Применение оболочечной жидкости орехов кешью при выполнении гидроразрыва пласта и для предотвращения поступления песка в скважину - RU2715137C1
Код документа: RU2715137C1
Чертежи
Описание
КРАТКАЯ ССЫЛКА НА СВЯЗАННЫЕ ЗАЯВКИ
[0001] Эта заявка утверждает преимущественное право заявки США № 15/173851, поданной 6 июня 2016 года, и заявки США № 15/593801, поданной 12 мая 2017 года, причем обе они включены в данный документ путем ссылки во всей их полноте.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Предмет данного изобретения относится к способам обработки подземных пластов, таким как гидроразрыв пласта и предотвращение поступления песка в скважину, и, в частности, использование легких полимеров, полученных из оболочечной жидкости орехов кешью, в качестве расклинивающего агента, используемого для расклинивания трещин в процессе выполнения гидроразрыва или в виде зернистого материала при использовании способов предотвращения поступления песка в скважину, таких как гравийная набивка и выполнение гидроразрыва с установкой гравийных фильтров.
[0003] Гидравлический разрыв пласта увеличивает поток из подземного пласта необходимых флюидов, таких как нефть и газ, и включает размещение жидкости для гидроразрыва пласта в подземном пласте или зоне со скоростью и давлением, которые достаточны для создания давления в пласте или зоне с сопутствующим образованием в них трещины.
[0004] Помимо создания трещины, жидкость для гидроразрыва также транспортирует в трещину материал, используемый для расклинивания трещин. Материал, используемый для расклинивания трещин, удерживает разрыв открытым после снижения величины приложенного давления. Кроме того, материал, используемый для расклинивания трещины, устанавливает проводящие средства, по которым флюиды пласта перетекают к стволу скважины. Поскольку материал, используемый для расклинивания трещин, обеспечивает более высокую проводимость, чем окружающая порода, в районе трещины обеспечивается большой потенциал для производства углеводородов.
[0005] Материалы, используемые для расклинивания трещин, применяемые в данной области техники, содержат песок, стеклянные бусины, скорлупы грецкого ореха, металлическую пленку, а также песок с полимерным покрытием, керамику, спеченный боксит и тому подобные материалы. Для выдерживания высоких давлений, которые формируются в скважине, материал, используемый для расклинивания трещин, должен характеризоваться достаточной прочностью. Относительная прочность материалов, используемых для расклинивания трещин, увеличивается вместе с соответствующими им величинами предполагаемых удельными плотностями (ПУП), обычно в диапазоне от 2,65 для песков до 3,4 для спеченного боксита. К сожалению, увеличение ПУП непосредственно приводит к возрастанию трудностей при транспортировке используемого для расклинивания трещин материала, и уменьшению охваченных трещинами объемов, что уменьшает проводимость трещин.
[0006] В последнее время в качестве расклинивающих агентов используются сверхлегкие материалы (СЛМ), поскольку они уменьшают скорость флюидов, которая необходима для поддержания транспортировки расклинивающего агента в пределах трещины, что, в свою очередь, обеспечивает большой объем созданной зоны разлома, охваченной трещинами. Несмотря на все достижения в области техники, остается потребность в альтернативных сверхлегких материалах, используемых для расклинивания трещин, которые демонстрируют высокую прочность составляющих частиц под воздействием высоких давлений. Желательно, чтобы подобные легкие материалы, используемые для расклинивания трещин, имели хорошую устойчивость к химическим воздействиям и отличались бы стабильностью при высоких температурах.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0007] Способ гидроразрыва подземного пласта включает введение в пласт под давлением, достаточным для создания или увеличения трещин пласта композиции для гидроразрыва, содержащей носитель и полимерные макрочастицы, полученные из оболочечной жидкости орехов кешью, причем полимерные макрочастицы имеют предполагаемую удельную плотность, не превышающую 2,4. Полимерные частицы могут быть, главным образом, сферическими.
[0008] Способ гидроразрыва подземного пласта включает введение в пласт под давлением, достаточным для создания или увеличения трещин в пласте композиции для гидроразрыва, содержащей носитель и полимерные макрочастицы, полученные из оболочечной жидкости ореха кешью, причем полимерные макрочастицы, имеющие предполагаемую удельную плотность, не превышающую 2,4; и формирование в созданном разломе набивки расклинивающим агентом, содержащим полимерные макрочастицы, причем набивка расклинивающим агентом проницаема для получаемых из ствола скважины флюидов, и, по существу, предотвращает процессы попадания пластовых материалов из пласта в ствол скважины или уменьшает объемы подобных материалов. Полимерные частицы могут быть, главным образом, сферическими.
[0009] Способ предотвращения попадания песка в скважину для ствола скважины, проникающей в подземный пласт, включает введение в ствол скважины суспензии полимерных частиц, полученных из оболочечной жидкости ореха кешью и флюида-носителя, причем полимерные частицы имеют предполагаемую удельную плотность, не превышающую 2,4; и размещение полимерных частиц, расположенных вблизи подземного пласта, с образованием проницаемой для флюида набивки расклинивающим агентом, которая уменьшает или существенно предотвращает прохождение частиц пласта из подземного пласта в ствол скважины, одновременно пропуская флюиды пласта из подземного пласта в ствол скважины.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0010] Следующие описания не должны рассматриваться как ограничивающие. Со ссылкой на прилагаемые чертежи аналогичные элементы пронумерованы.
[0011] На Фиг. 1 проиллюстрирован график, демонстрирующий проводимость и проницаемость как функцию от давления смыкания трещины.
