Способы использования частиц с нанесенным полимерным покрытием
Настоящее изобретение относится к способам использования частиц с нанесенным полимерным покрытием в операциях по проведению подземных работ, таких как формирование гравийной набивки, гидравлический разрыв пласта с применением расклинивающего наполнителя и гидравлический разрыв пласта. Способ обработки подземного пласта включает получение рабочей жидкости для обработки приствольной зоны, содержащей частицы с нанесенным, по меньшей мере, частичным покрытием из полимера, где полимер осаждают на частицах в результате нанесения, по меньшей мере, частичного покрытия на частицы при использовании раствора полимера, содержащего полимер и растворитель, а после этого воздействия на частицы водной среды таким образом, чтобы растворитель по существу выделялся бы из раствора полимера, и таким образом, чтобы полимер по существу оставался бы на частицах; введение рабочей жидкости для обработки приствольной зоны в часть подземного пласта; и осаждение, по меньшей мере, части частиц в части подземного пласта. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы. 7 з.п. ф-лы, 2 табл.
Предпосылки создания изобретения
Настоящее изобретение относится к способам использования частиц с нанесенным полимерным покрытием в операциях по проведению подземных работ, таких как формирование гравийной набивки, гидравлический разрыв пласта с применением расклинивающего наполнителя и гидравлический разрыв пласта.
Часто приток пластовых флюидов в буровые скважины по добыче углеводородов интенсифицируют в результате проведения обработок для гидравлического разрыва пласта. При проведении обработок для гидравлического разрыва пласта в продуктивную зону закачивают вязкую рабочую жидкость для гидравлического разрыва пласта при расходе и давлении таких, чтобы произошел бы разрыв подземного пласта и в зоне образовались или увеличились бы одна или несколько трещин. Твердые частицы, такие как сортированный песок, которые часто называют «расклинивающим агентом» можно суспендировать в части рабочей жидкости для гидравлического разрыва пласта и затем осадить в трещинах, когда рабочая жидкость для гидравлического разрыва пласта будет превращена в разжиженную рабочую жидкость, возвращаемую на поверхность. Эти частицы, помимо прочего, служат для предотвращения полного смыкания трещин для того, чтобы сформировались проводящие каналы, через которые добываемые углеводороды могли бы течь.
Буровые скважины по добыче углеводородов также можно подвергать воздействию обработок для формирования гравийной набивки для того, чтобы, помимо прочего, уменьшить миграцию неуплотненных частиц продуктивной толщи в ствол буровой скважины. При проведении операций по формированию гравийной набивки частицы, на современном уровне техники часто называемые гравием, суспендируют в рабочей жидкости для обработки приствольной зоны, которая может быть загущена, а рабочую жидкость для обработки приствольной зоны закачивают в ствол буровой скважины, в котором должна быть размещена гравийная набивка. По мере того как частицы размещаются в зоне или поблизости от нее, рабочую жидкость для обработки приствольной зоны либо можно возвращать на поверхность, либо она может протекать в подземную зону. Получающаяся в результате гравийная набивка выполняет функцию фильтра, предотвращающего добычу твердых частиц продуктивной толщи совместно с добываемыми флюидами. Традиционные операции по формированию гравийной набивки включают размещение в стволе буровой скважины сетки для гравийной набивки, а после этого заполнение охватывающего кольцевого пространства между сеткой и стволом буровой скважины гравием. Сетка для гравийной набивки в общем случае представляет собой фильтр в сборе, используемый для формирования опоры и удерживания гравия, размещаемого во время проведения операции по формированию гравийной набивки. Для обеспечения соответствия характеристикам ствола буровой скважины, добываемого флюида и любых частиц в подземном пласте доступен широкий диапазон размеров и конфигураций сеток.
В некоторых ситуациях операции по гидравлическому разрыву пласта и по формированию гравийной набивки можно объединить в единую обработку. Такие типы обработки часто называют операциями по «гидравлическому разрыву пласта с применением расклинивающего наполнителя». В некоторых случаях обработки в целом завершают с размещением сетки для гравийной набивки в сборе по месту при обработке для гидравлического разрыва пласта, заключающейся в проведении прокачивания через кольцевое пространство между обсадной колонной и сеткой. В данной ситуации обработка для гидравлического разрыва пласта завершается состоянием выпадения расклинивающего наполнителя из рабочей жидкости для гидравлического разрыва пласта с формированием кольцевой гравийной набивки в промежутке между сеткой и обсадной колонной. В других случаях обработку для гидравлического разрыва пласта можно проводить до установки сетки и размещения гравийной набивки.
