RU2824615C1 - Способы и композиции, предусматривающие применение растворимых загущенных материалов для отклонения - Google Patents

Abstract

Группа изобретений относится к добыче углеводородов. Технический результат - расширение температурного диапазона операций отклонения, повышение эффективности предотвращения утечки бурового раствора в пласт, упрощение операций в связи с возможностью закачивать отклоняющий материал только одного типа. Способ зональной изоляции подземного пласта для интенсификации добычи углеводородов включает введение в ствол скважины жидкости для обработки подземного пласта, содержащей жидкость-носитель и растворимый материал, способный при гидратации образовывать гель, и создание в подземном пласте пробки с помощью жидкости для обработки подземного пласта. Растворимый материал содержит частицы сополимера бутендиола и винилового спирта, способные образовывать пробку в подземном пласте. Средний размер частиц сополимера бутендиола и винилового спирта составляет от 2 мм до 2 см, где размер частицы - диаметр наименьшей сферы, которая может заключить в себе частицу. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

[0001] Настоящий документ представляет собой обычную заявку, которая испрашивает приоритет по предварительной заявке на патент № 62/913929, поданной 11 октября 2019 года.

Уровень техники

[0002] Утверждения в этом разделе представляют только справочную информацию, относящуюся к настоящему изобретению, и она не обязательно представляют собой предшествующий уровень техники.

[0003] Некоторые варианты осуществления относятся к способам, применяемым к скважине, проходящей в подземный пласт, и, более конкретно, к способам зональной изоляции.

[0004] Углеводороды (нефть, конденсат и газ) обычно добывают из скважин, которые пробурены в содержащих их пластах. По ряду причин, таким как присущая коллекторам низкая проницаемость или повреждение пласта, вызванное бурением и заканчиванием скважины, поток углеводородов, поступающих в скважину, является нежелательно слабым. В этом случае скважину «интенсифицируют», например, с помощью гидроразрыва пласта, химической (обычно кислотной) интенсификации пласта или их комбинации (называемой кислотным гидравлическим разрывом пласта или кислотным гидроразрывом).

[0005] При осуществлении кислотного гидравлического разрыва в пласт сначала закачивают вязкую жидкость, называемую подушкой, которая обеспечивает возникновение и распространение трещины. Затем подают вторую жидкость, которая содержит расклинивающий агент (проппант), который удерживает трещину в раскрытом состоянии после того, как снимают давление закачки. Гранулированные расклинивающие материалы могут включать в себя песок, керамические шарики или другие материалы. Материалы этих типов хорошо известны специалистам в данной области техники. При «кислотном» гидроразрыве вторая жидкость, содержащая кислоту или другое химическое вещество, такое как хелатирующий агент, может растворять часть породы, вызывая неравномерное разъедание поверхности трещины и удаление некоторых минеральных веществ, что приводит к тому, что трещина не закрывается полностью при прекращении закачки. Иногда гидроразрыв пласта может быть выполнен без применения жидкости с высокой вязкостью (т. е. с помощью реагента на водной основе), чтобы свести к минимуму ущерб, причиняемый полимерами, или расходы на другие увеличители вязкости.

[0006] Гидравлический и кислотный разрыв горизонтальных скважин, а также многослойных пластов часто требует применения технологий отклонения для обеспечения перенаправления гидроразрыва между различными зонами. В других случаях образование трещин с высокой проводимостью (естественных или искусственных) во время гидроразрыва может препятствовать образованию новых трещин. Таким образом, жидкости для гидроразрыва, в состав которых входит отклоняющий агент, способны временно или постоянно перекрывать (т.е. закупоривать) существующие трещины, отклонять поток жидкостей для гидроразрыва из областей с высокой проницаемостью в области с более низкой проницаемостью, например, там, где интенсификация будет более эффективной. Перечень этих способов отклонения включает в себя, помимо прочего, применение механических изолирующих устройств, таких как пакеры и скважинные пробки, набор глухих пробок, закачку уплотняющих шариков, закачку взвешенных хлопьев бензойной кислоты и удаляемых/разлагаемых твердых частиц. Кроме того, применение технологий отклонения может потребоваться и при другой обработке.

[0007] Обработка с отклонением твердыми частицами обычно основано на образовании перемычки из частиц отклоняющего материала за обсадной колонной и формировании пробки за счет накопления остальных частиц в образовавшейся перемычке. Несколькими типичными проблемами, связанными с обработкой на отклонение с помощью зернистых материалов, являются: снижение перекрывающей способности отклоняющего раствора при закачке из-за разбавления скважинной текучей средой (перемешивание на границе раздела фаз), необходимость применения относительно большого количества отклоняющих материалов и низкая стабильность некоторых отклоняющих агентов при закачке и на последующем этапе обработки.

[0008] В других случаях, во время бурения ствола скважины обычно применяют различные флюиды, предназначенные для осуществления в скважине различных функций. Флюиды могут циркулировать через бурильную трубу и буровое долото в ствол скважины, а затем могут протекать далее вверх через ствол скважины на поверхность. Во время данной циркуляции промывочная жидкость может применяться для осуществления следующих функций: удаление бурового шлама из забоя скважины на поверхность, поддержание шлама и утяжеляющего материала во взвешенном состоянии в случае прерывания циркуляции, контроль давления в скважине, поддержание целостности ствола скважины до тех пор, пока не будет обсажен или зацементирован сегмент скважины, изолирование флюидов от пласта путем обеспечения достаточного гидростатического давления, чтобы предотвратить проникновение пластовых флюидов в ствол скважины, охлаждение и смазка бурильной колонны и долота и/или максимальное увеличение скорости проходки.

[0009] В других аспектах потеря циркуляции может представлять собой периодически возникающую проблему при бурении, которая характеризуется утечкой бурового раствора в скважинные пласты. Это может происходить естественным образом в трещиноватых, высокопроницаемых, пористых или кавернозных образованиях. Такие подземные пласты могут включать в себя, среди прочего, сланцы, пески, гравий, ракушечники, рифовые отложения, известняк, доломит и мел. Другие проблемы, возникающие при бурении и добыче нефти и газа, включают в себя прихват трубы, обрушение скважины, утрату контроля над скважиной и утрату или снижение добычи.

[00010] Поглощение бурового раствора можно контролировать путем включения соответствующей добавки во флюиды, которые закачивают в стволы скважин. Наиболее распространенной добавкой, применяемой для контроля или прекращения поглощения бурового раствора, является бентонит, который герметизирует небольшие отверстия или трещины. В более высоких концентрациях бентонит увеличивает вязкость и замедляет расход флюида в окружающую породу. Для регулирования водоотдачи также применяют и другие твердые вещества, такие как измельченная бумага, измельченные кукурузные початки и опилки. Для повышения вязкости скважинного флюида и контроля водоотдачи также иногда применяют полимеры. Однако полимерные добавки, как правило, дороже материалов с твердыми частицами, таких как бентонит.

[0010] Способы и композиции, описанные в настоящем документе, относятся к отклонению, зональной изоляции или их технологиям.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0011] В одном аспекте описан способ зональной изоляции подземного пласта для интенсификации добычи углеводородов, включающий: a. введение в ствол скважины жидкости для обработки подземного пласта, содержащей жидкость-носитель и растворимый материал, способный при гидратации образовывать гель, при этом растворимый материал содержит частицы сополимера бутендиола и винилового спирта, способные образовывать пробку в подземном пласте, причем средний размер частиц сополимера бутендиола и винилового спирта составляет от 2 мм до 2 см, где размер частицы - диаметр наименьшей сферы, которая может заключить в себе частицу; и b. создание в подземном пласте пробки с помощью жидкости для обработки подземного пласта. Способ предпочтительно дополнительно включает удаление пробки.

В другом аспекте описана жидкость для обработки подземного пласта, содержащая жидкость-носитель и растворимый материал, способный при гидратации образовывать гель, при этом растворимый материал содержит частицы сополимера бутендиола и винилового спирта, способные образовывать пробку в подземном пласте, средний размер частиц сополимера бутендиола и винилового спирта составляет от 2 мм до 2 см, где размер частицы - диаметр наименьшей сферы, которая может заключить в себе частицу.

Частицы сополимера бутендиола и винилового спирта предпочтительно имеет цилиндрическую или стержнеобразную форму.

