Проппант с самозагеливающимся покрытием, способ его получения и способ его применения
Изобретение относится к нефтяной и газовой отрасли, в частности к добыче с использованием технологии гидроразрыва продуктивных нефтяных пластов. Технический результат - получение проппанта с тонким покрытием, способным набухать при взаимодействии с водой, образуя рабочую жидкость с расклинивающим агентом, готовую к закачке, и обеспечивающего необходимую для работ ГРП песконесущую способность рабочей жидкости и оптимальные реологические свойства, что снижает количество химических реагентов и вред для окружающей среды грунта. Гранулы проппанта алюмосиликатного или магнийсиликатного состава смешивают с водным раствором полимера. В составе раствора используют анионный водорастворимый полимер Полипроп-2-енамид, гидролизованный 2-этилгексилпроп-2-еноатом, в виде гидратированного порошка или эффективного флокулянта, флотореагента, диспергатора, загустителя на синтетической основе. После гидратации и набухания полимера вокруг гранулы образуется слой покрытия с толщиной от 10% от диаметра проппанта. 3 н.п. ф-лы, 3 пр., 1 табл.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к нефтяной и газовой отрасли, в частности к добыче с использованием технологии гидроразрыва пласта (ГРП) продуктивных нефтяных пластов. Более конкретно, изобретение относится к созданию расклинивающих агентов - проппантов любого класса, как алюмосиликатных, так и/или магнийсиликатных (магнезиальных) проппантов. В частности, изобретение относится к созданию расклинивающих агентов, имеющих на своей поверхности тонкое покрытие, которое при гидратации набухает, создавая между гранулами проппанта прослойку набухшего гидрополимера, образуя тем самым устойчивую суспензию и препятствующую оседанию гранул пропантов в водном растворе. Предложен способ получения проппанта, проппант, полученный данным способом и применение проппанта при добыче углеводородов.
Уровень техники
Известен способ изготовления cамосуспендирующихся проппантов для гидравлического разрыва пласта (См. патент на изобретение №2602250 по кл. С09K 8/80 (2006.01) Е21В 43/267 (2006.01), заявл. 30.08.2012 г., опубл. 10.10.2016. «Самосуспендирующиеся проппанты для гидравлического разрыва пласта»).
Однако в известном способе в качестве субстрата (основы) используется сухой песок с остаточной влажностью менее 0,1%, на поверхность которого насосом, через распылительную насадку разбрызгивают композицию жидкого полимера, состоящую из предложенных вариантов реализации изобретения: гидрофобный сомономер, выбранный из группы, содержащей алкилакрилатные эфиры, N-алкилакриламиды, N-изопропилакриламид, пропиленоксид, стирол и винилкапролактам или осушенное гидрогелевое покрытие, способное увеличиваться в объеме при контакте с водными текучими средами, образуя набухающее гидрогелевое покрытие с толщиной по меньшей мере на 10% больше, чем в осушенной форме, или полимер, выбранный из группы, содержащей полиакриламид, (поли)акриловую кислоту, сополимеры акриламида с солями акриловой кислоты, карбоксиметилцеллюлозу, гидроксиметилцеллюлозу, гидроксипропилцеллюлозу, гуаровую смолу, карбоксиметил гуар, карбоксиметил-гидроксипропилгуаровую смолу (смолу КМГПГ), гидрофобно ассоциированные разбухающие эмульсионные полимеры и латексные полимеры и дополнительно в вариантах реализации изобретения содержащие химические добавки, выбранные из группы, состоящей из ингибиторов образования отложений, биоцидов, деструкторов, агентов, регулирующих выпадение парафиновых отложений, агентов, регулирующих выпадение асфальтеновых отложений и маркеров, что приводит к увеличению состава используемой полимерной композиции и увеличения её содержания на поверхности субстрата для обеспечения полного покрытия субстрата (основы) и приводит к увеличению стоимости сырья.