[0012] На Фиг. 2 проиллюстрирован график, демонстрирующий ширину набивки расклинивающим агентом как функцию от давления смыкания трещины при разных температурах.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0013] Авторы настоящего изобретения обнаружили, что легкие и/или, существенным образом, нейтрально-плавучие полимерные расклинивающие агенты или вещества, предотвращающие попадание песка в скважину (в совокупности «макрочастицы»), полученные из оболочечной жидкости ореха кешью, обладают превосходной химической стойкостью и устойчивы при температурах, примерно, до 450°C. В частности, полученные из оболочечной жидкости орехов кешью полимерные частицы, могут иметь температуру стеклования, примерно, до 450°С. Кроме того, полученные из оболочечной жидкости орехов кешью полимерные частицы, могут иметь растворимость в кислотах, таких как плавиковая кислота и соляная кислота, менее 1% при температуре 65°C (150°F). Полимерные частицы также обладают превосходной прочностью на раздавливание, обычно известной как сопротивление раздавливанию. В частности, полимерные частицы характеризуются наличием тонкозернистой фракции в количестве 5% или менее чем 3%, или равное 2% или менее, в качестве меры прочности на раздавливание в соответствии со стандартом Американского института нефти (API) RP60 при давлении смыкания от 6 000 до 16 000 фунтов на квадратный дюйм, в том числе при определенных давлениях смыкания, равных 6 000 фунтов на квадратный дюйм, 8000 фунтов на квадратный дюйм, 10 000 фунтов на квадратный дюйм, 12 000 фунтов на квадратный дюйм, 14 000 фунтов на квадратный дюйм, и 16 000 фунтов на квадратный дюйм.
[0014] Также обнаружено, что, по существу, сферические полимерные частицы, полученные из оболочечной жидкости орехов кешью, обеспечивают дополнительные улучшенные свойства при использовании в операциях гидравлического разрыва пласта. В настоящем изобретении, главным образом используются частицы сферической формы.
[0015] Гидравлический разрыв пласта подразумевает впрыскивание под высоким давлением флюидов для разрыва пласта в подземный пласт или зону со скоростью и давлением, которые достаточны для формирования давления в пласте или зоне с последующим образованием в пласте или зоне трещины. Помимо создания трещины, флюид для гидроразрыва также транспортирует расклинивающий агент в трещину. Предполагается, что расклинивающий агент после устранения гидравлического давления оставляет трещину открытой. Затем расклинивающий агент образует проводящие каналы, по которым необходимые флюиды поступают в скважину. Поскольку более глубокие пласты, как правило, характеризуются более высокими значениями давления для закрытия трещин, имеющие несферическую форму расклинивающие агенты обычно внедряются в пласты горных пород после операций разрыва при закрытии гидравлических разрывов. С другой стороны, сферические расклинивающие агенты обычно не сильно застревают в пласте и, таким образом, могут сформировывать набивку расклинивающим агентом, которая характеризуется проводимостью, улучшенной по сравнению с набивкой расклинивающим агентом, образованной из несферических по форме расклинивающих агентов.
[0016] По существу, сферические полимерные макрочастицы также могут использоваться в процессах по предотвращению поступления песка в скважину. Благодаря практически сферической форме, набивка, предотвращающая поступление песка в скважину, образованная из главным образом сферических полимерных макрочастиц, также может иметь улучшенную проницаемость по сравнению с набивками, которые предотвращают поступление песка в скважину, и сформированы из несферических расклинивающих агентов. Также они лучше контролируют образование из материалов скважины мелкозернистой фракции по сравнению с несферическими расклинивающими агентами.
[0017] Легкие полимерные частицы, полученные из оболочечной жидкости орехов кешью, характеризуются предполагаемой удельной плотностью (ПУП) (API RP 60), которая существенно меньше, чем ПУП обычного материала в виде частиц, который применяется при операциях гидравлического разрыва пласта или операциях по предотвращению поступления песка в скважину. Для некоторых вариантов реализации изобретения, полученные из оболочечной жидкости ореха кешью полимерные частицы, имеют предполагаемую удельную плотность менее 2,4. Для других вариантов реализации изобретения, используемые здесь легкие полимерные частицы, могут иметь предполагаемую удельную плотность менее чем примерно, 2, менее чем примерно, 1,5, от, примерно, 0,5 до, примерно, 2 или от, примерно, 0,5 до, примерно, 1,5.
[0018] Полимерные частицы, полученные из оболочечной жидкости орехов кешью, могут иметь объемную плотность от, примерно, 0,05 до, примерно, 2,0 г/см3, альтернативно, от, примерно, 0,1 до, примерно, 1,0 г/см3 в соответствии с рекомендованной API RP60 для испытания расклинивающих агентов. Кроме того, полимерные частицы, полученные из оболочечной жидкости орехов кешью, могут иметь предполагаемую удельную плотность от, примерно, 0,1 до, примерно, 3,0 г/см3, от, примерно, 0,5 до, примерно, 2 г/см3 или от, примерно, 0,5 до, примерно, 1,5 г/см3 в соответствии с рекомендованной практикой API RP60 для тестирования расклинивающих агентов.
[0019] В настоящем изобретении оболочечная жидкость ореха кешью («CNSL») относится к жидкости, изолированной от оболочек орехов кешью. Основным компонентом природной или сырой жидкости CNSL является анакардиновая кислота, гидроксикарбоновая кислота с метанолом с алкильным заместителем и гидроксильной функциональность. Природная или сырая жидкость CNSL может быть дополнительно обработана для обеспечения дистиллированной жидкости CNSL. Дистиллированная жидкость CNSL может содержать карданол формулы (1), кардол формулы (2), 2-метилкардол формулы (3) и анакардиновую кислоту формулы (4):
[0020] Вследствие фенольной природы компонентов жидкости CNSL и присутствия алкильной цепи с переменной степенью ненасыщенности жидкость CNSL можно подвергать полимеризации для получения различных полимерных продуктов. Полимеры из жидкости CNSL можно получать с помощью конденсации с электрофильными соединениями, такими как формальдегид, или цепной полимеризации вследствие ненасыщенности боковой цепи или функционализации в гидроксильной группе, а затем олигомеризации или полимеризации с получением функционализированного форполимера или полимера. Способы получения полимеров из жидкости CNSL известны и описаны, например, в Bull. Химреагент Soc. Ethiop. 2004, 18 (1), 81-90, Tanz. J. Sci. Vol 30 (2) 2004 и European Polymer Journal 36 (2000) 1157-1165.
[0021] По существу, сферические полимерные макрочастицы могут формироваться из жидкости CNSL и формальдегида в присутствии основания при помощи суспензионной полимеризации или поликонденсации эмульсии, как описано, например, в Bull. Chem. Soc. Ethiop. 2004, 18 (1), 81-90. Полимеризация суспензии является гетерогенным процессом полимеризации, который использует механическое перемешивание для смешивания мономера или смеси мономеров в жидкой фазе, таких как вода, в то время как мономеры полимеризуются, формируя полимерные сферы.