Жидкость для обработки подземного пласта предпочтительно содержит термопластичный крахмал (TPS).

Жидкость для обработки подземного пласта предпочтительно дополнительно содержит волокна.

Жидкость для обработки подземного пласта предпочтительно дополнительно содержит увеличитель вязкости или понизитель трения.

Жидкость-носитель предпочтительно представляет собой жидкость, выбранную из группы, состоящей из реагента на водной основе, буферной жидкости, совместного растворителя, промывочной жидкости, жидкости для растворения пласта, жидкости для гидроразрыва, жидкости для растворения отложений, жидкости для растворения парафинов, жидкости для растворения асфальтенов, отклоняющей жидкости, агента для регулирования притока воды, хелатирующего агента, вязкоупругой отклоняющей кислоты, самоотклоняющей кислотной системы, кислоты и их смеси.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0012] На ФИГ. 1 показаны твердые частицы и хлопья, включая размеры, в соответствии с аспектами настоящего изобретения.

[0013] На ФИГ. 2 показаны формы перфорационных каналов в соответствии с аспектами настоящего изобретения.

[0014] На ФИГ. 3 показано распределение частиц по размерам для снижения проницаемости пробки в соответствии с аспектами настоящего изобретения.

[0015] На ФИГ. 4 показана отклоняющая набивка в призабойной зоне ствола скважины в соответствии с аспектами настоящего изобретения.

[0016] На ФИГ. 5 изображена лабораторная установка для создания пробки в соответствии с аспектами настоящего изобретения.

[0017] На ФИГ. 6 показан результат исследования растворения сополимера бутендиола и винилового спирта в соответствии с аспектами настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0018] Вначале следует отметить, что при разработке любых эффективных вариантов осуществления должны быть приняты многочисленные решения, зависящие от реализации, направленные на достижение конкретных целей разработчика, таких как соблюдение ограничений, связанных с системой и условиями работы предприятия, которые могут варьироваться в зависимости от варианта реализации. Кроме того, следует понимать, что такие усилия по разработке могут быть сложными и длительными, но, тем не менее, будут обычным делом для специалиста в данной области техники, пользующегося преимуществом настоящего изобретения.

[0019] Описание и примеры представлены исключительно с целью иллюстрации некоторых вариантов осуществления и не должны толковаться в контексте ограничения объема и применимости. В разделах «Сущность изобретения» и «Подробное описание изобретения» каждое числовое значение следует рассматривать как модифицированное термином «около» (кроме случаев, когда оно уже в явной форме модифицировано таким образом), а затем рассматривать как не модифицированное таким образом, если из контекста не следует иное. Кроме того, при прочтении разделов «Сущность изобретения» и «Подробное описание изобретения» следует понимать, что под диапазоном концентраций, перечисленным или описанным как применимый, подходящий и т.п., подразумевается любая и каждая концентрация в пределах указанного диапазона, включая крайние значения. Например, «диапазон от 1 до 10» следует воспринимать как описывающий все без исключения возможные числа в континууме от около 1 до около 10. Таким образом, даже если определенные значения в пределах диапазона, или ни одно из значений в пределах диапазона, указаны в явном виде или упомянуты как несколько конкретных значений, следует понимать, что авторы изобретения подразумевают и понимают под этим, что любые и все значения в пределах диапазона следует рассматривать как указанные, и что авторы настоящего изобретения имеют в виду весь диапазон и все значения в пределах этого описанного диапазона, и действующим является весь диапазон и все значения в пределах указанного диапазона.

[0020] Следующие определения предоставлены для того, чтобы помочь специалистам в данной области техники понять подробное описание.

[0021] Термин «обработка» или «обрабатывать» относится к любой подземной операции, в которой применяют жидкость в сочетании с желаемой функцией и/или желаемой целью. Термин «обработка» или «обрабатывать» не подразумевает какое-либо конкретное действие жидкости.

[0022] Термин «гидроразрыв» относится к процессу и способам разрушения геологического пласта и образования трещины, т. е. горной породы вокруг ствола скважины, путем закачки жидкости при очень высоких давлениях (давлении, превышающем определенное давление смыкания пласта), чтобы увеличить темпы добычи из углеводородного коллектора. В других способах гидроразрыва применяют обычные методы, известные в данной области техники.

Сополимер винилового спирта

[0023] В настоящем изобретении рассмотрены растворимые материалы для сверхнизкотемпературного отклонения при операции гидроразрыва. В качестве временного отклоняющего агента такие жидкости для обработки могут содержать растворимые частицы на основе сополимера винилового спирта (например, сополимер бутендиола и винилового спирта). В одном аспекте жидкости для обработки могут содержать около по меньшей мере 0,5 мас.% сополимера бутендиола и винилового спирта. В вариантах осуществления жидкости для обработки могут содержать вплоть до около 5,0 мас.% сополимера бутендиола и винилового спирта. Указанный сополимер бутендиола и винилового спирта, поддающийся биологическому разложению и экологичный полимер, может быть способен перекрывать узкие участки трещин, например, такие, которые встречаются во время операций гидроразрыва пласта. Как правило, отклоняющие агенты способны отводить часть жидкостей для обработки в конкретную область подземной зоны. Отклоняющие агенты по настоящему изобретению также могут быть способны перекрывать узкие участки трещин, таких как те, которые встречаются при гидравлическом разрыве пласта или операциях кислотной обработки.

[0024] Поскольку частицы на основе сополимера винилового спирта в данном случае транспортируются через трещины, расположенные в призабойной зоне ствола скважины, указанные частицы могут слипаться вместе и перекрывать участки трещин(-ы). Растворимые материалы при гидратации способны образовывать гель с низкой проницаемостью, а также могут растворяться за короткий промежуток времени (около 8 часов) при сверхнизкой температуре (ниже 49 °С (120 °F)). В одном варианте осуществления растворимый материал на основе сополимера винилового спирта может образовывать липкий гель или набухающий гель. Липкие (т. е. клейкие) свойства или способность к набуханию гидратированных частиц могут препятствовать растеканию отклоняющего материала во время транспортировки, способствовать перекрытию и уменьшению проницаемости внутри отклоняющей набивки. Гидратированные частицы могут образовывать гель с низкой проницаемостью, в котором для достижения указанной низкой проницаемости может не требоваться применение частиц разных размеров или волокнистых материалов. В некоторых вариантах осуществления разложение материала на основе сополимера винилового спирта может происходить при температуре от около комнатной до 65 °С (150 °F). Растворимый загущенный материал может расширить температурный диапазон операций отклонения и повысить эффективность работы по сравнению с применением исключительно разлагаемых материалов, таких как полилактид и т.п., разложение которых при температуре ниже 49 °С (120 °F) занимает месяцы. Этот материал также может упростить выполнение работ, поскольку во время работы может потребоваться закачка отклоняющего материала только одного типа.

[0025] Растворимый отклоняющий материал на основе сополимера винилового спирта может содержать одну или более недеформируемых перекрывающих частиц. Отклоняющая смесь может содержать или не содержать разлагаемые или неразлагаемые волокна. По мере того, как растворимый отклоняющий материал транспортируется через трещины призабойной зоны ствола скважины, более крупные частицы могут начать перекрытие, запуская накопление отклоняющих частиц. Во время этого процесса мелкие частицы могут занимать межпоровое пространство между крупными частицами, как показано на ФИГ. 4. По мере набивания крупных и мелких частиц проницаемость может уменьшиться, что приведет к отклонению призабойной зоны ствола скважины. Если применяется волокнистый материал, это может способствовать транспортировке отклоняющего материала, препятствовать его растеканию во время транспортировки, способствовать перекрытию и/или уменьшению проницаемости внутри отклоняющей набивки.

[0026] Растворимые отклоняющие материалы, описанные в настоящем документе, могут содержать поли(виниловый спирт) (PVOH), такой как сополимер бутендиола и винилового спирта и/или термопластичную смесь крахмала и т.п.

[0027] Частицы по настоящему изобретению могут иметь различные размеры. В частности, материал на основе сополимера винилового спирта может иметь частицы различных размеров, таких, например, как диаметр поперечного сечения около 4,5 мм, 2,5 мм, 1 мм, 0,6 мм, 200 микрон.