Также известен способ получения самосуспендирующихся проппантов, его приготовление и использование, включающий использование в качестве наполнителя одного или более из следующих материалов: кварцевый песок, керамицит, металлические частицы, сферические частицы стекла, спеченный боксит, спеченный глинозем, спеченный цирконий, синтетическая смола, плакированный песок и частицы измельченной ореховой скорлупы, нагрев субстрата, добавление адгезива, перемешивание и добавление водорастворимого полимерного материала (См. патент РФ на изобретение №2652592 по кл. C09K 8/80 (2006.01), C09K 8/88 (2006.01), C09K 8/90 (2006.01), C09K 8/92 (2006.01), E21B 43/267 (2006.01), заявл. 27.03.2015 г., опубл. 27.04.2018 г. «Самосуспендирующийся проппант, его приготовление и использование».
Недостатками известного способа является то, что на субстрат (основу) первоначально наносят адгезив, для чего субстрат подвергают нагреву, после чего наносят адгезив состоящий преимущественно из синтетических смол и затем, после закрепления наносят водорастворимый полимер. Данный метод (использование адгезива) влечет за собой увеличение себестоимости выпускаемой продукции за счет введения дополнительного компонента. Еще одним недостатком является то, что для нанесения самосуспендирующегося покрытия предварительно субстрат (основу) нагревают, что приводит к увеличению энергозатрат и время по изготовлению проппантов.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому способу получения проппантов и выбранным в качестве наиболее близкого аналога является самосуспендирующиеся проппанты для гидравлического разрыва (См. патент РФ №2621239 по кл. МПК C09K 8/80 (2006.01), заявл. 15.03.2013 г., опубл. 10.06.2016 г. «Самосуспендирующиеся проппанты для гидравлического разрыва»), согласно которому в гидрогелевое покрытие предпочтительно содержит полимер, выбранный из группы, состоящей из полиакриламида, гидролизованного полиакриламида, сополимеров акриламида с ионными сомономерами, содержащими этиленовую ненасыщенность, сополимеров акриламида с солями акриловой кислоты, полиакриловой кислоты или ее солей, карбоксиметилцеллюлозы, гидроксиэтилцеллюлозы, гидроксипропилцеллюлозы, гуаровой смолы, карбоксиметилгуара, карбоксиметилгидроксипропилгуара, гидрофобноассоциированных набухающих эмульсионных полимеров и латексных полимеров. Количество гидрогелевого покрытия может составлять менее примерно 5 мас.% от общей сухой массы.
Основным недостатком указанного выше изобретения является то, что для изготовления самосуспендирующихся пропантов применяется такой же способ, что описан в изобретении №2602250, а именно композицию жидкого полимера посредством насоса и через распылительную насадку, разбрызгивают по поверхности песка на конвейере, после чего песок, подвергнутый воздействию жидкого полимера, поступает в смеситель с низким сдвигом, в котором происходит перемешивание, что влечет за собой риск неравномерного промешивания и для избегания которого количество полимерной композиции должно быть достаточным для получения полного модифицирования поверхности песка.
Другим отличием является то, что в качестве гидрогелевого покрытия или полимеризации in situ выбраны из следующих мономеров или их солей: акриловая кислота, метакриловая кислота, акриламид, метакриламид, и производные указанных соединений, карбоксиэтилакрилат, гидроксиэтилметакрилат (НЕМА), гидроксиэтилакрилат (НЕА), акрилаты полиэтиленгликоля (ПЭГ-акрилаты), N-изопропилакриламид (NiPA), 2-акриламидо-2-метил-1-пропансульфоновая кислота (AMPS), натриевая соль стиролсульфоната, винилсульфоновая кислота, (мет)аллилсульфоновая кислота, винилфосфоновая кислота, N-винилацетамид, N-метил-N-винилацетамид, N-винилформамид, N-метил-N-винилформамид, N-винилпирролидон, N-бутиролактам или N-винилкапролактам, малеиновый ангидрид, итаконовая кислота, винилацетат, хлорид диметилдиаллиламмония; кватернизованный диметиламиноэтилметакрилат (DMAEMA), хлорид (мет)акриламидо-пропил-триметиламмония, хлорид метилвинилимидазолия; 2-винилпири-дин; 4-винилпиридин, и подобные соединения, недостатком приведенного примера является необходимость подбора соотношений ионных мономеров к неионным мономерам − может быть выбрано для получения гидрогеля с различной плотностью зарядов, что влечет за собой увеличение операций при нанесении покрытия.