[0022] Основание содержит гидроксид металла, такой как гидроксид щелочного металла и гидроксид щелочноземельного металла (гидроксид щелочного металла), карбонат щелочного металла и карбонат щелочноземельного металла (щелочной карбонат), бикарбонат щелочного металла и бикарбонат щелочных металлов (щелочной бикарбонат) или их комбинацию, содержащую, по меньшей мере, один из вышеприведенных компонентов. Для некоторых вариантов реализации изобретения в качестве основания используют гидроксид щелочного металла. Предпочтительно, чтобы используемым основанием служил гидроксид натрия или гидроксид калия.
[0023] Для получения микросодержащих частиц можно применять эмульгатор, который функционирует как эффективный стабилизатор капелек диспергатора и мономера. Эмульгатор также может усиливать стабилизацию частиц. Типичным эмульгатором является лаурилсульфат натрия. Могут также использоваться другие эмульгаторы, известные в данной области техники. Концентрация эмульгатора равна или примерно в 1,5 раза превышает критическую концентрацию мицелл. Критическая концентрация мицелл лаурилсульфата натрия составляет около 1,5 г/л, как описано в J. Polym. Sci .: Polym. Chem. Ed. 1979, 3069.
[0024] Полимеризацию проводят при повышенной температуре, например, при температуре от, примерно, 40°С до, примерно, 100°С, от, примерно, 50°С до, примерно, 90°С или от, примерно, 60°С до, примерно, 80°С. Постоянное перемешивание поддерживается на протяжении всего времени реакции.
[0025] В настоящем изобретении, полученные из жидкости CNSL полимерные частицы, могут содержать термореактивный полимер или термопластичный полимер. Полимерами могут служить гомополимеры, сополимеры или разветвленные полимеры. Можно использовать комбинации материалов.
[0026] Для некоторых вариантов реализации изобретения полимерные частицы содержат полученный из жидкости CNSL фенолформальдегидный полимер, полученный из жидкости CNSL полиэфирный полимер, или комбинацию, содержащую, по меньшей мере, одно из вышеуказанных веществ.
[0027] Фенолформальдегидный полимер может получаться путем взаимодействия жидкости CNSL, например дистиллированной жидкости CNSL, с формальдегидом для получения фенолформальдегидных полимеров могут использоваться любые известные в данной области способы. Для одного варианта реализации изобретения жидкость CNSL и формальдегид взаимодействуют непосредственно для получения термореактивного сетчатого полимера. В качестве альтернативы, жидкость CNSL взаимодействует с формальдегидом для получения форполимера, такого как новолак, который затем отверждается. Новолаки представляют собой фенолформальдегидные смолы с молярным отношением менее одного формальдегида к фенолу. Для сшивания или отверждения новолака можно использовать гексаметилентетрамин или «гексамин». В некоторых вариантах реализации изобретения при отверждении новолака образуются метиленовые и диметиленовые амино мостики.
[0028] Полиэфиры могут быть полиэфирными гомополимерами, сополиэфирами или разветвленными полиэфирами. Подходящие полиэфиры получают из дикислот или их химического эквивалента и диола или его химического эквивалента.
[0029] Примерами дикислот служит терефталевая кислота, изофталевая кислота, 1,4-нафталиндикарбоновая кислота, 1,5-нафталиндикарбоновая кислота, 2,6-нафталиндикарбоновая кислота, норборнендикарбоновые кислоты, 1,4-циклогександикарбоновые кислоты или их комбинации, содержащие, по меньшей мере, одну из вышеописанных кислот. Химические эквиваленты дикислот содержат диалкиловые эфиры, например диметиловые эфиры, диариловые эфиры, ангидриды, соли, хлорангидриды кислот, бромиды кислот и тому подобные вещества. В частности, упоминается терефталевая кислота, изофталевая кислота, ее производная, такая как терефталоилхлорид или изофталоилхлорид. Можно использовать комбинации различных кислот или их производных.
[0030] Примерами диолов служит полученный из жидкости CNSL бисфенол, резорцин, гидрохинон или пирокатехин, а также диолы, такие как 1,5-нафталиндиол, 2,6-нафталиндиол, 1,4-нафталиндиол, 4,4'-дигидроксибифенил, бис (4-гидроксифенил) эфир, бис (4-гидроксифенил) сульфон, разветвленные или циклоалифатические алкандиолы, такие как пропиленгликоль, то есть 1, 2- и 1,3-пропиленгликоль, 2,2-диметил-1, 3-пропандиол, 2-этил-2-метил-1,3-пропандиол, 2,2,4,4-тетраметилциклобутандиол, 1,3- и 1,5-пентандиол, дипропиленгликоль, 2- метил-1,5-пентандиол, 1,6-гександиол, диметанол декалин, диэтанолбициклооктан, 1,4-циклогександиметанол, включая его цис- и транс-изомеры, триэтилен гликоль, 1,10-декандиол и тому подобное, и комбинации, содержащие, по меньшей мере, вышеуказанные диолы. Химические эквиваленты диолов содержат сложные эфиры, например диалкиловые эфиры.
[0031] Предпочтительно диол получают из жидкости CNSL. CNSL — это натуральный продукт, производимый из ореха кешью. Кардол и 2-метилкардол, содержащиеся в жидкости CNSL, являются диолами и могут использоваться непосредственно для получения сложных полиэфиров. Карданол, содержащийся в жидкости CNSL, представляет моногидроксифенол и может превращаться в бисфенол, такой как 4 - [(4-гидрокси-2-пентадеценил-фенил) диазенил] фенол (HPPDP), перед полимеризацией с помощью дикислоты или его производной для получения сложного полиэфира. Процесс, используемый для сокрытия карданола в HPPDP известен и описан, например, в журнале European Polymer Journal 36 (2000) 1157-1165. Для одного варианта реализации изобретения сложный полиэфир представляет собой сополиэфиры, полученные в результате комбинации 1,4-бутандиола и HPPDP с терефталевой кислотой, изофталевой кислотой или ее производными. Примерный способ получения сополиэфиров описан в журнале European Polymer Journal 36 (2000) 1157-1165.