На частицы (такие как расклинивающий наполнитель или гравий), используемые в операциях по проведению подземных работ, часто наносят покрытие из смоляного или полимерного материала, что облегчает уплотнение частиц. В некоторых случаях покрытие также можно использовать и для упрочнения низкокачественных частиц. Создание таких частиц с нанесенным покрытием в общем случае включает использование способов с применением растворителей, которые могут представлять собой опасность для здоровья или окружающей среды. Кроме того, многие технологии нанесения покрытия на частицы, такие как системы с применением эпоксидной смолы и растворителя, являются относительно дорогостоящими. Таким образом, нахождение в диапазоне между потенциальными опасностями для окружающей среды и здоровья, которые представляют собой многие из технологий нанесения покрытия на частицы, и непомерными затратами в некоторых известных методиках нанесения покрытий для технологии является далеким от идеала с точки зрения ее широкого использования в операциях по проведению подземных работ.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к способам использования частиц с нанесенным полимерным покрытием в операциях по проведению подземных работ, таких как формирование гравийной набивки, гидравлический разрыв пласта с применением расклинивающего наполнителя и гидравлический разрыв пласта.
Один вариант осуществления настоящего изобретения предлагает способы осаждения полимера на частицах, подходящих для использования в операции по проведению подземных работ, включающие получение частиц и раствора полимера, содержащего полимер и полярный апротонный растворитель; нанесение, по меньшей мере, частичного покрытия на частицы при использовании раствора полимера до получения частиц с нанесенным покрытием; и воздействие на частицы с нанесенным покрытием водной среды таким образом, чтобы растворитель по существу выделялся бы из раствора полимера, и таким образом, чтобы полимер по существу оставался бы на частицах.
Еще один вариант осуществления настоящего изобретения предлагает способы обработки подземного пласта, включающие получение рабочей жидкости для обработки приствольной зоны, содержащей частицы с нанесенным, по меньшей мере, частичным покрытием из полимера, где полимер осаждают на частицах в результате нанесения, по меньшей мере, частичного покрытия на частицы при использовании раствора полимера, содержащего полимер и растворитель, а после этого воздействия на частицы водной средой таким образом, чтобы растворитель по существу выделялся бы из раствора полимера, и таким образом, чтобы полимер по существу оставался бы на частицах; введение рабочей жидкости для обработки приствольной зоны в часть подземного пласта; и осаждение, по меньшей мере, части частиц в части подземного пласта.
Еще один другой вариант осуществления настоящего изобретения предлагает способы создания в части подземного пласта трещины, заполненной расклинивающим наполнителем, включающие гидравлический разрыв части подземного пласта для создания или увеличения в нем, по меньшей мере, одной трещины; обеспечение наличия рабочей жидкости для гидравлического разрыва пласта, содержащей частицы с нанесенным, по меньшей мере, частичным покрытием из полимера, где полимер осаждают на частицах в результате нанесения, по меньшей мере, частичного покрытия на частицы при использовании раствора полимера, содержащего полимер и растворитель, а после этого воздействия на частицы водной средой таким образом, чтобы растворитель по существу выделялся бы из раствора полимера, и таким образом, чтобы полимер по существу оставался бы на частицах; размещение рабочей жидкости для гидравлического разрыва пласта, по меньшей мере, в одной трещине; и осаждение, по меньшей мере, части частиц, по меньшей мере, в одной трещине.
Признаки и преимущества настоящего изобретения будут более понятны специалистам в соответствующей области техники после прочтения описания предпочтительных вариантов осуществления, которое следует далее.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к способам использования частиц с нанесенным полимерным покрытием в операциях по проведению подземных работ, таких как формирование гравийной набивки, гидравлический разрыв пласта с применением расклинивающего наполнителя и гидравлический разрыв пласта.
В соответствии с положениями настоящего изобретения частицы с нанесенным, по меньшей мере, частичным покрытием из полимера можно использовать для облегчения уплотнения частиц до получения проницаемой массы, характеризующейся определенными величинами пределов прочности на сжатие и на растяжение. В общем случае полимер осаждают на частицах в результате нанесения, по меньшей мере, частичного покрытия на частицы при использовании раствора полимера, содержащего полимер и растворитель, а после этого воздействия на частицы водной средой таким образом, чтобы растворитель по существу выделялся бы из раствора полимера, оставляя после себя на частицах полимер. Подходящие для использования полимеры являются по существу растворимыми или смешиваемыми для выбранного растворителя и являются по существу нерастворимыми или несмешиваемыми для воды. Подходящие для использования растворители являются по существу растворимыми или смешиваемыми с водой. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения покрытие из полимера на частицы можно наносить в количестве в диапазоне от приблизительно 0,1% до приблизительно 25% при расчете на массу частиц. В других вариантах осуществления настоящего изобретения покрытие из полимера на частицы можно наносить в количестве в диапазоне от приблизительно 1% до приблизительно 5% при расчете на массу частиц. В конкретных вариантах осуществления настоящее изобретение предлагает низко затратный и экологически приемлемый способ нанесения на частицы покрытия из полимера, что может улучшить качество низкокачественных частиц и/или может улучшить упругость и сопротивление раздавливанию получающейся в результате набивки из частиц.