[0028] Растворимые отклоняющие материалы по настоящему изобретению могут существовать в виде твердых частиц; термины «частица» или «твердая частица» в настоящем документе могут относиться к твердому трехмерному объекту с максимальным размером, который, например, значительно меньше 1 метра. Кроме того, «размер» объекта относится к расстоянию между двумя произвольными параллельными плоскостями, каждая из которых касается поверхности объекта в по меньшей мере одной точке. Максимум или максимальной размер относится к самому большому расстоянию, существующему для указанного объекта, между двумя любыми параллельными плоскостями, a минимум или минимальной размер относится к наименьшему расстоянию, существующему для указанного объекта, между двумя любыми параллельными плоскостями. В некоторых вариантах осуществления применяемые по настоящему изобретению частицы могут иметь соотношение между максимальным и минимальным размерами (соотношение размеров частиц x/y) менее 5 или даже менее 3, как показано на ФИГ. 1.

[0029] Термин «хлопья» может относиться к некоторому типу твердых частиц, как определено выше. Хлопьевидная частица может представлять собой твердый трехмерный объект, толщина которого меньше других его размеров, например, длины и ширины. Соотношения размеров хлопьевидной частицы (диаметр/толщина, длина/толщина, ширина/толщина) могут находиться в диапазоне от около 5 до около 50 или более, также как показано на ФИГ. 1. Применительно к хлопьевидной частице, соотношение сторон может представлять собой отношение длины или ширины к ее толщине. Согласно настоящему документу, может быть применено любое подходящее соотношение длины и ширины.

[0030] Термины «размер частицы», «размер твердой частицы» или «размер хлопьевидной частицы» могут относиться к диаметру наименьшей воображаемой описанной сферы, которая может заключить в себе такую твердую или хлопьевидную частицу.

[0031] Для целей настоящего изобретения компоненты жидкости для обработки могут содержать твердые и хлопьевидные частицы, имеющие однородную или неоднородную структуру, изготовленные, например, из пористых или композитных материалов.

[0032] Частицы или хлопья по настоящему изобретению могут быть реализованы как проппанты. Такие проппанты могут являться натуральными или синтетическими (включая, помимо прочего, стеклянные шарики, керамические шарики, песок и бокситы), могут иметь покрытие или содержать химические вещества; а в случае, когда их более одного, их можно применять последовательно или в смесях разных размеров или разных материалов. Упомянутый проппант может быть покрыт смолой (отверждаемой), покрыт предварительно отвержденной смолой или может иметь нанесенный материал, устойчивый к коррозии. Проппанты и гравий в условиях одной и той же или разных скважин или обработок могут представлять собой один и тот же материал и/или могут иметь одинаковый размер, а в настоящем изобретении термин «проппант» предназначен для включения в себя гравия. В некоторых вариантах осуществления в качестве проппантов могут применяться частицы любой приемлемой формы, такие как стержнеобразные частицы, удлиненные частицы, пластинчатые частицы и т.п. Такие частицы также могут иметь любую приемлемую форму сечения, такую как цилиндрическая и т.п. В одном варианте осуществления жидкости для обработки могут содержать смесь растворимых материалов, имеющих форму стержней, хлопьев или имеющих цилиндрическую форму сечения. Улучшенные свойства перекрытия были продемонстрированы в ходе применения смеси как хлопьевидных, так и цилиндрических в сечении частиц.

[0033] Термин «средний размер» может относиться к среднему размеру твердых включений в группе твердых включений каждого типа. В каждой группе j частиц или хлопьев средний размер может быть рассчитан как массово-взвешенное значение.

где N - количество частиц или хлопьев в группе, , (i=1…N) - размеры отдельных частиц или хлопьев; m_i, (i=1…N) - массы отдельных частиц или хлопьев.

[0034] Термин «отверстие» может относиться к двумерному объекту любой геометрии, который ограничен только его периметром. Термин «диаметр отверстия» или «размер отверстия» может относиться к диаметру наибольшего воображаемого круга, который вписан в такое отверстие.

[0035] Хотя варианты осуществления, описанные в настоящем документе, могут относиться к операциям обработки скважины, они также могут быть применимы к любым скважинным операциям, где происходит изоляция зон, таким как операции бурения, операции капитального ремонта и т.п.

[0036] Описан способ обработки для отклонения или для временной зональной изоляции. В указанном способе применяют композицию, которая может содержать смеси частиц или смеси частиц и хлопьев. В соответствии с одним вариантом осуществления размер(-ы) наиболее крупных частиц или хлопьев в смесях может быть немного меньше диаметра перфорационных отверстий в зоне, подлежащей изоляции или отклонению. В соответствии с дополнительным вариантом осуществления размер частиц или хлопьев в смесях может быть больше средней ширины пустоты, которую требуется закрыть или временно изолировать. Средняя ширина пустоты может представлять собой наименьшую ширину пустоты после перфорационного отверстия или другого входа в такую пустоту, на расстоянии 10 см, 20 см, 30 см или 50 см или 500 см, например, при переходе из ствола скважины в пласт. Такие пустоты могут представлять собой перфорационный туннель, трещину гидроразрыва или канал червоточины, как показано на ФИГ. 2. Введение смесей или композиций в перфорационные отверстия может привести к застреванию наиболее крупных частиц в пустотах в непосредственной близости от ствола скважины. После этого на образовавшейся перемычке может происходить накопление других частиц. В одном варианте осуществления соотношение между частицами и хлопьями в смесях может быть рассчитано для снижения проницаемости образованных пробок.

[0037] В соответствии с одним аспектом жидкости для обработки по настоящему изобретению могут обеспечить изоляцию зон за счет создания пробок в непосредственной близости от ствола скважины. По сравнению с традиционными технологиями обработки для отклонения, для композиций по настоящему изобретению может потребоваться меньшее количество отклоняющего материала. При применении жидкостей по настоящему изобретению существуют следующие преимущества: сниженный риск закупорки ствола скважины, сниженный риск повреждения пласта и улучшенная очистка. В примере, когда отклоняющая смесь предназначена для герметизации перфорационных каналов (например, при обработке реагентами на водной основе), количество отклоняющего материала, необходимого для отклонения между несколькими кустами перфораций, может составлять всего несколько килограммов. Удаление отклоняющего материала обеспечивается либо саморазложением в скважинных условиях, либо введением специальных химических реагентов, либо внутрискважинными работами.

Волокна

[0038] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения жидкости для обработки необязательно могут содержать волокна (как разлагаемые, так и неразлагаемые, вместе или в отдельности). В вариантах осуществления волокна могут способствовать связыванию частиц поливинилового спирта. Волокна могут быть прямыми, криволинейными, изогнутыми или волнистыми. Другие неограничивающие формы могут включать полые, по существу сферические, прямоугольные, многоугольные и т.д. Волокна или удлиненные частицы могут применяться в связках. Волокна могут иметь длину от менее около 1 мм до около 30 мм или более. В некоторых вариантах осуществления волокна могут иметь длину 12 мм или меньше с диаметром или поперечным размером около 200 микрон или меньше, причем типично от около 10 микрон до около 200 микрон. В случае удлиненных материалов материалы могут иметь отношение между любыми двумя из трех размеров более 5:1. В некоторых вариантах осуществления волокна или удлиненные материалы могут иметь длину более 1 мм, от около 1 мм до около 30 мм, от около 2 мм до около 25 мм, от около 3 мм до около 20 мм, что является типичным. В определенных вариантах применения волокна или удлиненные материалы могут иметь длину от около 1 мм до около 10 мм (например, 6 мм). Волокна или удлиненные материалы могут иметь диаметр или поперечный размер от около 5 до 100 микрон и/или номера волокон от около 0,1 до около 20, более конкретно, номера волокон от около 0,15 до около 6.

[0039] Волокно может быть образовано из разлагаемого материала или неразлагаемого материала. Волокно может быть органическим или неорганическим. Неразлагаемые материалы представляют собой материалы, в которых волокно остается по существу в своей твердой форме внутри скважинных флюидов. Примеры таких материалов включают стекло, керамику, базальт, углерод и соединения на основе углерода, металлы и металлические сплавы и т.д. Полимеры и пластмассы, которые не разлагаются, также могут применяться в качестве неразлагаемых волокон. Они могут включать пластмассовые материалы высокой плотности, устойчивые к кислотам и нефтям и имеющие кристалличность более 10%. Другие неограничивающие примеры полимерных материалов включают нейлоны, акрилы, стиролы, сложные полиэфиры, полиэтилен, нефтестойкие термореактивные смолы и их комбинации.