[0032] При необходимости, вместе с полимерами могут использоваться другие полученные из жидкости CNSL материалы, служащие для дальнейшей корректировки свойств частиц. Для одного варианта реализации легкие полимерные частицы содержат более, примерно, 50 % масс., более чем, примерно, 70 % масс., более чем, примерно, 80 % масс. или более чем, примерно, 90 % масс. полимера, полученного из жидкости CNSL, расчет проведен на основе от общего веса легких полимерных макрочастиц.
[0033] Полимерные частицы могут иметь произвольный размер или форму, подходящую для способа гидравлического разрыва пласта и предотвращения попадания песка в скважину. Могут применяться смеси или взвеси макрочастиц, которые имеют различные, но подходящие формы для использования в раскрытом способе. Для одного варианта реализации изобретения полимерные частицы, по существу, являются сферическими, имеют вид бисера или гранул.
[0034] Легкие и/или, по существу, нейтрально-плавучие полимерные частицы, полученные из оболочечной жидкости орехов кешью, могут иметь размер частиц от, примерно, 1 меш до, примерно, 200 меш, от, примерно, 5 до, примерно, 100 меш, от, примерно, 10 до, примерно, 70 меш или около 20 меш до, примерно, 50 меш. Размер макрочастиц из описанных материалов в виде макрочастиц может быть выбран на основе таких факторов, как ожидаемые скважинные условия и/или относительная прочность или твердость материалов в виде макрочастиц, выбранных для использования в данном случае. Более крупные размеры макрочастиц могут быть желательны для ситуаций при использовании материала с низким удельным весом. Например, полимерные частицы размером 12/20 меш могут быть желательны для использования, если предполагается наличие давления смыкания до, примерно, 1500 фунтов на квадратный дюйм. Меньшие размеры частиц желательны в ситуациях, когда используется материал с более высокой прочностью. Например, полимерные частицы размером 20/40 меш или 30/50 меш желательны для применения, если давления смыкания составляет около 16 000 фунтов на квадратный дюйм.
[0035] Необязательно, но возможно, чтобы полученные из оболочечных жидкостей ореха кешью полимерные макрочастицы, применялись в сочетании с расклинивающим агентом, известным в данной области, включая, но, не ограничиваясь, например, песком.
[0036] Полученные из оболочечной жидкости орехов кешью полимерные макрочастицы, могут использоваться в сочетании с одним или несколькими наполнителями для образования композита при обработке скважин. Такие наполнители являются полимерами, не являющимися реакционно способными, и дополнительно служат для повышения прочностной и температурной стабильности полимерного композита, а также для изменения плотности макрочастиц.
[0037] Присутствие подобных наполнителей дополнительно формирует композицию для обработки скважин, имеющую ПУП, отличную от ПУП для композиции из полученных из оболочечной жидкости орехов кешью полимерных макрочастиц. Соотношения объема наполнителей можно выбрать таким образом, чтобы контролировать прочность на раздавливание и стабильность температуры. Как правило, размер частиц наполнителя находится в диапазоне от, примерно, 100 нм до, примерно, 200 мкм.
[0038] Примерами наполнителей являются минералы (такие как мелкодисперсные минералы или тонко измельченные минералы и/или волокна), необязательно связанные подходящим органическим или неорганическим связующим. Подходящие минералы содержат летучую золу, диоксид кремния и песок (включая коллоидальный диоксид кремния, кварцевый песок и кварцевую муку), оксид алюминия, слюду, силикаты, такие как ортосиликаты и метасиликаты, силикат алюминия и силикат кальция, каолин, тальк, диоксид циркония, бор и стекло, такое как стеклянные шарики (особенно стеклянные микросферы), стеклянный порошок, стеклянные шарики, стеклянные пузырьки, измельченное стекло, боросиликатное стекло и стекловолокно. Подходящие волокна содержат минеральные волокна, стекловолокно, керамические волокна, углеродные волокна, полимерные волокна, волокна с покрытием (например, углеродные волокна с никелевым покрытием) и синтетические волокна. Кроме того, подходящие наполнители содержат глину, гематит, соли щелочных металлов, дисульфид молибдена, масло, алюминиевые чешуйки, нержавеющую сталь, силикон, политетрафторэтилен, цемент, неорганические соли, сажу, углеродные бакминстерские фуллерены, углеродные нанотрубки, полиэдрические олигомерные сильсесквиоксаны, металлы, оксиды металлов (такие как тетраазоксид тримангана), соли металлов (включая соли щелочных металлов), фосфаты, бораты, карбонат кальция, хлорид кальция, бромид кальция, сульфат бария, алюминиевые хлопья, модифицированный природный материал, измельченные оболочки орехов кешью, измельчение или измельченные семенные оболочки, измельчение или измельченные фруктовые косточки, обработанную древесину и органические полимерные материалы. Кроме того, наполнитель может содержать катион, выбранный из группы, состоящей из щелочных металлов, щелочноземельных металлов, аммония, марганца и цинка и аниона, выбранного из группы, состоящей из галогенида, оксида, карбоната, нитрата, сульфата, ацетата и формиата.
[0039] Количество наполнителя в композите необходимо такое, чтобы обработанная композитом скважина получила необходимое значение ПУП. Как правило, количество наполнителя в составе для обработки скважины составляет, примерно, от 1 до, примерно, 85, более типично, примерно, от 25 до, примерно, 60 процентов от состава для обработки скважины. Количество наполнителя и полимерных макрочастиц может быть приспособлено для адаптации композита с целью получения необходимых физических свойств, включая плотность макрочастиц, их объемную плотность, прочность на раздавливание и т.д.
[0040] Хорошие обрабатывающие композиты обычно готовят путем смешивания полимерных макрочастиц, полученных из оболочек орехов кешью, с выбранными наполнителями в расплавленном состоянии и формируют композит требуемых размеров и физических свойств. Этот процесс достигается известными в промышленности порошков/частиц способами, такими как обработка расплава, криогенное измельчение и т.д.
[0041] Полимерные макрочастицы, полученные из оболочечных жидкостей орехов кешью, могут использоваться с носителем для облегчения размещения полимерных макрочастиц в необходимом месте пласта. Носитель может быть представлен в виде водного, масляного носителя, активированным или эмульсионным флюидом. Водный носитель содержит пресную воду, рассол (включая морскую воду), водную кислоту (например, минеральную кислоту или органическую кислоту), водное основание или комбинацию, содержащую, по меньшей мере, один из вышеуказанных веществ. Понятно, что во флюиде-носителе могут быть использованы другие полярные жидкости, такие как спирты и гликоли, отдельно или вместе с водой.