Частицы, подходящие для использования в настоящем изобретении, могут быть образованы из любого материала, подходящего для использования в операциях по проведению подземных работ. Подходящие для использования материалы частиц включают нижеследующее, но не ограничиваются только ими: песок; боксит; материалы на основе керамики; материалы на основе стекла; полимерные материалы; материалы Teflon®; куски ореховой скорлупы; куски шелухи семян; частицы отвержденной смолы, содержащие куски ореховой скорлупы; частицы отвержденной смолы, содержащие куски шелухи семян; куски фруктовых косточек; частицы отвержденной смолы, содержащие куски фруктовых косточек; древесина; частицы композитов и их комбинации. Подходящими для использования также могут быть и частицы композитов, подходящие для использования композитные материалы могут содержать связующее и материал наполнителя, где подходящие для использования материалы наполнителей включают диоксид кремния, оксид алюминия, коллоидальный углерод, технический углерод, графит, слюду, диоксид титана, мета-силикат, силикат кальция, каолин, тальк, диоксид циркония, бор, зольную пыль, пустотелые стеклянные микросферы, сплошное стекло и их комбинации. Обычно частицы с нанесенным покрытием имеют размер, соответствующий номерам сит по стандарту США в диапазоне от приблизительно 2 до приблизительно 400. В конкретных вариантах осуществления предпочтительные диапазоны распределения частиц с нанесенным покрытием по размерам соответствуют одному или нескольким вариантам, выбираемым из 6/12 для номеров сит по стандарту США, 8/16, 12/20, 16/30, 20/40, 30/50, 40/60, 40/70 или 50/70 для номеров сит по стандарту США. Необходимо понимать то, что термин «частицы» в соответствии с использованием в данном описании включает все известные формы материалов, в том числе по существу сферические материалы, волокнистые материалы, многоугольные материалы (такие как кубические материалы) и их смеси. Кроме того, волокнистые материалы, которые можно использовать, а можно и не использовать для выдерживания давления сомкнувшейся трещины, часто включают в обработки с использованием расклинивающего наполнителя и гравия. Необходимо понимать то, что термин «расклинивающий наполнитель» в соответствии с использованием в данном описании включает все известные формы материалов, в том числе по существу сферические материалы, волокнистые материалы, многоугольные материалы (такие как кубические материалы) и их смеси.
Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения являются в особенности хорошо подходящими для использования в случае низкокачественных частиц. По своей природе низкокачественным частицам часто свойственны недостатки, заключающиеся в присутствии мелких частиц и/или подверженности разрушению, что делает выгодным их использование вместе с уплотняющим или упрочняющим полимерным покрытием. В соответствии с использованием в настоящем документе термин «низкокачественные частицы» относится к частицам, которые не соответствуют, по меньшей мере, одному из стандартов по сферичности, окатанности, размеру, мутности, растворимости в кислоте, процентному содержанию мелких частиц или сопротивлению раздавливанию, изложенных в стандартах Рекомендованных правил Американского нефтяного института (API PR) с номерами 56 и 58 для расклинивающего наполнителя и гравия соответственно.
В API PR описывают минимальный стандарт по сферичности в виде, по меньшей мере, 0,6 и по окатанности в виде, по меньшей мере, 0,6. В соответствии с использованием в настоящем документе термины «сферичность» и «окатанность» определяются так, как это описывается в API PR, и могут быть оценены при использовании методик, предложенных в API PR.
В API PR 56 также предлагают некоторые общепризнанные размеры для расклинивающих наполнителей в виде 6/12, 8/16, 12/20, 20/40, 30/50, 40/70 и 70/140. Подобным же образом в API PR 58 также предлагают некоторые общепризнанные размеры для гравия в виде 8/16, 12/20, 16/30, 20/40, 30/50 и 40/60. В API PR дополнительно указывают на то минимальное процентное содержание частиц, которые должны попадать в диапазон между указанными размерами песка, и на то, что не более чем 0,1 мас.% от частиц должны иметь размер, больший, чем больший размер песка, и не более чем максимальное процентное содержание (1 мас.% в API PR 56 и 2 мас.% в API PR 58) должно иметь размер, меньший, чем малый размер частиц. Таким образом, в случае расклинивающего наполнителя 20/40 не более чем 0,1 мас.% должен иметь размер, больший, чем величина, соответствующая 20 для номера сита по стандарту США, и не более чем 1 мас.% должен иметь размер, меньший, чем величина, соответствующая 40 для номера сита по стандарту США.
В API PR 56 и 58 описывают минимальный стандарт для расклинивающего наполнителя и гравия по мутности в виде 250 ЕМФ или менее. В API PR 56 описывают минимальный стандарт для расклинивающего наполнителя по растворимости в кислоте в виде не более чем 2 мас.% потерь при проведении испытания в соответствии с методиками API PR 56 для расклинивающего наполнителя с размерами, соответствующими 6/12 для номеров сит по стандарту США и 30/50 для номеров сит по стандарту США, и в виде не более чем 3 мас.% потерь при проведении испытания в соответствии с методиками API PR 56 для расклинивающего наполнителя с размерами, соответствующими 40/70 для номеров сит по стандарту США и 70/140 для номеров сит по стандарту США. В API PR 58 описывают минимальный стандарт для гравия по растворимости в кислоте в виде не более чем 1 мас.% потерь при проведении испытания в соответствии с методиками API PR 58. В API PR 56 описывают минимальный стандарт для расклинивающего наполнителя по сопротивлению раздавливанию в виде получения не более чем предложенного максимального содержания мелких частиц, приведенного в представленной далее таблице 1 для размеров, подвергнутых испытанию.