[0040] Разлагаемые волокна могут включать материалы, которые можно размягчить, растворить, провести через реакцию или иным образом заставить разложиться в скважинных флюидах. Такие материалы могут быть растворимы в водных жидкостях или углеводородных жидкостях. Могут применяться разлагаемые нефтью материалы в виде твердых частиц, которые разлагаются в добываемых флюидах. Неограничивающие примеры разлагаемых материалов могут включать, помимо прочего, поливиниловый спирт, полиэтилентерефталат (PET), полиэтилен, растворимые соли, полисахариды, воски, бензойную кислоту, материалы на основе нафталина, оксид магния, бикарбонат натрия, карбонат кальция, хлорид натрия, хлорид кальция, сульфат аммония, растворимые смолы и т.п., а также их комбинации. Разлагаемые материалы могут также включать материалы, которые образованы из твердых материалов-предшественников кислот. Эти материалы могут включать полимолочную кислоту (PLA), полигликолевую кислоту (PGA), карбоновую кислоту, лактид, гликолид, сополимеры PLA или PGA и т.п., а также их комбинации. Такие материалы могут также дополнительно способствовать растворению пласта при обработке путем кислотного гидроразрыва.

[0041] Кроме того, волокна могут представлять собой любой волокнистый материал, такой как, помимо прочего, натуральные органические волокна, измельченные растительные материалы, синтетические полимерные волокна (неограничивающим примером является сложный полиэфир, полиарамид, полиамид, новолоид или полимер новолоидного типа), фибриллированные синтетические органические волокна, керамические волокна, неорганические волокна, металлические волокна, металлические нити, углеродные волокна, стеклянные волокна, керамические волокна, натуральные полимерные волокна и любые их смеси. Особенно полезными волокнами являются сложные полиэфирные волокна с покрытием, обеспечивающие высокую гидрофильность, такие как, помимо прочего, полиэтилентерефталатные (PET) волокна DACRON®, доступные от Invista Corp., Вичита, Канзас, США, 67220. Другие примеры применяемых волокон включают, помимо прочего, волокна на основе полимолочной кислоты и сложного полиэфира, волокна на основе полигликолевой кислоты и сложного полиэфира, волокна на основе поливинилового спирта и т.п.

[0042] Полимерные волокна содержат полиэфиры, полученные путем полимеризации гидроксикарбоновых кислот, такие как алифатический сложный полиэфир молочной кислоты, называемый полимолочной кислотой; гликолевая кислота, называемая полигликолевой кислотой; 3-гидроксимасляная кислота, называемая полигидроксибутиратом; 2-гидроксивалериановая кислота, называемая полигидроксивалериановой кислотой; эпсилон-капролактон, называемый полипсилон-капролактоном или полипролактоном; полиэфиры, полученные путем эстерификации гидроксиламинокислот, такие как серин, треонин и тирозин; и сополимеры, полученные из смесей мономеров, перечисленных выше. Описанные выше сложные гомополиэфиры имеют следующую общую структуру:

H- {O-[C(R1,R2)]_x-[C(R3,R4)]_y-C=O}_z-OH

где

R1, R2, R3, R4 представляют собой либо H, линейный алкил, такой как CH₃, CH₂CH₃, (CH₂)_nCH₃, разветвленный алкил, арил, алкиларил, функциональную алкильную группу (несущую группы карбоновой кислоты, аминогруппы, гидроксильные группы, тиольные группы или другие группы), либо функциональную арильную группу (несущую группы карбоновых кислот, аминогруппы, гидроксильные группы, тиольные группы или другие группы);

x представляет собой целое число от 1 до 11;

y представляет собой целое число от 0 до 10; и

z представляет собой целое число от 2 до 50 000.

[0043] В соответствующих условиях (например, pH, температура, содержание воды) сложные полиэфиры, описанные в настоящем документе, могут гидролизоваться и разлагаться с образованием гидроксикарбоновой кислоты и соединений, которые относятся к тем кислотам, которые упоминались выше как «мономерные кислоты».

[0044] Одним из примеров подходящего предшественника полимерной кислоты, как упомянуто выше, является полимер молочной кислоты, иногда называемый полимолочной кислотой, «PLA», полилактатом или полилактидом. Молочная кислота представляет собой хиральную молекулу и имеет два оптических изомера. Они представляют собой D-молочную кислоту и L-молочную кислоту. Формы поли(L-молочной кислоты) и поли(D-молочной кислоты) имеют по существу кристаллическую природу. Полимеризация смеси L- и D-молочных кислот до поли(DL-молочной кислоты) приводит к образованию полимера, который является более аморфным по своей природе. Полимеры, описанные в настоящем документе, являются по существу линейными. Степень полимеризации линейной полимолочной кислоты может варьироваться от нескольких звеньев (2-10 звеньев) (олигомеров) до нескольких тысяч (например, 2 000-5 000). Также могут быть применены циклические структуры. Степень полимеризации этих циклических структур может быть меньше, чем у линейных полимеров. Эти циклические структуры могут включать циклические димеры.

[0045] Другим примером является полимер гликолевой кислоты (гидроксиуксусной кислоты), также известный как полигликолевая кислота (PGA) или полигликолид. Другими материалами, подходящими в качестве предшественников полимерной кислоты, являются все эти полимеры гликолевой кислоты сами по себе или с другими фрагментами, содержащими гидроксикислоту.

[0046] Как полимолочную кислоту, так и полигликолевую кислоту можно применять в качестве гомополимеров, которые могут содержать менее около 0,1%мас. других сомономеров. Применяемый в отношении полимолочной кислоты термин «гомополимер(ы)» подразумевает включение полимеров D-молочной кислоты, L-молочной кислоты и/или смесей или сополимеров чистой D-молочной кислоты и чистой L-молочной кислоты. Кроме того, можно применять статистические сополимеры молочной кислоты и гликолевой кислоты и блок-сополимеры полимолочной кислоты и полигликолевой кислоты. Также можно применять комбинации описанных гомополимеров и/или описанных выше сополимеров. Также можно применять случайные, блочные, привитые, звездообразные и сверхразветвленные алифатические сложные полиэфиры.

[0047] Другие примеры сложных полиэфиров гидроксикарбоновых кислот, которые можно применять в качестве предшественников полимерных кислот, могут включать в себя полимеры гидроксивалериановой кислоты (полигидроксивалериат), гидроксимасляная кислота (полигидроксибутират) и их сополимеры с другими гидроксикарбоновыми кислотами. Сложные полиэфиры, полученные в результате полимеризации лактонов с раскрытием кольца, такие как эпсилонкапролактон (полипсилонкапролактон) или сополимеры гидроксикислот и лактонов, также могут быть применены в качестве предшественников полимерных кислот.

[0048] Сложные полиэфиры, полученные путем эстерификации других гидроксилсодержащих кислотосодержащих мономеров, таких как гидроксиаминокислоты, могут быть применены в качестве предшественников полимерных кислот. Встречающиеся в природе аминокислоты представляют собой L-аминокислоты. Среди 20 наиболее распространенных аминокислот три, содержащие гидроксильные группы, - это L-серин, L-треонин и L-тирозин. Эти аминокислоты могут быть полимеризованы с получением сложных полиэфиров при соответствующей температуре и с применением соответствующих катализаторов путем реакции их спирта и их группы карбоновой кислоты. D-аминокислоты менее распространены по своей природе, но их полимеры и сополимеры также могут применяться в качестве предшественников полимерных кислот.