[0042] Рассол может представлять, например, морскую воду, попутную воду из пласта, жидкость заканчивания скважин или комбинацию, содержащую, по меньшей мере, одно из вышеперечисленных веществ. Свойства рассола могут зависеть от процентного соотношения и компонентов рассола. Например, морская вода может содержать многочисленные компоненты, включая сульфат, бром и микропримеси металла, кроме типичных галоидсодержащих солей. Воду, полученную в результате обработки, можно получать как воду из производственного резервуара (например, углеводородного резервуара) или же добывать из земли. Воду, полученную в результате обработки, можно также называть резервуарным рассолом, и она может содержать такие компоненты, как барий, стронций и тяжелые металлы. В дополнение к встречающимся в природе рассолам (например, морской воде и воде из скважин) обогащенный рассол можно синтезировать из пресной воды путем добавления различных солей, например, KCl, NaCl, ZnCl2, MgCl2 или CaCl2, что позволит увеличить плотность рассола, например, от, примерно, 1 до, примерно, 0,6 фунта на галлон рассола CaCl2. Жидкости заканчивания скважин обычно обеспечивают гидростатическое давление, оптимизированное для противодействия пластовым давлениям в скважине. Указанные выше рассолы могут модифицироваться включением одной или нескольких дополнительных солей. Дополнительные соли, включенные в рассол, могут представлять собой NaCl, KCl, NaBr, MgCl2, CaCl2, CaBr2, ZnBr2, NH4Cl, формиат натрия, формиат цезия и комбинации, или содержать, по меньшей мере, одно из вышеуказанных веществ. Соль может присутствовать в рассоле в количестве, примерно, от 0,5 до, примерно, 50 % мас., в частности, примерно, от 1 до, примерно, 40 % масс. И более конкретно, примерно, от 1 до, примерно, 25 % масс. в пересчете на массу флюида.
[0043] Состав для обработки приствольной зоны считается «возбужденным», если сжимаемая в ряде случаев растворимая газовая фаза вводится в состав для обработки приствольной зоны. Примерами газовой фазы являются воздух, азот, диоксид углерода, природный газ и тому подобные вещества, или их смеси, или комбинации, содержащие по меньшей мере одно из вышеуказанных веществ. Носитель может быть вспенен путем включения негазированного вспенивающего агента. Негазообразный вспенивающий агент может быть амфотерным, катионным или анионным.
[0044] Носитель может быть гелеобразным, неглазурованным или иметь пониженное или более легкое гелеобразование по сравнению с жидкостями-носителями, используемыми при обычных методах обработки трещин/песка. Носитель может быть «слабо гелеобразным», т.е. иметь минимально достаточный гелеобразующий агент, загуститель, такой как загуститель или уменьшитель трения, для достижения снижения трения при закачке скважины (например, при откачке насосно-компрессорных труб, рабочей колонны, обсадной колонны, гибких труб, бурильных труб и т.д.) и/или может характеризоваться как имеющий концентрацию полимера или загустителя от более, чем 0 фунтов полимера на тысячу галлонов основы бурового раствора, до, примерно, 10 фунтов полимера на тысячу галлонов основы бурового раствора и/или вязкостью от, примерно, 1 до, примерно, 10 сантипуаз. Незагущенная флюид-носитель обычно не содержит гелеобразующий агент или загуститель.
[0045] Флюид-носитель или флюид для гидроразрыва могут дополнительно содержать одну или несколько обычных присадок, принятых для обслуживания скважин, такие как гелеобразующий агент, сшивающий агент, реагент для разрушения гелей, поверхностно-активное вещество, биоцид, агент для снижения поверхностного натяжения, пенообразователь, пеногаситель, деэмульгатор, агент для разрушения эмульсий, ингибитор образования накипи, ингибитор гидрата газа, полимерный специфический реагент для разрушения ферментов, реагент, разрушающий продукты окисления, буфер, стабилизатор глины, кислота, буфер, растворитель или их смесь и другие присадки, предназначенные для обработки скважин, известные в данной области техники. Добавление подобных присадок к флюидам-носителям сводит к минимуму потребность в дополнительных насосах, необходимых для добавления таких материалов «на лету».
[0046] Полимерные макрочастицы, полученные из оболочечных жидкостей орехов кешью, могут предварительно суспендироваться как, по существу, нейтральные плавучие частицы и сохраняться во флюиде-носителе (например, рассоле, который характеризуется почти такой же или, по существу, равной плотностью), а затем закачиваться или помещаться в скважину в том виде, как они имеются, или методом разбавления на лету.
[0047] Термин «по существу нейтрально-плавучий» относится к макрочастицам, которые имеют ПУП, достаточно близкую к ПУП выбранному негелеобразному или слабо загущенному флюиду (например, негелеобразный или слабогелеобразный раствор для заканчивания скважин, другой флюид на водной основе, клеевая вода или другие подходящие флюиды), которая позволяет накачивать и удовлетворительно размещать расклинивающий агент/макрочастицы, используя выбранный негелеобразный или слабо загущенный флюид-носитель.
[0048] Использование незагущенного флюида-носителя исключает потенциальную набивку расклинивающим агентом и/или повреждение пласта и служит повышению производительности скважины. Отсутствие необходимости в формировании сложного суспензионного геля может служить для уменьшения трения в трубах давления, особенно в гибких насосно-компрессорных трубах, а также уменьшать количество оборудования для смешивания на месте и/или же уменьшать время смешивания, а также снижать затраты на производство.