| Таблица 1 |
| Предложенные максимальные содержания мелких частиц для расклинивающего наполнителя, подвергнутого испытанию на предел прочности при раздавливании | |||
| Размер сита (сита по стандарту США) | Раздавливающее усилие (фунты) | Напряжение на расклинивающем наполнителе (фунт/дюйм2) | Максимальное содержание мелких частиц (мас.%) |
| 6/12 | 6283 | 2000 | 20 |
| 8/16 | 6283 | 2000 | 18 |
| 12/20 | 9425 | 3000 | 16 |
| 16/30 | 9425 | 3000 | 14 |
| 20/40 | 12566 | 4000 | 14 |
| 30/50 | 12566 | 4000 | 10 |
| 40/70 | 15708 | 5000 | 8 |
| 70/140 | 15708 | 5000 | 6 |
Подобным же образом в API PR 58 описывают минимальный стандарт для гравия по сопротивлению раздавливанию в виде получения не более чем предложенного максимального содержания мелких частиц, приведенного в представленной далее таблице 2 для размеров, подвергнутых испытанию.
| Таблица 2 | |||
| Предложенные максимальные содержания мелких частиц для гравия, подвергнутого испытанию на предел прочности при раздавливании | |||
| Размер сита (сита по стандарту США) | Раздавливающее усилие (фунты) | Напряжение на гравии (фунт/дюйм2) | Максимальное содержание мелких частиц (мас.%) |
| 8/16 | 6283 | 2000 | 8 |
| 12/20 | 6283 | 2000 | 4 |
| 16/30 | 6283 | 2000 | 2 |
| 20/40 | 6283 | 2000 | 2 |
| 30/50 | 6283 | 2000 | 2 |
| 40/60 | 6283 | 2000 | 2 |
Как упоминалось выше, на частицы по настоящему изобретению наносят, по меньшей мере, частичное покрытие при использовании раствора полимера, содержащего полимер и растворитель. В общем случае в соответствии с положениями настоящего изобретения может быть использован любой полимер, который обладает термической и химической стойкостью, подходящей для использования во внутрискважинной среде, и который может способствовать образованию из частиц проницаемой массы, характеризующейся, по меньшей мере, некоторой когезионной прочностью. Подходящие для использования полимеры не являются легкорастворимыми в воде и могут быть переведены в раствор в подходящем для использования растворителе (таком как пропиленкарбонат), а после этого могут быть выведены из растворителя в осадок при помещении в водную рабочую жидкость (такую как рабочая жидкость для гидравлического разрыва пласта). В порядке примера раствор можно получить в результате растворения акрилового волокна (содержащего, по меньшей мере, приблизительно 85% акрилонитрильных звеньев) в N,N-диметилформамиде («ДМФА») до получения раствора акрилового волокна в ДМФА с концентрацией 20 мас.%; при воздействии воды гранулы акрилового полимера выпадают из раствора в ДМФА в виде осадка в воду.
Некоторые подходящие для использования полимеры включают нижеследующее, но ограничиваются только ими: акриловые полимеры, такие как акрилонитрильные полимеры, акрилонитрильные сополимеры и их смеси. Некоторые предпочтительные полимеры включают гомополимеры и сополимеры полиакрилонитрила (в том числе сополимеры акрилонитрила и метилакрилата, метилметакрилата, винилхлорида, стирола и бутадиена), полиацилаты, полиметакрилаты, поли(виниловый спирт), их производные и их смеси. В соответствии с использованием в настоящем документе термин «акриловые» полимеры обозначает любой синтетический полимер, образованный, по меньшей мере, из 85 мас.% акрилонитрильных звеньев (определение Федеральной комиссии по торговле). Таким образом, определение термина может включать гомополимеры полиакрилонитрила и сополимеры, содержащие полиакрилонитрил. Обычно они представляют собой сополимеры акрилонитрила и одного или нескольких представителей из нижеследующего: метилакрилат, метилметакрилат, винилхлорид, стирол, бутадиен. Однако подходящими для использования также могут являться и полимеры, которые не соответствуют определению акрилового полимера, (такие как те, которые содержат менее чем 85% акрилонитрила). Например, в примере 3 используют сополимер поли(акрилонитрил-бутадиен-стирол), который содержит приблизительно 25 мас.% акрилонитрила. Кроме того, специалист в соответствующей области техники из многочисленных источников может выбрать широкий ассортимент подходящих для использования полимеров (в том числе неакриловых полимеров) и растворителей. Например, при использовании опубликованных ссылок, таких как Polymer Handbook (J. Brandrup J. and E.H.Immergut, John Wiley & Sons, New York, 1989), можно было бы отыскать полимер, подходящий для его использования вместе с примерами растворителей. Например, базируясь на приведенной ранее ссылке, можно установить то, что поли(метилметакрилат) и поли(винилацетат) являются растворимыми в ацетоне, который является растворителем, растворимым/смешиваемым для воды. Полимер может присутствовать в растворе полимера в количестве в диапазоне от приблизительно 5 до приблизительно 95% при расчете на массу раствора полимера. Обычно полимер присутствует в растворе полимера в количестве в диапазоне от приблизительно 5% до приблизительно 95% при расчете на массу раствора полимера. В некоторых вариантах осуществления полимер присутствует в растворе полимера в количестве в диапазоне от приблизительно 25% до приблизительно 75% при расчете на массу раствора полимера.