[0049] NatureWorks, LLC, Миннетонка, Миннесота, США, производит твердый димер циклической молочной кислоты, называемый «лактидом», и из него получают полимеры или полилактаты молочной кислоты с различными молекулярными массами и степенями кристалличности под общим торговым наименованием NATUREWORKS™ PLA. PLA, доступные в настоящее время от NatureWorks, LLC, имеют среднечисловую молекулярную массу (Mn) примерно до 100 000 и средневесовую молекулярную массу (Mw) примерно до 200 000, хотя можно применить любой полилактид (произведенный с помощью любого процесса любым производителем). Указанные вещества, доступные от NatureWorks, LLC, обычно имеют температуру плавления кристаллов от около 120 °C до около 170 °C, но доступны и другие вещества. Поли(d, l-лактид) с различной молекулярной массой также доступен в продаже от Bio-Invigor, Пекин и Тайвань. Кроме того, Bio-Invigor поставляет полигликолевую кислоту (также известную как полигликолид) и различные сополимеры молочной кислоты и гликолевой кислоты, часто называемые «полиглактином» или поли(лактид-согликолидом).

[0050] Полимеры по настоящему изобретению могут встречаться в кристаллической форме, при этом степень кристалличности можно контролировать с помощью способа производства гомополимеров, а также способа производства, соотношения и распределения лактида и гликолида для сополимеров. Кроме того, хиральность применяемой молочной кислоты также влияет на кристалличность полимера. Полигликолид может быть выполнен в пористой форме. Некоторые полимеры перед гидролизом очень медленно растворяются в воде.

[0051] Аморфные полимеры могут быть полезны в определенных областях применения. Примером доступного в продаже аморфного полимера является полимер NATUREWORKS™ 4060D PLA, доступный от NatureWorks, LLC, который представляет собой поли(DL-молочную кислоту) и содержит приблизительно 12% мас. D-молочной кислоты и имеет среднечисловую молекулярную массу (Mn) приблизительно 98 000 г/моль и средневесовую молекулярную массу (Mw) приблизительно 186 000 г/моль.

[0052] Другие полимерные материалы, которые могут быть полезными, представляют собой сложные полиэфиры, полученные путем полимеризации производных поликарбоновых кислот, таких как производные дикарбоновых кислот, с полигидроксисодержащими соединениями, в частности дигидроксисодержащими соединениями. Производные поликарбоновой кислоты, которые могут быть применены, представляют собой такие дикарбоновые кислоты, как щавелевая кислота, пропандионовая кислота, малоновая кислота, фумаровая кислота, малеиновая кислота, янтарная кислота, глутаровая кислота, пентандиовая кислота, адипиновая кислота, фталевая кислота, изофталевая кислота, терфталевая кислота, аспарагиновая кислота или глутаминовая кислота; производные поликарбоновой кислоты, такие как лимонная кислота, сополимеры поли- и олигоакриловой кислоты и метакриловой кислоты; ангидриды дикарбоновых кислот, такие как ангидрид малеиновой кислоты, ангидрид янтарной кислоты, ангидрид пентандиовой кислоты, ангидрид адипиновой кислоты, ангидрид фталевой кислоты; галогениды дикарбоновых кислот, в первую очередь хлориды дикарбоновых кислот, такие как пропандиоацилхлорид, малонилхлорид, фумароилхлорид, малеилхлорид, сукцинилхлорид, глутароилхлорид, адипоилхлорид, фталоилхлорид. Подходящие полигидроксисодержащие соединения представляют собой такие дигидроксисоединения, как этиленгликоль, пропиленгликоль, 1,4-бутандиол, 1,5-пентандиол, 1,6-гександиол, гидрохинон, резорцин, бисфенолы, такие как бисфенолацетон (бисфенол A) или бисфенолформальдегид (бисфенол F); полиолы, такие как глицерин. Когда применяют как производное дикарбоновой кислоты, так и дигидроксисоединение, получают линейный сложный полиэфир. Следует понимать, что, когда применяют один тип дикабоксиловой кислоты и один тип дигидроксисоединения, получают линейный сложный гомополиэфир. Когда применяют несколько типов поликарбоновых кислот и/или полигидроксилсодержащий мономер, получают сложные сополиэфиры. Согласно кинетике Флори-Стокмайера, «функциональность» мономеров поликарбоновой кислоты (количество кислотных групп на молекулу мономера) и «функциональность» полигидроксисодержащих мономеров (количество гидроксильных групп на молекулу мономера) и их соответствующие концентрации будут определять конфигурацию полимера (линейная, разветвленная, звездообразная, слегка сшитая или полностью сшитая). Все эти конфигурации могут быть гидролизованы или «разложены» до мономеров карбоновых кислот и, следовательно, могут рассматриваться как предшественники полимерных кислот. В качестве частного примера, без приведения исчерпывающего перечня любых возможных сложных полиэфирных структур, которые можно рассматривать, но лишь для того, чтобы представить общую структуру случая, который может иметь место, общая структура линейных сложных мопополиэфиров может быть следующей:

H- {O-R1-O-C=O-R2-C=O}_z-OH

где

R1 и R2 представляют собой группы линейного алкила, разветвленного алкила, арила, алкиларила; и

z представляет собой целое число от 2 до 50 000.

[0053] Другими примерами подходящих предшественников полимерных кислот являются сложные полиэфиры, полученные из производных фталевой кислоты, такие как полиэтилентерефталат (PET), полибутилентетерефталат (PBT), полиэтилененафталат (PEN) и т.п.

[0054] Композиции по настоящему изобретению могут быть изготовлены из смесей частиц или смесей частиц и хлопьев в жидкости-носителе. Жидкость-носитель может представлять собой воду, включая пресную воду, пластовую воду, морскую воду. Другие неограничивающие примеры жидкостей-носителей включают гидратируемые гели (например, гуаровые смолы, полисахариды, ксантан, гидроксиэтилцеллюлозу и т.д.), сшитый гидратируемый гель, загущенную кислоту (например, на основе геля), эмульгированную кислоту (например, нефтяную внешнюю фазу), активированную жидкость (например, пену на основе N₂ или CO₂) и буровой раствор на нефтяной основе, содержащий гелеобразную, вспененную или иным образом загущенную нефть. Кроме того, жидкость-носитель может представлять собой рассол и/или может содержать рассол. Жидкость-носитель может включать в себя кислоту, включая, помимо прочего, соляную кислоту, плавиковую кислоту, бифторид аммония, муравьиную кислоту, уксусную кислоту, молочную кислоту, гликолевую кислоту, малеиновую кислоту, винную кислоту, сульфаминовую кислоту, яблочную кислоту, лимонную кислоту, метилсульфаминовую кислоту, хлоруксусную кислоту, аминополикарбоновую кислоту, 3-гидроксипропионовую кислоту, полиаминополикарбоновую кислоту и/или соль любой кислоты. В определенных вариантах осуществления жидкость-носитель может включать в себя полиаминополикарбоновую кислоту, тринатрийгидроксилэтилэтилендиаминтриацетат, моноаммониевые соли гидроксилэтилэтилендиаминтриацетата и/или мононатриевые соли гидроксилэтилэтилендиаминтетраацетата.

[0055] Такой твердый материал-предшественник полимерной кислоты может подвергаться необратимому распаду в скважине на основные кислотные продукты. Как упоминается в настоящем документе, термин «необратимый» будет подразумевать, что твердый материал-предшественник полимерной кислоты, однажды распавшийся в скважине, не должен восстанавливаться в скважине, например, материал должен распадаться in situ, но не должен восстанавливаться in situ. Термин «распад» относится как к двум относительно крайним случаям гидролитической деградации, которым может подвергаться материал твердого предшественника полимерной кислоты, например, объемной эрозии и поверхностной эрозии, так и к любой стадии разложения между этими двумя состояниями. Это разложение может быть результатом, среди прочего, химической реакции. Скорость, с которой происходит химическая реакция, может зависеть, среди прочего, от добавленных химикатов, температуры и времени. Распад твердых материалов-предшественников полимерной кислоты может зависеть или может не зависеть, по меньшей мере частично, от ее структуры. Например, присутствие гидролизуемых и/или окисляемых связей в основной цепи часто дает материал, который будет распадаться, как описано в настоящем документе. Скорость распада таких полимеров зависит от таких факторов, как, помимо прочего, тип повторяющегося звена, состав, последовательность, длина, молекулярная геометрия, молекулярная масса, морфология (например, кристалличность, размер сферолитов и ориентация), гидрофильность, гидрофобность, площадь поверхности и добавки. На способ распада полимера также может влиять среда, воздействию которой подвергается полимер, например температура, присутствие влаги, кислорода, микроорганизмов, ферментов, pH и т.п.