Раскрытие изобретения
Задачей предлагаемого изобретения является создание способа получения проппанта с тонким покрытием, способным набухать при взаимодействии с водой, образуя рабочую жидкость с расклинивающим агентом, готовую к закачке и обеспечивающего необходимую для работ по технологии гидроразрыва пласта (ГРП) песконесущую способность рабочей жидкости.
Техническим результатом, позволяющим решить эту задачу, является получение проппанта с тонким покрытием, способным набухать при взаимодействии с водой, образуя рабочую жидкость с расклинивающим агентом, готовую к закачке, и обеспечивающего необходимую для работ ГРП песконесущую способность рабочей жидкости, за счет чего решаются задачи по снижению затрат для доставки гелеобразователей на скважину; нет необходимости добавлять дополнительную несущую жидкость; осуществляется снижение количества химических реагентов используемых при работах ГРП, что снижает вред для окружающей среды грунта; равномерное распределение по всей длине трещины, создаваемой в ходе ГРП, обеспечивая более глубокое проникновение частиц проппанта в трещине за счет лучшей текучести; получение оптимальных реологических свойств вне зависимости от источника воды и её химического состава.
Поставленная задача достигается тем, что предложен способ получения проппанта с нанесением на поверхность проппанта полимерного покрытия, набухающего при взаимодействии с водой и/или водными растворами с образованием после гидратации и набухания покрытия вокруг гранулы проппанта с толщиной от 10% от диаметра проппанта, включающий приготовление полимерного раствора, смешивание проппанта в массе полимерного раствора, извлечение проппанта из полимерного раствора, сушку, дезинтеграцию, грохочение, при этом в качестве основы для нанесения полимера используют как алюмосиликатные, так и магнийсиликатные проппанты, а в качестве полимера используют анионный водорастворимый полимер Полипроп-2-енамид, гидролизованный 2-этилгексилпроп-2-еноатом (Полиакриламид гидролизованный 2-этилгексилакрилатом) в виде гидратированного порошка или полимерных эффективных флокулянтов, флотореагентов, диспергаторов, загустителей на синтетической основе.
Также поставленная задача решается посредством проппанта, полученного вышеуказанным способом и посредством применения вышеуказанного проппанта с самонабухающим полимерным покрытием в качестве расклинивающего агента, не требующего жидкости носителя из гуаро-боратной системы или синтетической.
Осуществление изобретения
Заявляемый способ осуществляют следующим образом.
Вначале выполняют приготовление полимерного раствора. Далее осуществляют смешивание проппанта в массе приготовленного полимерного раствора. По прошествии времени извлекают проппант из полимерного раствора. Далее осуществляют сушку проппанта и разделение крупных слипшихся комков на элементарные частицы гранул (дезинтеграцию). Затем высушенный и разделенный проппант подвергают грохочению. При этом в качестве основы для нанесения полимера могут использоваться проппанты любого класса, как алюмосиликатные, так и магнийсиликатные проппанты, а в качестве полимера используют анионный водорасторимый полимер Полипроп-2-енамид, гидролизованный 2-этилгексилпроп-2-еноатом (Полиакриламид, гидролизованный 2-этилгексилакрилатом) в виде гидратированного порошка или других полимерных эффективных флокулянтов, флотореагентов, диспергаторов, загустителей на синтетической основе. Способ получения проппанта осуществляется с нанесением на поверхность проппанта полимерного покрытия набухающего при взаимодействии с водой и/или водными растворами с образованием покрытия вокруг гранулы проппанта, при этом после гидратации и набухания указанное покрытие имеет толщину от 10% от диаметра проппанта.