Растворитель по настоящему изобретению в общем случае включает полярные апротонные растворители. В конкретных вариантах осуществления растворитель является неароматическим. Такие подходящие для использования растворители включают нижеследующее, но не ограничиваются только ими: N,N-диметилформамид («ДМФА»); ацетон; тетрагидрофуран («ТГФ»); 1,4-диоксан; диметилсульфоксид («ДМСО»); тетраметиленсульфон (сульфолан); ацетонитрил; гексаметилфосфорамид («ГМФА»); 1,3-метил-3,4,5,6-тетрагидро-2(1Н)пиримидинон («DMPU»); пропиленкарбонат, этиленкарбонат и их смеси. В конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения в качестве растворителя используют пропиленкарбонат благодаря тому, что он имеет невысокую стоимость, является относительно приемлемым с точки зрения экологии и имеет высокую температуру кипения.
После нанесения, по меньшей мере, частичного покрытия на частицы при использовании раствора полимера частицы с нанесенным полимерным покрытием подвергают воздействию водной рабочей жидкости для обработки приствольной зоны или какого-либо другого источника воды. Подходящие для использования водные среды включают пресную воду, соленую воду, рассол или любую другую водную жидкость, которая не вступает в реакцию с полимером или растворителем по настоящему изобретению неблагоприятным образом. В конкретных вариантах осуществления рабочая жидкость для гидравлического разрыва пласта, в которой частицы должны быть суспендированы, представляет собой водную среду. Вследствие высоководорастворимой природы растворителя растворитель в существенной мере и часто быстро выделяется из раствора полимера при воздействии водной среды. После выделения растворитель переходит в водную среду, оставляя после себя на поверхности частиц полимер. Осажденный таким образом полимер обычно присутствует на получающихся в результате частицах с нанесенным полимерным покрытием в количестве в диапазоне от приблизительно 0,01% до приблизительно 10% при расчете на массу частиц, предпочтительно от приблизительно 1% до приблизительно 3% при расчете на массу частиц.
В конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения можно на частицы нанести покрытие при использовании раствора полимера и ввести их в рабочую жидкость для обработки приствольной зоны, которая выступает в роли водной среды, непосредственно перед введением в подземный пласт в рамках обработки, проводимой в оперативном режиме. В соответствии с использованием в настоящем документе термин «в оперативном режиме» используют для обозначения того, что в рамках части осуществляемой обработки текущий поток непрерывно вводят в другой текущий поток таким образом, чтобы потоки объединялись и смешивались бы при одновременном продолжении течения в виде единого потока. Например, частицы с нанесенным полимерным покрытием в оперативном режиме можно смешивать с водной жидкостью (такой как рабочая жидкость для обработки приствольной зоны) до получения суспензии для обработки приствольной зоны. Такое смешивание также можно описать как смешивание «в режиме реального времени». Как должны хорошо понимать специалисты в соответствующей области техники, такое смешивание также можно осуществить и в рамках периодического или частично периодического смешивания. Однако одно преимущество смешивания в оперативном режиме в сопоставлении с периодическим или частично периодическим смешиванием заключается в уменьшении отходов благодаря наличию в оперативном режиме возможности быстрого прекращения смешивания компонентов.
В общем случае в соответствии с положениями настоящего изобретения можно использовать любую рабочую жидкость для обработки приствольной зоны, подходящую для операции по проведению подземных работ, в том числе водные гели, гели вязкоупругих поверхностно-активных веществ, вспененные гели и эмульсии. Подходящие для использования водные гели в общем случае состоят из воды и одного или нескольких гелеобразователей. Подходящие для использования эмульсии могут состоять из двух несмешиваемых жидкостей, таких как водная жидкость или подвергнутая гелеобразованию жидкость и углеводород. Пены можно получить в результате добавления газа, такого как диоксид углерода или азот. В примерах вариантов осуществления настоящего изобретения рабочие жидкости для гидравлического разрыва пласта представляют собой водные гели, состоящие из воды, гелеобразователя для обеспечения гелеобразования в воде и увеличения ее вязкости и необязательно сшивателя для сшивания геля и дополнительного увеличения вязкости рабочей жидкости. Повышенная вязкость подвергнутой гелеобразованию или гелеобразованию и сшиванию рабочей жидкости для обработки приствольной зоны, помимо прочего, обеспечивает понижение водоотдачи и делает возможным транспортирование рабочей жидкостью для гидравлического разрыва пласта значительных количеств суспендированных частиц. Вода, используемая для получения рабочей жидкости для обработки приствольной зоны, может представлять собой пресную воду, соленую воду, рассол, морскую воду или любую другую водную жидкость, которая не вступает в реакцию с другими компонентами неблагоприятным образом. В настоящем изобретении для обеспечения дополнительной возможности транспортирования и суспендирования частиц плотность воды можно увеличить.