[0056] Другой класс подходящего твердого материала-предшественника полимерной кислоты, который можно применять, включает полиамиды и полиимиды. Такие полимеры могут содержать гидролизуемые группы в основной цепи полимера, которые могут гидролизоваться в условиях, существующих в цементных растворах и в затвердевшей цементной матрице. Такие полимеры также могут образовывать побочные продукты, которые могут сорбироваться цементной матрицей. Соли кальция представляют собой неограничивающий пример таких побочных продуктов. Неограничивающие примеры подходящих полиамидов включают белки, полиаминокислоты, нейлон и поли(капролактам). Другой класс полимеров, которые могут быть подходящими для применения, представляет собой полимеры, которые могут содержать гидролизуемые группы не в основной цепи полимера, а в виде боковых групп. Гидролиз боковых групп может приводить к образованию водорастворимого полимера и других побочных продуктов, которые могут сорбироваться цементной композицией. Неограничивающий пример такого полимера включает поливинилацетат, который при гидролизе образует водорастворимые соли поливинилового спирта и ацетата.

[0057] Частица(-ы) или хлопья могут быть реализованы в виде материала, вступающего в реакцию с химическими агентами. Некоторыми примерами материалов, которые могут быть удалены путем вступления в реакцию с другими агентами, являются карбонаты, включая карбонаты кальция и магния и их смеси (вступающие в реакцию с кислотами и хелатами); кислоторастворимый цемент (способный вступать в реакцию с кислотами); сложные полиэфиры, включая сложные эфиры молочных гидроксикарбоновых кислот и их сополимеры (могут быть гидролизованы кислотами и основаниями); активные металлы, такие как магний, алюминий, цинк и их сплавы (способные вступать в реакцию с водой, кислотами и основаниями) и т. д. Частицы и хлопья также могут быть реализованы в виде материала, который ускоряет разрушение других компонентов образованной пробки. Некоторыми неограничивающими примерами этого является применение оксидов металлов (например, MgO) или оснований (например, Mg (OH)₂; Ca (OH)₂) или солей слабых кислот (например, CaCO₃) для ускорения гидролиза сложных полиэфиров, таких как полимолочные или полигликолевые кислоты.

[0058] Частица(-ы) или хлопья могут быть реализованы в виде плавких материалов. Примерами плавких материалов, которые могут быть расплавлены в скважинных условиях, являются углеводороды с числом атомов углерода более 30, включая, помимо прочего, поликапролактоны, парафин, воски или карбоновые кислоты, такие как бензойная кислота и ее производные и т.д. Можно применять частицы из воска. Указанные частицы являются твердыми при температуре закачиваемой жидкости, и данная жидкость достаточно охлаждает пласт, так что частицы поступают в пласт и остаются твердыми. Водосодержащий воск обычно можно применять в покрытиях для дерева, при технологической обработке древесины, переработке бумаги и картона, в защитных покрытиях для применения в архитектуре и промышленности, покрытиях для бумаги, в резине и пластмассах, чернилах, текстиле, керамике, и т.д. Их производят такие компании, как Hercules Incorporated, Уилмингтон, Делавэр, США, под торговым наименованием PARACOL®, Michelman, Цинциннати, Огайо, США, под торговым наименование MICHEM®, и ChemCor, Честер, Нью-Йорк, США. Особенно подходящие воски включают в себя те, которые обычно применяют на коммерческих автомойках. Помимо парафиновых восков, также могут применяться другие воски, такие как полиэтилены и полипропилены.

[0059] Частица(-ы) или хлопья могут быть реализованы в виде водорастворимого материала или углеводородорастворимого материала. Перечень материалов, которые можно применять для растворения в воде, может включать в себя водорастворимые полимеры, водорастворимые эластомеры, угольные кислоты, каменную соль, амины, неорганические соли. Перечень материалов, которые можно применять для растворения в нефти, включает в себя нефтерастворимые полимеры, нефтерастворимые смолы, нефтерастворимые эластомеры, полиэтилен, угольные кислоты, амины, воски.

[0060] Размер частиц(-ы) и хлопьев может быть выбран таким образом, чтобы размер наиболее крупных частиц или хлопьев был немного меньше диаметра перфорационных отверстий в обсадной колонне и больше средней ширины пустот за обсадной колонной (перфорационные каналы, трещины или червоточины). Под перфорационным отверстием подразумевается отверстие любого типа в обсадной колонне. Таким отверстием может быть перфорация, отверстие от гидромонитора, отверстие от щелевого хвостовика, порт или любое отверстие в инструменте для заканчивания, точка выхода флюида обсадной колонны. В соответствии с еще одним вариантом размер частиц или хлопьев в смеси предназначен для уменьшения проницаемости пробок в узких пустотах за обсадной колонной (перфорационные каналы, трещины или червоточины). Как правило, применяемые частицы или хлопья будут иметь средний размер менее нескольких сантиметров, предпочтительно менее 2 см и более предпочтительно - менее 1 см. В одном варианте осуществления некоторые частицы или хлопья будут иметь средний размер от около 0,2 мм до около 4,76 мм, предпочтительно от около 0,5 мм до около 4,76 мм, более предпочтительно от около 1 мм до около 4,76 мм, а другие частицы будут иметь средний размер частиц от 0,04 мм до около 2 мм, предпочтительно от 0,04 мм до около 1,5 мм, более предпочтительно от 0,1 мм до 1 мм.

[0061] В соответствии с дополнительным вариантом осуществления указанные композиции могут содержать частицы или хлопья с различным распределением размеров частиц/хлопьев. В одном варианте осуществления указанная композиция содержит материалы с твердыми частицами с заданным распределением частиц по размерам.

[0062] В некоторых вариантах осуществления выбор размера для первого количества твердых частиц зависит от характеристик перфорированного отверстия, как описано выше: размер самых крупных частиц или хлопьев немного меньше диаметра перфорационных отверстий в обсадной колонне. В некоторых дополнительных вариантах осуществления выбор размера первого количества частиц зависит от пустот за обсадной колонной: размер частиц больше средней ширины пустот за обсадной колонной (перфорационные каналы, трещины или червоточины). В некоторых дополнительных вариантах осуществления выбор размера первого количества частиц зависит от характеристик перфорированного отверстия и пустот за обсадной колонной: размер самых крупных частиц или хлопьев немного меньше диаметра перфорационных отверстий в обсадной колонне и больше средней ширины пустот за обсадной колонной (перфорационные каналы, трещины или червоточины). В некоторых дополнительных вариантах осуществления выбор размера первого количества твердых частиц зависит от желательных характеристик регулирования водоотдачи первого количества твердых частиц, применяемых в качестве агента регулирования водоотдачи, размера пор в пласте и/или имеющихся в коммерческом доступе размеров твердых частиц того типа, который содержится в первом количестве твердых частиц.

[0063] В некоторых вариантах осуществления выбор размера второго количества твердых частиц зависит от желательных характеристик регулирования водоотдачи второго количества твердых частиц, применяемых в качестве агента регулирования водоотдачи, размера пор в пласте и/или имеющихся в коммерческом доступе размеров твердых частиц того типа, который содержится во втором количестве твердых частиц.

[0064] В некоторых вариантах осуществления выбор размера второго количества твердых частиц зависит от желательных характеристик регулирования водоотдачи второго количества твердых частиц, применяемых в качестве агента регулирования водоотдачи, размера пор в пласте и/или имеющихся в коммерческом доступе размеров твердых частиц того типа, который содержится во втором количестве твердых частиц. Размер частиц находится в диапазоне 10-100% от размера первого количества твердых частиц, более предпочтительно 20-80% от размера первого количества твердых частиц.