Ниже приведен более подробный пример одного из частных вариантов осуществления заявленного способа. Данный пример приведен исключительно в целях более ясного понимания заявленного способа и не может трактоваться для сужения/ограничения объема правовой охраны заявленного способа. В данном примере в качестве полимера использовали анионный водорастворимый полимер Полипроп-2-енамид, гидролизованный 2-этилгексилпроп-2-еноатом (регистрационный номер CAS: 157856-35-5). При этом технология осуществления заявленного способа является универсальной и аналогичной для случая использования в качестве полимера полимерных эффективных флокулянтов, флотореагентов, диспергаторов, загустителей на синтетической основе.
Вначале готовят полимерный раствор, например, гидрополимерный состав в виде водного раствора, где воду техническую дозируют в аппарат, снабженный мешалкой, в количестве примерно от 90 до 96,0 мас.%. Данный диапазон приведен исключительно для конкретного примера и выбор именно этого диапазона не влияет напрямую на достижение заявленного технического результата. В заявленном способе может применяться довольно широкий диапазон мас.% воды технической. Более того, в заявленном способе может быть использован в целом иной полимерный раствор. Далее включают мешалку, например с оборотами примерно 100 об/мин, и при постоянном перемешивании медленно высыпают полимер в количестве примерно от 4,0 мас.% до 10 мас.% и перемешивают в течение примерно 90 секунд, после получения полной гидратации полимера в полученный водный раствор полимера выгружают гранулы проппанта в количестве примерно 70 мас.% от всего объема замеса и перемешивают в течение примерно 3 мин. до получения однородной суспензии. Приведенные выше диапазоны значений (об/мин мешалки, мас.% полимера и гранул полимера, секунды и минуты перемешивания) также приведены исключительно для конкретного примера и выбор именно этих значений/диапазонов не влияет напрямую на достижение заявленного технического результата. Так, выбор мас.% полимера обусловлен диапазоном мас.% воды технической и необходимостью получения итоговых 100 мас.%. В заявленном способе могут применяться различные значения/диапазоны вышеуказанных величин. Затем останавливают мешалку смесителя и содержимое осматривают, при необходимости продолжают перемешивание до получения равномерного покрытия, затем покрытые полимерным раствором проппанты выгружают на ленту сушилки и сушат в примерном диапазоне температур 90-105°С (диапазон температур приведен исключительно для конкретного примера и может быть изменен). Высушенный проппант выгружают из сушилки на виброгрохот, где происходит разрушение слипшихся комков проппанта на гранулы, после чего смесь покрытого проппанта в виде остатков слипшихся частиц и гранул подвергают грохочению для отделения слипшихся гранул и не прореагировавшего полимера от гранул готовой продукции и направляют на упаковку.
Основная сущность и новизна изобретения основаны на использовании в качестве основы для нанесения полимера алюмосиликатных или магнийсиликатных проппантов, а в качестве полимера − анионного водорастворимого полимера Полипроп-2-енамид, гидролизованный 2-этилгексилпроп-2-еноатом (Полиакриламид, гидролизованный 2-этилгексилакрилатом) в виде гидратированного порошка или полимерных эффективных флокулянтов, флотореагентов, диспергаторов, загустителей на синтетической основе.
Ниже приведены разъяснения применения проппанта при добыче углеводородов. Проппанты с самонабухающим покрытием загружают в чан гидратационной установки в поток жидкости с деэмульгатором и деструктором и при помощи насоса закачивают в скважину.
Подтверждающие примеры в части применения проппанта при добыче углеводородов. В данных примерах в качестве проппанта использовали алюмосиликатные проппанты (в частности, проппант ROSPROP фракции 16/20). При этом технология осуществления заявленного способа является универсальной и аналогичной для случая использования в качестве проппанта магнийсиликатных проппантов.