Может быть использован широкий ассортимент гелеобразователей, в том числе гидратируемые полимеры, которые имеют одну или несколько функциональных групп, таких как гидроксильная, карбоксильная, сульфатная, сульфонатная, аминная или амидная группы. Подходящие для использования гелеобразователи обычно включают полимеры, синтетические полимеры или их комбинацию. В связи со способами и композициями настоящего изобретения может быть использован широкий ассортимент гелеобразователей, в том числе нижеследующее, но не ограничиваясь только ими: гидратируемые полимеры, которые имеют одну или несколько функциональных групп, таких как гидроксильная, цис-гидроксильная, группы карбоновых кислот, производных карбоновых кислот, сульфатная, сульфонатная, фосфатная, фосфонатная, аминная или амидная. В определенных примерах вариантов осуществления гелеобразователями могут являться полимеры, включающие полисахариды и их производные, которые содержат одно или несколько данных моносахаридных звеньев: галактозное, маннозное, глюкозидное, глюкозное, ксилозное, арабинозное, фруктозное, звенья глюкуроновой кислоты или пиранозилсульфата. Примеры подходящих для использования полимеров включают нижеследующее, но не ограничиваются только ими: гуаровая камедь и ее производные, такие как гидроксипропиловое производное гуаровой камеди и карбоксиметилгидроксипропиловое производное гуаровой камеди, и производные целлюлозы, такие как гидроксиэтилцеллюлоза. В дополнение к этому могут быть использованы синтетические полимеры и сополимеры, которые имеют вышеупомянутые функциональные группы. Примеры таких синтетических полимеров включают нижеследующее, но не ограничиваются только ими: полиакрилат, полиметакрилат, полиакриламид, поливиниловый спирт и поливинилпирролидон. В других примерах вариантов осуществления молекула гелеобразователя может быть подвергнута деполимеризации. Термин «подвергнутый деполимеризации» в соответствии с использованием в настоящем документе в общем случае обозначает уменьшение молекулярной массы молекулы гелеобразователя. Подвергнутые деполимеризации молекулы гелеобразователей описываются в патенте США №6488091, выданном 3 декабря 2002 года авторам Weaver, et al., соответствующее описание которого посредством ссылки включается в настоящий документ. Подходящие для использования гелеобразователи в общем случае присутствуют в загущенных рабочих жидкостях для обработки приствольной зоны настоящего изобретения в количестве в диапазоне от приблизительно 0,1% до приблизительно 5% при расчете на массу воды в них. В определенных примерах вариантов осуществления гелеобразователи присутствуют в загущенных рабочих жидкостях для обработки приствольной зоны настоящего изобретения в количестве в диапазоне от приблизительно 0,01% до приблизительно 2% при расчете на массу воды в них.
Для сшивания молекул гелеобразователя до получения сшитых гелеобразователей могут быть использованы сшиватели. Сшиватели обычно содержат, по меньшей мере, один ион металла, который способен обеспечить сшивание молекул. Примеры подходящих для использования сшивателей включают нижеследующее, но не ограничиваются только ими: соединения циркония (такие как, например, лактат циркония, цирконийлактаттриэтаноламин, ацетилацетонат циркония, цитрат циркония и цирконийдиизопропиламинлактат); соединения титана (такие как, например, лактат титана, цитрат титана, лактат титана-аммония, титантриэтаноламин и ацетилацетонат титана); соединения алюминия (такие как, например, лактат алюминия или цитрат алюминия); соединения сурьмы; соединения хрома; соединения железа; соединения меди; соединения цинка; или их комбинация. Пример подходящего для использования коммерчески доступного сшивателя на основе циркония представляет собой «CL-24», доступный от компании Halliburton Energy Services, Inc., Данкан, Оклахома. Пример подходящего для использования коммерчески доступного сшивателя на основе титана представляет собой «CL-39», доступный от компании Halliburton Energy Services/ Inc., Данкан, Оклахома. Подходящие для использования сшиватели в общем случае присутствуют в загущенных рабочих жидкостях для обработки приствольной зоны настоящего изобретения в количестве, достаточном для достижения, помимо прочего, желательной степени сшивания между молекулами гелеобразователя. В определенных примерах вариантов осуществления настоящего изобретения сшиватели могут присутствовать в количестве в диапазоне от приблизительно 0,001% до приблизительно 10% при расчете на массу воды в рабочей жидкости для гидравлического разрыва пласта. В определенных примерах вариантов осуществления настоящего изобретения сшиватели могут присутствовать в загущенных рабочих жидкостях для обработки приствольной зоны настоящего изобретения в количестве в диапазоне от приблизительно 0,01% до приблизительно 1% при расчете на массу воды в них. Специалисты в соответствующей области техники, воспользовавшись выгодами от ознакомления с данным описанием, установят точные тип и количество используемого сшивателя в зависимости от таких факторов, как конкретный гелеобразователь, желательная вязкость и пластовые условия.
