащая эмульгатор и вспомогательные вещества, отличающаяся тем, что в качестве эмульгатора она содержит, по меньшей мере, одно вещество, выбранное из группы, включающей: олигоалкоксилаты, алкоксилаты - в частности этоксилаты и пропоксилаты - структурных единиц естественного и синтетического происхождения, содержащих липофильные остатки и обеспечивающих возможность алкоксилирования, при этом эти алкоксилаты могут также иметь закрытые концевые группы, неполные сложные и простые эфиры полифункциональных спиртов, содержащих, в частности от 2 до 6 атомов углерода и от 2 до 6 гидроксильных групп, и их олигомеры с содержащими липофильные остатки кислотами и спиртами, которые могут также иметь интегрированные в структуру молекулы остатки олигоалкоксилатов и алкоксилатов, в частности олигоэпоксилатов, алкилполигликозиды и алкилгликозиды длинноцепных спиртов, жирные спирты естественного и синтетического происхождения, алкилоламиды, аминоксиды, приводящие соответствующую многокомпонентную смесь к регулируемому по температуре обращению фаз при достижении температуры фазовой инверсии ТФИ в пределах температурного диапазона, верхняя граница которого составляет максимально 100^oC, чтобы водная фаза смеси была представлена в качестве дисперсной инвертной фазы в дисперсионной масляной фазе, а нижняя граница этого температурного диапазона лежит от 0 до ^oC, чтобы обеспечивала возможность превращения этой эмульсии В/М в эмульсию М/В с дисперсионной водной фазой, при этом водная фаза и масляная фаза взяты в объемном соотношении, равном (85-20): (15-80).

2. Многокомпонентная смесь по п. 1, отличающаяся тем, что ТФИ этой многокомпонентной смеси находится в температурном диапазоне 5-80^oC, предпочтительно в диапазоне 10-60^oC и особенно предпочтительно в диапазоне 15-50^oC.

3. Многокомпонентная смесь по п. 1 или 2, отличающаяся тем, она является текучей и прокачиваемой также и при комнатной температуре.

4. Многокомпонентная смесь по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что ее эмульгатор имеет неионогенную структуру и/или связан друг с другом в структурной единице как в виде неионогенных, так и в виде анионных структурных элементов.

5. Многокомпонентная смесь по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что в ней применяют эмульгатор со значением ГЛБ в диапазоне от 6 до 20, преимущественно от 7 до 18, который используют в предпочитаемой форме совместно с, по меньшей мере, одним более ярко выраженным липофильным эмульгатором, имеющим более низкое значение ГЛБ относительно вышеуказанной области.

6. Многокомпонентная смесь по любому из пп. 1-5, отличающаяся тем, что эмульгатор согласован по его количеству в этой многокомпонентной смеси с количеством имеющейся в ней масляной фазы и при этом предпочтительным является количество равно или больше 1 мас. %, преимущественно 5-60 мас. % (относительно масляной фазы), причем особенно предпочтительными количественными диапазонами для эмульгатора (относительно масляной фазы) являются следующие: 10-50, 15-40 и особенно предпочтительно 20-35 мас. %.

7. Многокомпонентная смесь по любому из пп. 1-6, отличающаяся тем, что не содержащая эмульгатор масляная фаза является не растворимой в водной эмульсионной фазе, а также остается текучей и прокачиваемой предпочтительно и при комнатной температуре и имеет при этом температуру вспышки выше 60^oC, предпочтительно равную или больше 80-100^oC и особенно предпочтительно равную или больше 120^oC.

8. Многокомпонентная смесь по любому из пп. 1-7, отличающаяся тем, что масляная фаза имеет в диапазоне температур от 0 до 10^oC вязкость по Брукфилду не более 55 мПа•с, предпочтительно не более 45 мПа•с.

9. Многокомпонентная смесь по любому из пп. 1-8, отличающаяся тем, что она содержит масляную фазу, которая относится, по меньшей мере, к следующему классу веществ: неразветвленные, разветвленные и циклические насыщенные углеводороды, олефиновые ненасыщенные углеводороды, в частности, типа линейных α-олефинов, полимерных α-олефинов, олефинов с внутренними концевыми связями, ароматические соединения, нафтены, сложные эфиры карбоновой кислоты с одно- и многоатомными спиртами, простые эфиры, ацетали, сложные эфиры угольной кислоты, жирные спирты, силиконовые масла, олигоамиды, амиды, олигоимиды, имиды, олигокетоны, кетоны.

10. Многокомпонентная смесь по любому из пп. 1-9, отличающаяся тем, что количество водной фазы составляет равное или больше 30-35 об. %, предпочтительно равное или больше 40 об. %, особенно предпочтительно равное или больше 50 об. % от смеси воды и масла.

11. Многокомпонентная смесь по любому из пп. 1-10, отличающаяся тем, что она выполнена в качестве бурового раствора, используемого при материковом и/или предпочтительно морском бурении грунта, в частности при разработке нефтяных и/или газовых месторождений, при этом предпочтительными являются буровые растворы с температурой фазовой инверсии в диапазоне, равном или меньшем 50^oC и особенно в диапазоне 20-35^oC.

12. Многокомпонентная смесь по любому из пп. 1-11, отличающаяся тем, что ТФИ всей системы согласована с условиями эксплуатации бурового раствора таким образом, что насыщенная буровым раствором выбуренная порода после ее отделения от бурового раствора может быть очищена при помощи промывки холодной водой, в частности морской, и предпочтительно при выполнении фазовой инверсии от В/М до М/В.

13. Многокомпонентная смесь по любому из пп. 1-12, отличающаяся тем, что выполненная в виде бурового раствора смесь имеет в температурном диапазоне от 10 до 15^oC выше температурного предела между средней фазой эмульсии и диапазоном инверсии В/М пластическую вязкость ПВ не более 100 мПа•с, предпочтительно не более 80 мПа•с, особенно предпочтительно в диапазоне от 30 до 45 мПа•с и предел текучести ПТ не более 80 фунтов на 100 квадратных футов, преимущественно не более 50 фунтов на 100 квадратных футов, особенно предпочтительно в диапазоне от 10 до 25 фунтов на 100 квадратных футов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18