Пример №1
Для приготовления рабочей жидкости ГРП берут проппант с самонабухающим покрытием с концентрацией проппантной пачки в жидкости 700 кг/м3 и определяют реологические свойства получаемой рабочей жидкости.
Пример №2
Для приготовления рабочей жидкости ГРП берут проппант с самонабухающим покрытием с концентрацией проппантной пачки в жидкости 900 кг/м3 и определяют реологические свойства получаемой рабочей жидкости.
Пример №3
Для приготовления рабочей жидкости ГРП берут проппант с самонабухающим покрытием с концентрацией проппантной пачки в жидкости 400 кг/м3 и определяют реологические свойства получаемой рабочей жидкости.
Реализация способа приготовления рабочей жидкости ГРП из проппантов с самонабухающим покрытием и её реологические свойства иллюстрируются конкретными примерами. См. Таблицу 1:
Таблица 1. Реологические свойства набухших гранул фракции 16/20 проппанта средней плотности из расчета приготовления пропант-вода
| № п/п | Состав | |||
| Состав 1 | Состав 2 | Состав 3 | Прототип | |
| Вода 1000 м3 Проппант 700 кг |
Вода 1000 м3 Проппант 900 кг |
Вода 1000 м3 Проппант 400 кг |
Чистая жидкость без проппанта | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Содержание полимера на проппанте, кг/м3 | 5,0 | 7,0 | 3,0 | 5,0 |
| Вязкость рабочей жидкости по Брукфильду DV-II+ Pro, шпиндель 63, 10 об/мин | 4667 | 8386 | 2883 | 5447 |
| Вязкость рабочей жидкости по Брукфильду DV-II+ Pro шпиндель 63, 20 об/мин | 2879 | 4925 | 1902 | 3299 |
| Вязкость рабочей жидкости по Брукфильду DV-II+ Pro шпиндель 63, 50 об/мин | 2054 | Error* | 1089 | 2000 |
| Статическое напряжение сдвига, вязкость рабочей жидкости через 10 сек, сПз | 9,6 | 12,4 | 4,8 | 3,2 |
| Статическое напряжение сдвига, вязкость рабочей жидкости через 10 мин, сПз | 31,2 | 33,7 | 15,2 | 9,3 |
* − измерительный прибор выдает ошибку измерения, раствор густой (рабочая жидкость в данном случае является настолько густой, что датчик измерительного прибора не может определить ее значение).
Анализ данных показывает, что заявляемый способ приготовления рабочей жидкости ГРП с проппантом сопоставим с реологией чистой жидкости ГРП без проппанта.
1. Способ получения проппанта, с нанесением на поверхность проппанта полимерного покрытия, набухающего при взаимодействии с водой и/или водными растворами с образованием после гидратации и набухания слоя покрытия вокруг гранулы проппанта с толщиной от 10% от диаметра проппанта, включающий приготовление полимерного раствора, смешивание проппанта в массе полимерного раствора, извлечение проппанта из полимерного раствора, сушку, дезинтеграцию, грохочение, при этом в качестве основы для нанесения полимера используют как алюмосиликатные, так и магнийсиликатные проппанты, а в качестве полимера используют анионный водорастворимый полимер Полипроп-2-енамид, гидролизованный 2-этилгексилпроп-2-еноатом в виде гидратированного порошка или полимерных эффективных флокулянтов, флотореагентов, диспергаторов, загустителей на синтетической основе.
2. Проппант, полученный способом по п.1 в виде гранул размером 0,20-2,36 мм, имеющий алюмосиликатную или магнийсиликатную основу с нанесенным на поверхность полимерным покрытием, набухающим при взаимодействии с водой и/или водными растворами с образованием после гидратации и набухания слоя покрытия вокруг гранулы проппанта с толщиной от 10% от диаметра проппанта, где в качестве полимера используют анионный водорастворимый полимер Полипроп-2-енамид, гидролизованный 2-этилгексилпроп-2-еноатом.
3. Применение проппанта с покрытием по п.2 или проппанта с покрытием, полученного способом по п.1, при добыче углеводородов.