Подвергнутые гелеобразованию или гелеобразованию и сшиванию рабочие жидкости для обработки приствольной зоны также могут содержать и внутренние разжижители геля замедленного действия, такие как фермент, окислитель, кислотный буфер или термически активируемые разжижители геля. Разжижители геля стимулируют обратное превращение вязких рабочих жидкостей для обработки приствольной зоны в разжиженные рабочие жидкости, которые можно выводить обратно на поверхность после того, как их используют для размещения частиц в подземных трещинах. В рабочей жидкости для обработки приствольной зоны используемый разжижитель геля обычно присутствует в количестве в диапазоне от приблизительно 0,5% до приблизительно 10% при расчете на массу гелеобразователя. Рабочие жидкости для обработки приствольной зоны также могут содержать одну или несколько добавок из широкого ассортимента хорошо известных добавок, таких как стабилизаторы геля, понизители водоотдачи, стабилизаторы неустойчивых глин, бактерициды и тому подобное.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения можно на частицы наносить покрытие при использовании раствора полимера и подвергать их воздействию водной среды значительно раньше введения в подземный пласт, создавая частицы с нанесенным полимерным покрытием, которые можно использовать в некоторый момент в будущем.
В результате нанесения на частицы покрытия из полимера настоящего изобретения качество частиц может быть улучшено, в частности, в вариантах осуществления, использующих низкокачественные частицы. В дополнение к улучшению низкокачественных частиц, позволяющему сделать их подходящими для использования в сфере применения гидравлического разрыва пласта, конкретные варианты осуществления могут обеспечить улучшение упругости набивки из частиц, содержащей частицы с нанесенным полимерным покрытием настоящего изобретения. В конкретных вариантах осуществления получающиеся в результате частицы могут демонстрировать улучшенное сопротивление раздавливанию, могут быть менее подвержены воздействию сосредоточенных нагрузок и/или могут обладать лучшей способностью выдерживать воздействие циклических напряжений. Нанесенное полимерное покрытие настоящего изобретения также может обеспечить уменьшение образования мелких частиц в результате захватывания мелких частиц, отделяющихся от частиц, что предотвращает негативное влияние мелких частиц на потенциал по добыче из буровой скважины.
В конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения на частицы с нанесенным полимерным покрытием также можно нанести, по меньшей мере, частичное покрытие из разделителя. Благодаря нанесению покрытия из разделителя на частицы, на которые было нанесено покрытие из полимера, способы настоящего изобретения приобретают способность обеспечивать временное уменьшение «липкости» частиц, подвергнутых обработке, что, таким образом, предотвращает или сводит к минимуму агломерирование частиц и размазывание полимера по поверхностям оборудования перед введением в подземный пласт. По этой причине использование разделителя может оказаться в особенности подходящим тогда, когда частицы с нанесенным полимерным покрытием не будут вводить в подземный пласт непосредственно (то есть в операциях, не проводимых «в оперативном режиме»). Разделители, подходящие для использования в настоящем изобретении, представляют собой те вещества, которые будут удаляться, как только частицы будут введены в рабочую жидкость для обработки приствольной зоны, такую как рабочая жидкость для гидравлического разрыва пласта или для формирования гравийной набивки. Кроме того, разделители, подходящие для использования в настоящем изобретении, не должны взаимодействовать с полимером, нанесенным в виде покрытия на частицы, в случае его использования и не должны взаимодействовать с рабочей жидкостью для обработки приствольной зоны. В конкретных вариантах осуществления разделитель в виде покрытия наносят на частицы с нанесенным полимерным покрытием в количестве в диапазоне от приблизительно 1% до приблизительно 20% при расчете на массу частиц с нанесенным полимерным покрытием. В конкретных вариантах осуществления покрытие из разделителя наносят по существу на всю поверхность нанесенного полимерного покрытия.
Разделителями, подходящими для использования в настоящем изобретении, являются те материалы, которые способны сформировать покрытие на нанесенном полимерном покрытии частиц и ослабить характеристики липкости нанесенного полимерного покрытия. Подходящими для использования разделителями могут являться вещества, которые будут быстро удаляться в присутствии водной жидкости. Примеры подходящих для использования разделителей, которые будут быстро растворяться в водной жидкости, включают соли (такие как каменная соль, поваренная соль мелкого помола, КСl и другие твердые соли, известные на современном уровне техники), сульфат бария, бензойную кислоту, поливиниловый спирт, карбонат натрия, бикарбонат натрия и их смеси. Разделитель также может являться веществом, которое в присутствии водной жидкости удаляется более медленно. Разделители, которые удаляются более медленно, делают возможным использование большего времени для размещения частиц с нанесенным покрытием. Примеры подходящих для использования разделителей, которые будут в водной жидкости растворяться более медленно, включают оксид кальция, разлагающиеся полимеры, такие как полисахариды; хитины; хитозаны; белки; алифатические сложные полиэфиры; поли(лактиды); поли(гликолиды); поли(ε-капролактоны); поли(гидроксибутираты); поли(ангидриды); алифатические поликарбонаты; сложные поли(орто-эфиры); поли(аминокислоты); поли(этиленоксиды); и поли(фосфазены); и их смеси.