[0049] Для одного варианта реализации изобретения облегченные полимерные частицы, полученные из оболочечных жидкостей ореха кешью, суспендируют во флюиде-носителе и вводят в подземный пласт под давлением, превышающим давление гидроразрыва подземного пласта. При этом способе по меньшей мере часть материала в виде частиц, по существу, нейтрально плавает во флюиде-носителе. Кроме того, легкие полимерные и /или, по существу, нейтрально-плавучие частицы, полученные из оболочечных жидкостей орехов кешью, используются в способе предотвращения проникновения песка в ствол скважины, проникающего в подземный пласт, и могут вводиться в ствол скважины в суспензии с флюидом-носителем; причем материал частиц помещается рядом с подземным пластом для образования набивки, проницаемой для флюида, которая способна уменьшать или существенно предотвращать прохождение частиц пласта из подземного пласта в ствол скважины и в то же время обеспечить прохождение пластовых флюидов из подземного пласта в ствол скважины. При этом способе, по меньшей мере, часть отдельных частиц материала в виде частиц может служить, по существу, нейтральной плавучей массой во флюиде-носителе.
[0050] Полимерные частицы, полученные из оболочечных жидкостей ореха кешью, легко помещаются в пределах целевой зоны из-за уменьшенных значений по ограничению осаждения. Восстановленная масса полимерных макрочастиц обычно необходима для заполнения эквивалентного объема, по сравнению с использованием обычных частиц для предотвращения попадания песка, которые применяются, например, при гравийной набивке.
[0051] При использовании в процессе обработки скважин легких и/или, по существу, нейтрально-плавучих частиц, они могут вводиться в ствол скважины в любой концентрации, считающейся пригодной или эффективной в условиях данной скважины. Для конкретного варианта реализации изобретения полимерные макрочастицы, полученные из оболочечных жидкостей орехов кешью, присутствуют в массовой концентрации от 0,1 фунта на галлон (фунт/галлон) до 20 фунтов/галлон, в частности, от 0,25 фунта/галлон до 16 фунтов/галлон, а более конкретно, 0,25 фунта/галлон до 12 фунтов на галлон, из расчета общего объема композиции.
[0052] Низкая ПУП полимерных частиц и/или, по существу, нейтрально-плавучих полимерных частиц может приводить к увеличению ширины гидроразрыва с установкой гравийных фильтров при той же нагрузке (т. е. фунт на квадратный фут расклинивающего агента), что позволит обеспечить значительно больший общий объем и увеличить ширину гидроразрыва при такой же массе. В качестве альтернативы, эта характеристика позволит накачивать меньшие массы частиц расклинивающего агента или песка для получения эквивалентной ширины гидроразрыва.
[0053] При использовании в процессе гидравлического разрыва композиции для гидроразрыва, содержащей полимерные макрочастицы, полученные из оболочечной жидкости орехов кешью, композиция может вводиться под достаточно высоким давлением, что позволит вызвать образование или расширение трещин. Полимерные макрочастицы могут смешиваться с носителем любым способом, подходящим для доставки смеси в скважину и/или подземный пласт.
[0054] После формирования или увеличения трещины полимерные макрочастицы, полученные из оболочечных жидкостей орехов кешью, могут образовывать набивку расклинивающим агентом или гидроразрыв с установкой гравийных фильтров, который проницаем для флюидов, формирующихся в стволе скважины, и, по существу, предотвращает или уменьшает переход материалов пласта в ствол скважины.
[0055] Полимерные макрочастицы, полученные из оболочечных жидкостей орехов кешью, могут использоваться для упрощения обработки гидроразрыва пласта или контроля предотвращения попадания песка в ствол скважины, которая реализуется с помощью гибкой трубы, путем значительного снижения требований к свойствам суспензии флюида. При помещении в скважину полимерные макрочастицы проявляют значительно пониженную склонность к осаждению (по сравнению с обычными расклинивающими агентами или макрочастицами, контролируемыми песком), особенно в сильно отклоненных или горизонтальных отделах ствола скважины.
[0056] В этом отношении частицы, полученные из оболочечных жидкостей орехов кешью, могут преимущественно использоваться в любой отклоненной скважине, имеющей угол отклонения относительно вертикали от, приблизительно, 0° до, приблизительно, 90°. Однако, для одного варианта реализации изобретения полимерные частицы могут, преимущественно, использоваться в горизонтальных стволах или в наклонных стволах, имеющих угол отклонения относительно вертикали, примерно, от 30° до, примерно, 90°, в качестве альтернативы, от, приблизительно, 75° до, приблизительно, 90°.
[0057] Макрочастицы, полученные из оболочечных жидкостей орехов кешью, могут вводиться как часть жидкости для обработки пласта в скважинные трубчатые стволы скважины (такие как, труба, рабочая колонна, обсадная труба, бурильная труба) или нижняя гибкая труба. Преимущественно, полимерные частицы могут применяться в качестве, по существу, нейтрально-плавучего расклинивающего агента или частиц, предотвращающих проникновение песка в ствол скважины, в легких или тяжелых рассолах, что устраняет необходимость в сложных сшитых разрывах или флюидах-носителях, предотвращающих проникновение песка в ствол скважины.
[0058] Для одного иллюстративного варианта реализации изобретения операция гравийной набивки может выполняться для ствола скважины, который проникает в подземный пласт, чтобы предотвратить или существенно уменьшить переход частиц пласта в ствол скважины при производстве пластовых флюидов. Подземный пласт может быть закончен, чтобы сообщаться с внутренней частью ствола скважины любым подходящим способом, известным в данной области, например, перфорациями в обсадных трубах ствола скважины и/или с помощью открытой секции отверстия. Узел фильтра, известный на этом уровне техники, может быть размещен или иным образом расположен в стволе скважины, так что, по меньшей мере, часть узла фильтра располагалась рядом с подземным пластом. Затем в ствол скважины может вводиться суспензия, включающая легкие макрочастицы и/или, по существу, нейтрально-плавучие полимерные макрочастицы и флюид-носитель затем вводится в ствол скважины и размещается в прилегающих к подземному пласту местах с помощью циркуляции или другим подходящим способом для формирования проницаемой для флюида набивки в кольцевой области между внешней поверхностью сборного фильтра и внутренней частью ствола скважины, которая способна уменьшать или существенно предотвращать прохождение частиц пласта из подземного пласта в стволе скважины при производстве флюидов из пласта, и в то же время может пропускать флюиды пласта из подземного пласта через фильтр в ствол скважины. Возможно, что суспензия может содержать всю или только часть легких макрочастиц и/или, по существу, нейтральных плавучих макрочастиц. В последнем случае балансовым материалом в виде частиц суспензии может служить и другой материал, такой как обычная гравийная набивка или частицы, служащие для предотвращения проникновения песка в ствол скважины.