[0065] В некоторых вариантах осуществления выбор размера твердых частиц зависит от максимизации или оптимизации доли в объеме набивки (PVF - англ.: packed volume fraction) смеси первого количества твердых частиц и второго количества твердых частиц. Показатель PVF или доля в объеме набивки представляет собой долю объема твердого содержимого от общего объема содержимого. Распределение частиц по размерам, требуемое для максимального увеличения PVF в узкой щели, может отличаться от распределения частиц по размерам, требуемого для максимального увеличения PVF в сплошной системе. Следовательно, в некоторых вариантах осуществления выбор размера твердых частиц зависит от максимизации или оптимизации PVF смеси первого количества частиц и второго количества частиц в узких пустотах размером от 2 мм до 2 см. В некоторых вариантах осуществления выбор размера твердых частиц зависит от максимизации или оптимизации PVF смеси первого количества частиц и второго количества частиц в трещине или щели шириной менее 20 мм. В некоторых вариантах осуществления твердые частицы в совокупности имеют PVF выше 0,74, или 0,75, или выше 0,80. В некоторых дополнительных вариантах осуществления твердые частицы могут иметь гораздо более высокое значение PVF, приближающееся к 0,95.

[0066] В некоторых дополнительных вариантах осуществления композиция может дополнительно содержать третье количество частиц/хлопьев, имеющих третий средний размер частиц, который меньше второго среднего размера частиц/хлопьев. В некоторых дополнительных вариантах осуществления для второго, третьего, четвертого или пятого среднего размера частиц/хлопьев может быть применен тот же химический состав. В целях улучшения PVF композиции дополнительные частицы могут быть добавлены по другим причинам, таким как химический состав дополнительных частиц, простота производства определенных материалов для одних и тех же частиц по сравнению с разными частицами, наличие в коммерческом доступе частиц, обладающих определенными свойствами, и по иным причинам, понятным в данной области техники.

[0067] В некоторых дополнительных вариантах осуществления композиция может дополнительно содержать увеличитель вязкости. Увеличитель вязкости может представлять собой любой сшитый полимер. Полимерный увеличитель вязкости может представлять собой полимер, сшитый металлами. Подходящие полимеры для изготовления полимерных увеличителей вязкости, сшитых металлами, включают, например, полисахариды, такие как замещенные галактоманнаны, такие как гуаровые камеди, высокомолекулярные полисахариды, состоящие из сахаров маннозы и галактозы, или производные гуара, такие как гидроксипропилгуар (HPG), карбоксиметилгидроксипропилгуар (CMHPG) и карбоксиметилгуар (CMG), гидрофобно модифицированные гуары, гуаросодержащие соединения и синтетические полимеры. Сшивающие агенты на основе комплексов бора, титана, циркония или алюминия обычно применяют для увеличения эффективной молекулярной массы полимера и повышения их пригодности для применения в высокотемпературных скважинах.

[0068] Другие подходящие классы полимеров, эффективных в качестве увеличителя вязкости, включают поливиниловые полимеры, полиметакриламиды, простые эфиры целлюлозы, лигносульфонаты и их соли аммония, щелочных металлов и щелочноземельных металлов. Более конкретными примерами других типичных водорастворимых полимеров являются сополимеры акриловой кислоты и акриламида, сополимеры акриловой кислоты и метакриламида, полиакриламиды, частично гидролизованные полиакриламиды, частично гидролизованные полиметакриламиды, поливиниловый спирт, полиалкиленоксиды, другие галактоманнаны, гетерополисахариды, полученные путем ферментации сахара, и их соли аммония и щелочных металлов.

[0069] В меньшей степени применяют производные целлюлозы, такие как гидроксиэтилцеллюлоза (HEC) или гидроксипропилцеллюлоза (HPC), карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлоза (CMHEC) и карбоксиметилцеллюлоза (CMC), со сшивающими агентами или без них. Было показано, что ксантан, диутан и склероглюкан, три биополимера, обладают превосходной способностью суспендировать частицы, даже несмотря на то, что они являются более дорогостоящими, чем производные гуара, и поэтому применяются реже, если их нельзя применять в более низких концентрациях.

[0070] В других вариантах осуществления увеличитель вязкости получают из сшиваемого, гидратируемого полимера и замедлителя сшивания, причем сшивающий агент содержит комплекс, содержащий металл и первый лиганд, выбранный из группы, состоящей из аминокислот, фосфоновых кислот и солей или их производных. Также сшитый полимер может быть получен из полимера, содержащего боковые ионные фрагменты, поверхностно-активного вещества, содержащего противоположно заряженные фрагменты, стабилизатора глин, источника бората и сшивающего агента на основе металла.

[0071] Увеличитель вязкости может представлять собой вязкоупругое поверхностно-активное вещество (VES - англ.: viscoelastic surfactant). VES может быть выбрано из группы, состоящей из катионных, анионных, цвиттерионных, амфотерных, неионных веществ и их комбинаций. Вязкоупругие поверхностно-активные вещества, когда они применяются по отдельности или в комбинации, способны образовывать мицеллы, которые образуют структуру в водной среде, которая способствует увеличению вязкости жидкости (также называемые «мицеллами, увеличивающими вязкость»). Эти жидкости обычно получают путем смешивания соответствующих количеств VES, подходящих для достижения желаемой вязкости. Вязкость жидкостей VES может быть объяснена трехмерной структурой, образованной компонентами указанных жидкостей. Когда концентрация поверхностно-активных веществ в вязкоупругой жидкости значительно превышает критическую концентрацию и в большинстве случаев в присутствии электролита, молекулы поверхностно-активного вещества объединяются в частицы, такие как мицеллы, которые могут взаимодействовать с образованием сети, обладающей вязкими и упругими свойствами.

[0072] Обычно особенно подходящие цвиттерионные поверхностно-активные вещества имеют формулу:

RCONH-(CH₂)_a(CH₂CH₂O)_m(CH₂)_b-N⁺(CH₃)₂-(CH₂)_a’(CH₂CH₂O)_m’(CH₂)_b’COO

где R представляет собой алкильную группу, содержащую от около 11 до около 23 атомов углерода, которая может быть разветвленной или прямой и может быть насыщенной или ненасыщенной; каждый из a, b, a’ и b’ составляет от 0 до 10, и каждый из m и m’ составляет от 0 до 13; каждый из a и b равен 1 или 2, если m не равен 0, и (a+b) составляет от 2 до 10, если m равно 0; каждый из a’ и b’ равен 1 или 2, если m’ не равен 0, и (a’ + b’) составляет от 1 до 5, если m равен 0; (m+m’) составляет от 0 до 14; и CH₂CH₂O также может представлять собой OCH₂CH₂. В некоторых вариант осуществления изобретения применяют цвиттерионные поверхностно-активные вещества из семейства бетаина.

[0073] Примеры подходящих катионных VES включают в себя катионные поверхностно-активные вещества, имеющие структуру:

R₁N⁺(R₂)(R₃)(R₄) X^-

где R₁ имеет от около 14 до около 26 атомов углерода и может быть разветвленным или неразветвленным, ароматическим, насыщенным или ненасыщенным и может содержать карбонил, амид, ретроамид, имид, мочевину или амин; каждый из R₂, R₃ и R₄ независимо представляет собой водород или алифатическую группу от C₁ до около C₆, которая может быть такой же или другой, с разветвленной или прямой цепью, насыщенной или ненасыщенной, причем одна или более из них могут быть замещены группой, которая делает группы R₂, R₃ и R₄ более гидрофильными; причем группы R₂, R₃ и R₄ могут быть включены в гетероциклическую 5- или 6-членную кольцевую структуру, которая содержит атом азота; группы R₂, R₃ и R₄ могут быть такими же или другими; R₁, R₂, R₃ и/или R₄ могут содержать одно или более этиленоксидных и/или пропиленоксидных звеньев; а X^- представляет собой анион. Также подходят смеси таких соединений. В качестве дополнительного примера, R₁ содержит от около 18 до около 22 атомов углерода и может содержать карбонил, амид или амин, а R₂, R₃ и R₄ такие же и содержат от 1 до около 3 атомов углерода.

[0074] Амфотерные VES также являются подходящими. Иллюстративные системы амфотерных VES могут включать в себя оксиды аминов, оксиды амидоаминов и т. п. Подходят смеси цвиттерионных поверхностно-активных веществ и амфотерных поверхностно-активных веществ. Примером является смесь около 13% изопропанола, около 5% 1-бутанола, около 15% этиленгликольмонобутилэфира, около 4% хлорида натрия, около 30% воды, около 30% кокоамидопропилбетаина и около 2% оксида кокоамидопропиламина.