Для облегчения лучшего понимания настоящего изобретения приводятся следующие далее примеры предпочтительных вариантов осуществления. Следующие далее примеры никоим образом не должны восприниматься в качестве ограничения или определения объема изобретения.
ПРИМЕРЫ
Пример 1
Акриловые волокна (содержащие, по меньшей мере, приблизительно 85% акрилонитрильных звеньев) растворяли в N,N-диметилформамиде (ДМФА) до получения раствора акриловых волокон в ДМФА с концентрацией 20 массовых процентов. После этого раствор прикапывали в воду, и гранулы акрилового полимера выпадали из ДМФА в виде осадка в воду.
Пример 2
Акриловые волокна (содержащие, по меньшей мере, приблизительно 85% акрилонитрильных звеньев) растворяли в пропиленкарбонате до получения раствора акриловых волокон в пропиленкарбонате с концентрацией 20 мас.%. После этого десять граммов раствора акриловых волокон в пропиленкарбонате использовали для нанесения покрытия на 100 граммов песка Brady 20/40. После этого песок с нанесенным покрытием помещали в воду, и пропиленкарбонат выходил из раствора, а акриловый полимер согласно наблюдениям осаждался на поверхности частиц песка с получением приблизительно 2 мас.% покрытия из полимера.
Пример 3
Десять граммов сополимера поли(акрилонитрил-бутадиен-стирол) (содержащего приблизительно 25 мас.% акрилонитрила) растворяли в 90 граммах пропиленкарбоната при приблизительно 110-120°F. После этого три миллилитра получающегося в результате жидкого раствора полимера использовали для нанесения покрытия приблизительно на 100 граммов песка Brady 20/40. Затем песок с нанесенным покрытием суспендировали в приблизительно 200 мл водного жидкого ксантанового геля, и тогда, когда растворитель попадал в водный жидкий ксантановый гель, сополимер поли(акрилонитрил-бутадиен-стирол) выходил из пропиленкарбоната и осаждался на песке.
Поэтому настоящее изобретение хорошо адаптировано для достижения упомянутых целей и преимуществ, а также тех из них, которые свойственные ему по его природе. Несмотря на то, что специалисты в соответствующей области техники смогут реализовать множество изменений, такие изменения включаются в сущность данного изобретения, определенную в прилагаемой формуле изобретения.
1. Способ обработки подземного пласта, включающий:
обеспечение наличия рабочей жидкости для обработки приствольной зоны, содержащей частицы с нанесенным, по меньшей мере, частичным покрытием из полимера, где полимер осаждают на частицах в результате нанесения, по меньшей мере, частичного покрытия на частицы при использовании раствора полимера, содержащего полимер и растворитель, а после этого воздействия на частицы водной среды таким образом, чтобы растворитель, по существу, выделялся бы из раствора полимера, и таким образом, чтобы полимер, по существу, оставался бы на частицах;
введение рабочей жидкости для обработки приствольной зоны в часть подземного пласта; и
осаждение, по меньшей мере, части частиц в части подземного пласта.
2. Способ по п.1, где рабочая жидкость для обработки приствольной зоны содержит водную жидкость и гелеобразователь.
3. Способ по п.1, где полимер включает, по меньшей мере, один представитель из нижеследующих: полиакрилонитрил, сополимер акрилонитрила и метилакрилата, сополимер акрилонитрила и метилметакрилата, сополимер акрилонитрила и винилхлорида, сополимер акрилонитрила и стирола, сополимер акрилонитрила и бутадиена, полиацилат, полиметакрилат, поли(виниловый спирт) или производное поли(винилового спирта).
4. Способ по п.1, где растворитель включает полярный апротонный растворитель.
5. Способ по п.1, где растворитель включает, по меньшей мере, один представитель из нижеследующих: N,N-диметилформамид; ацетон; тетрагидрофуран; 1,4-диоксан; диметилсульфоксид; тетраметиленсульфон; ацетонитрил; гексаметилфосфорамид; 1,3-метил-3,4,5,6-тетрагидро-2(1Н)пиримидинон; пропиленкарбонат или этиленкарбонат.
6. Способ по п.1, где полимер в растворе полимера присутствует в количестве в диапазоне от приблизительно 5% до приблизительно 95% при расчете на массу раствора полимера.
7. Способ по п.1, где на частицы наносят покрытие при использовании полимера в количестве в диапазоне от приблизительно 0,1% до приблизительно 25% при расчете на массу частиц.
8. Способ по п.1, где введение рабочей жидкости для обработки приствольной зоны в пласт дополнительно определяют гидравлическим разрывом, по меньшей мере, части подземного пласта с образованием, по меньшей мере, одной трещины, в которую вводят рабочую жидкость для обработки приствольной зоны.