[0059] В качестве альтернативы использованию фильтра способ контроля проникновения песка в ствол скважины может применять легкие полимерные и/или, по существу, нейтральные плавучие частицы, полученные из оболочечных жидкостей орехов кешью, в соответствии с любым способом, при котором набивка измельченным материалом образуется в стволе скважины так, что материал становится проницаем для флюидов, полученных из ствола скважины, таких как нефть, газ или вода, но при этом существенным образом предотвращает или уменьшает прохождение пластовых материалов, таких как песок пласта, из пласта в ствол скважины. Такие способы могут или не могут использовать фильтр гравийной набивки, могут обеспечивать введение материала в ствол скважины при давлениях ниже, при равном давлении или выше давления гидроразрыва пласта, например, гидроразрыв с установкой гравийных фильтров и/или могут применяться в сочетании с такими полимерами, как полимер, служащий для консолидации песка, если это необходимо.
Примеры
Образцы
[0060] Образцы фенолформальдегидного полимера, получаемого из жидкости CNSL были получены из CARDOLITE. Характеристики образцов приведены в таблице 1.
Таблица 1.
Тесты стабильности
[0061] Частицы пробного образца были пропущены через фильтр #40 меш. Образец весом 60 граммов помещали в дизельное топливо и еще 60 г образца помещали в раствор НСl и выдерживали при температуре 49°C (120°F ) в течение трех дней. Каждый день образцы визуально проверялись. Никаких изменений не наблюдалось. Через три дня выдержки при 49°С (120°F) образцы вынимали и проверяли на наличие признаков деградации. Для обоих наборов образцов признаков размягчения не наблюдалось.
Тесты на растворимость
[0062] Растворимость образцов А и В в водном растворе, содержащем 12% соляной кислоты и 3% плавиковой кислоты, испытывали при 65°C (150°F ). Для каждого образца выполнялось три прогона. Средняя растворимость для образца А составляла 0,55%, а средняя растворимость для образца В составляла 0,45%. Результаты показывают, что образцы А и В очень стабильны в кислотных условиях даже при повышенной температуре.
Тесты на раздавливание
[0063] Образцы А и В испытывали на прочность на раздавливание в соответствии с API RP 60 (1995). Прочность на раздавливание образцов А и В испытывали путем сжатия образца, который весит 9,4 г, в испытательном цилиндре (имеющем диаметр 3,8 см (1,5 дюйма), как указано в API RP60) в течение 2 минут при 62,4 МПа (9050 фунтов на квадратный дюйм) и при температуре, равной 23°C. После сжатия определяли процентное количество сформированной в результате пыли и агломерацию частиц. Результаты испытаний проиллюстрированы в таблице 2.
Таблица 2.
[0064] Результаты показывают, что образцы А и В имеют превосходную прочность на раздавливание, проявляя прочность на раздавливание, которая приводит к образованию 2% или даже меньше тонкозернистой пыли, образующейся при давлениях смыкания от 6 000 до 16 000 фунтов на квадратный дюйм.
Тесты на проводимость
[0065] Испытания проводимости проводились в соответствии с модифицированным API RP 61 (1989) с использованием ячейки проводимости API с вкладышами из песчаниковых пластов из Огайо для имитации производящего пласта. Затем многослойную упаковку композита, содержащего около 0,4 г образца А, загружали между запечатанными пластинами из песчаника для увеличения ширины подпружиненного слоя, что приводило к формированию частичного монослоя под давлением 0,02 фунта/кв.фут. Набивка с расклинивающим агентом имел объемную плотность около 0,07 г/см3. Проводимость проверялась на образце А при различных температурах. Экспериментальные параметры и результаты проиллюстрированы в таблице 3, а также на Фиг. 1 и 2.
Таблица 3.
[0066] Данные показывают, что проводимость увеличивается, при уменьшении величины давления. Предполагается, что при использовании, в основном, сферических частиц сложного полиэфира, может быть улучшена проводимость при более высоких уровнях давлений.
[0067] Ниже излагаются различные варианты реализации данного изобретения.
[0068] Вариант реализации 1. Способ разрыва подземного пласта, причем вариант реализации включает введение в пласт при давлении, достаточном для создания или увеличения трещины в пласте, композиции для разрыва пласта, содержащей носитель и полимерные частицы, полученные из оболочечной жидкости ореха кешью, полимерные частицы с предполагаемой удельной плотностью, меньшей, примерно, 2,4.
[0069] Вариант реализации 2. Способ по варианту реализации 1, при котором полимерные частицы, полученные из оболочечной жидкости ореха кешью, содержат термореактивный полимер, термопластичный полимер или комбинацию, содержащую, по меньшей мере, одно из вышеприведенных веществ.
[0070] Вариант реализации 3. Способ по варианту реализации 1 или варианту реализации 2, при котором полимерные частицы содержат фенолформальдегидный полимер, полученный из оболочечной жидкости ореха кешью, полиэфир, полученный из оболочечной жидкости ореха кешью, или комбинацию, содержащую, по меньшей мере, одно из вышеперечисленных веществ.
[0071] Вариант реализации 4. Способ по варианту реализации 3, при котором фенолформальдегидный полимер получают из формальдегида и содержащей карданол оболочечной жидкости ореха кешью.
[0072] Вариант реализации 5. Способ по варианту реализации 3 или варианту реализации 4, при котором фенолформальдегидный полимер сшивают или отверждают.
[0073] Вариант реализации 6. Вариант реализация по п. 3, при котором полиэфир полимеризуют из мономерной композиции, содержащей бисфенол, полученный из оболочечной жидкости ореха кешью и кислотного компонента, который содержит одну или большее число следующих компонентов: терефталевую кислоту, изофталевую кислоту или их производные.
[0074] Вариант реализации 7. Способ по любому из пп. 1-6, при котором полимерные макрочастицы имеют прочность на раздавливание, равную 5% или менее максимальной порожденной тонкозернистой пыли, измеренной в соответствии со стандартами Американского нефтяного института (API) RP 60 при давлениях смыкания, превышающих 16 000 фунтов на квадратный дюйм.
[0075] Вариант реализации 8. Способ по любому из пп. 1-7, при котором полимерные частицы, по существу, являются сферическими.
[0076] Вариант реализации 9. Способ по любому из пп. 1-8, при котором полимерные макрочастицы содержат макрочастицы размером, примерно, от 250 микрон до, примерно, 900 микрон.
[0077] Вариант реализации 10. Способ по любому из пп. 1-9, при котором полимерные макрочастицы дополнительно содержат наполнитель, не являющийся реакционно способным.
[0078] Вариант реализации 11. Способ по любому из пп.1-10, при котором носителем служит водный носитель, носитель, основанный на масляной массе, или активированный флюид.
[0079] Вариант реализации 12. Способ по любому из пп.1-11, при котором полимерные макрочастицы вводят в пласт с концентрацией, достаточной для достижения частичного разрыва монослоя.
[0080] Вариант реализации 13. Способ разрыва подземного пласта, причем вариант реализации изобретения включает введение в пласт суспензии, содержащей носитель и полимерные макрочастицы, полученные из оболочечной жидкости ореха кешью, при давлении, достаточном для создания или увеличения трещин в пласте, причем полимерные частицы имеют предполагаемую удельную плотность менее 2,4; и формирование в созданном разломе набивки расклинивающим агентом, содержащей полимерные макрочастицы, причем набивка расклинивающим агентом проницаема для флюидов, полученных из ствола скважины, и, по существу, предотвращает или уменьшает прохождение пластовых материалов из пласта в ствол скважины.
[0081] Вариант реализации 14. Способ по варианту реализации 13, при котором частичный монослой создается в трещине набивкой расклинивающим агентом.
[0082] Вариант реализации 15. Вариант реализации предотвращения проникновения песка в ствол скважины, проникающий в подземный пласт, содержащий: введение в ствол скважины суспензии полимерных частиц, полученных из оболочечной жидкости ореха кешью и носителя, полимерных макрочастиц, имеющих предполагаемую удельную плотность (ПУП), меньшую чем, примерно, 2,4; и размещение полимерных макрочастиц, расположенных вблизи подземного пласта, с образованием проницаемой для флюида набивки, способной уменьшать или существенно предотвращать прохождение частиц пласта из подземного пласта в ствол скважины при одновременном обеспечении прохождения пластовых флюидов из подземного пласта в ствол скважины.
[0083] Вариант реализации 16. Способ по варианту реализации 15, при котором полимерные макрочастицы, полученные из оболочечной жидкости ореха кешью, содержат термореактивный полимер, термопластичный полимер или комбинацию, содержащую, по меньшей мере, одно из вышеперечисленных веществ.
[0084] Вариант реализации 17. Способ по варианту реализации 15 или варианту реализации 16, при котором полимерные макрочастицы содержат фенолформальдегид, полученный из оболочечной жидкости ореха кешью, полиэфир, полученный из оболочечной жидкости ореха кешью, или их комбинацию, содержащую, по меньшей мере, одно из перечисленных выше веществ.
[0085] Вариант реализации 18. Способ по варианту реализации 17, при котором фенолформальдегидный полимер получают из формальдегида и оболочечной жидкости ореха кешью, содержащей карданол.
[0086] Вариант реализации 19. Способ по варианту реализации 17 или варианту реализации 18, при котором фенолформальдегидный полимер сшивают или отверждают.
[0087] Вариант реализации 20. Способ по варианту реализации 17, при котором полиэфир полимеризуют из мономерной композиции, содержащей бисфенол, полученный из оболочечной жидкости ореха кешью, и кислотный компонент, содержащий один или несколько следующих компонентов: терефталевую кислоту, изофталевую кислоту или их производные.
[0088] Вариант реализации 21. Способ по любому из вариантов реализации от 15 до 20, при котором полимерные частицы дополнительно содержат нереакционноспособный наполнитель.
[0089] Вариант реализации 22. Способ по любому из вариантов реализации от 15 до 21, при котором носителем является водный носитель, носитель на основе масла или активированный флюид.
[0090] Вариант реализации 23. Способ по любому из вариантов реализации от 15 до 22, при котором перед введением полимерных частиц в ствол скважины в стволе скважины находится узел фильтра, так что, по меньшей мере, часть фильтра располагается рядом с подземным пластом.
[0091] Вариант реализации 24. Способ по любому из вариантов реализации от 15 до 23, при котором в ствол скважины дополнительно вводят фильтр гравийной набивки.
[0092] Все диапазоны, раскрытые здесь, включают в себя конечные точки, и конечные точки независимо друг от друга объединяются друг с другом. «Или» означает «и / или». Все ссылки включены сюда посредством ссылки.
[0093] Использование терминов «a» и «an» и «the» и подобных терминов в контексте описания изобретения (особенно в контексте следующей формулы изобретения) должно толковаться как для единственного, так и для множественного числа, если только указанное здесь явно не противоречит контексту. Модификатор «около», используемый в связи с количеством, включает указанное значение и имеет значение, определяемое контекстом (например, включает степень ошибки, связанную с измерением конкретного количества).
[0094] Хотя типичные варианты реализации изобретения изложены в целях иллюстрации, приведенные выше описания не должны считаться ограничением объема настоящего изобретения. Соответственно, различные модификации, адаптации и альтернативы могут возникнуть для специалиста в данной области техники без отхода от сущности и объема настоящего изобретения.
Реферат
Изобретения относятся к способам обработки подземных пластов, таким как гидроразрыв пласта и предотвращение поступления песка в скважину, и, в частности, использование легких полимеров, полученных из оболочечной жидкости орехов кешью, в качестве расклинивающего агента, используемого для расклинивания трещин в процессе выполнения гидроразрыва, или в виде зернистого материала при использовании способов предотвращения поступления песка в скважину, таких как гравийная набивка и выполнение гидроразрыва с установкой гравийных фильтров. Способ разрыва подземного пласта характеризуется введением в пласт под давлением, достаточным для создания или увеличения трещин в пласте, композиции гидроразрыва, содержащей носитель; а также полимерные частицы, полученные из оболочечной жидкости ореха кешью, полимерные частицы, имеющие предполагаемую удельную плотность, равную примерно менее 2,4. Технический результат заключается в повышении эффективности проведения гидроразрыва пласта и предотвращении поступления песка в скважину. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 табл.