[0075] Система VES также может быть основана на любом подходящем анионном поверхностно-активном веществе. В некоторых вариант осуществления настоящего изобретения анионное поверхностно-активное вещество представляет собой алкилсаркозинат. Алкилсаркозинат по существу может иметь любое количество атомов углерода. Алкилсаркозинаты могут иметь от около 12 до около 24 атомов углерода. Алкилсаркозинат может иметь от около 14 до около 18 атомов углерода. Конкретные примеры количества атомов углерода включают 12, 14, 16, 18, 20, 22 и 24 атома углерода. Анионное поверхностно-активное вещество представлено химической формулой:

R₁CON(R₂)CH₂X

где R₁ представляет собой гидрофобную цепь, содержащую от около 12 до около 24 атомов углерода, R₂ представляет собой водород, метил, этил, пропил или бутил, а X представляет собой карбоксил или сульфонил. Гидрофобная цепь может представлять собой алкильную группу, алкенильную группу, алкиларилалкильную группу или алкоксиалкильную группу. Конкретные примеры гидрофобной цепи включают тетрадецильную группу, гексадецильную группу, октадецентильную группу, октадецильную группу и докозеновую группу.

[0076] В некоторых вариант осуществления жидкость-носитель может необязательно дополнительно содержать дополнительные добавки, включая, помимо прочего, кислоты, добавки, снижающие водоотдачу, газ, ингибиторы коррозии, ингибиторы образования отложений, катализаторы, агенты для стабилизации глин, биоциды, понизители трения, их комбинации и т.п. Например, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения может быть желательно вспенить композицию с помощью газа, такого как воздух, азот или диоксид углерода.

[0077] Композицию можно применять для проведения различных подземных операций обработки, включая, помимо прочего, операции бурения, обработки гидроразрывом, отводящей обработки, зональной изоляции и операции заканчивания (например, гравийная набивка). В некоторых вариант осуществления композицию можно применять при обработке части подземного пласта. В некоторых вариантах осуществления композиция может быть введена в ствол скважины, который проникает в подземный пласт, в качестве жидкости для обработки. Например, жидкости для обработки можно позволить вступать в контакт с подземным пластом в течение некоторого периода времени. В некоторых вариантах осуществления жидкости для обработки можно позволить вступать в реакцию с углеводородами, пластовыми флюдами и/или впоследствии закачиваемыми жидкостями для обработки. По истечении выбранного периода времени жидкость для обработки может быть извлечена через ствол скважины.

[0078] Способы доставки композиции на прискважинный участок и в скважину являются такими же, как и для существующих отклоняющих материалов в виде твердых частиц. Обычно такие материалы в виде твердых частиц вводят в перекачиваемую жидкость, а затем вытесняют через перфорационные отверстия с высоким расходом закачки. Перечень нагнетательного оборудования может включать в себя различные системы для сухих добавок, проточные смесители и т.д. В одном варианте осуществления смеси частиц могут быть смешаны партиями, а затем в виде суспензии введены в жидкость для обработки. Также можно применять простые проточные нагнетательные устройства, схема которых показана на ФИГ. 5. В одном варианте осуществления указанная композиция может быть доставлена в скважину в обычной желонке или в инструменте, содержащем желонку и перфоратор. Может быть предусмотрен другой способ доставки указанной композиции, например, с помощью тросового инструмента, бурильной колонны, тросовой проволоки, гибких насосно-компрессорных труб (НКТ) или микроНКТ, с помощью скважинного инструмента или любого другого устройства, вводимого в скважину и способного доставить композицию в определенное место. МикроНКТ или буровая установка с гибкими насосно-компрессорными трубами малого диаметра (MCTR - англ.: Microhole Coiled Tubing Drilling Rig) представляет собой инструмент, способный выполнять весь массив операций в диапазоне вертикальных глубин от 0 до 5000 футов, включая бурение и обсадку поверхностных, промежуточных, эксплуатационных отверстий и отверстий для хвостовиков.

[0079] Поскольку объем отклоняющей смеси, необходимый для обработки, является относительно небольшим, существует риск того, что частицы смеси будут разделены во время прокачки через ствол скважины. Это может привести к ухудшению обработки на отклонение из-за образования пробок с более высокой проницаемостью, чем ожидалось. Чтобы избежать этой ситуации, в жидкость для обработки могут быть введены длинные фазовые пробки с низкой концентрацией отклоняющих смесей для минимизации риска отделения частиц от основной массы закачиваемой смеси. В другом варианте, чтобы избежать этой ситуации, отклоняющие смеси могут быть закачаны в виде длинных фазовых пробок с низкими концентрациями, что делает объем отклоняющей фазы сопоставимым с объемом ствола скважины. Например, для скважин с объемом ствола 32 м³ (200 баррелей) объемы отклоняющей фазы, минимизирующие риск отрыва частиц, могут находиться в диапазоне 3,2-16 м³ (20-100 баррелей). Для 5-25 кг отклоняющего материала это соответствует диапазону концентраций 0,3-8 кг/м³.

[0080] Создание пробок из предлагаемых отклоняющих смесей происходит за счет накопления частиц в пустотном пространстве за обсадной колонной. Примерами таких пустот могут быть перфорационные каналы, трещины от гидроразрыва или червоточины. Создание пробки состоит из двух этапов. На первом этапе некоторые самые крупные частицы отклоняющей смеси застревают в пустоте, образуя перемычку. На следующем этапе возле образовавшейся перемычки накапливаются другие частицы, что приводит к формированию пробки.

[0081] После обработки созданные пробки удаляют. Существует несколько способов, которые могут быть применены для удаления созданных пробок. Если указанная композиция содержит разлагаемые материалы, будет происходить саморазложение. Если указанная композиция содержит материал, реагирующий с химическими агентами, их удаляют за счет взаимодействия с другими агентами. Если указанная композиция содержит плавкий материал, плавление может привести к снижению механической устойчивости пробки. Если указанная композиция содержит водорастворимые или углеводородорастворимые материалы, удаление пробки может быть достигнуто за счет физического растворения по меньшей мере одного из компонентов отклоняющей смеси в окружающем флюиде. Растворимость упомянутых компонентов может находиться в значительной зависимости от температуры. В этой ситуации восстановление температуры после обработки в герметизируемой зоне может инициировать удалению герметика. Может происходить распад по меньшей мере одного компонента композиции. Удаление заглушки также может быть достигнуто за счет распада герметика на более мелкие частицы, которые затем будут смыты. Список возможных материалов, которые могут обладать свойством распада, включает в себя пластмассы, такие как PLA, полиамиды и композитные материалы, содержащие разлагаемые пластмассы и неразлагаемые мелкие твердые частицы. Стоит упомянуть, что часть разлагаемого материала в процессе разложения проходит этап распада. Исключительно в качестве примера, до полного разложения PLA может превратиться в хрупкие материалы.

[0082] Применяемые по настоящему изобретению сополимеры винилового спирта, такие как сополимеры бутендиола и винилового спирта, могут расширить температурный диапазон операций отклонения и, возможно, повысить эффективность работы по сравнению с применением исключительно материалов на основе полилактида, разложение которых при температурах ниже 49 °С (120 °F) может занимать месяцы. В дополнение к относительно высокой скорости растворения сополимеров винилового спирта по настоящему изобретению, таких как сополимеры бутендиола и винилового спирта, относительная простота проектирования работ также может повысить эффективность во время выполнения операций. Применяемые по настоящему изобретению сополимеры винилового спирта, такие как сополимеры бутендиола и винилового спирта, также могут упростить выполнение операций, поскольку во время работы можно закачивать отклоняющий материал только одного типа.

[0083] Чтобы способствовать лучшему пониманию, приведены следующие примеры вариантов осуществления. Ни в коем случае не следует считать, что следующие примеры приведены для ограничения или определения объема изобретения в целом.

Примеры

[0084] Для демонстрации рассмотренных в настоящем документе способов обработки были проведены эксперименты.

Пример 1

[0085] Настоящий пример представляет собой исследование растворения сополимера бутендиола и винилового спирта в дистиллированной воде (DI). 1 г исследуемого материала (например, сополимера винилового спирта) добавляли в 100 мл дистиллированной воды и помещали в источник тепла (например, в печь) при температуре около 100 °C. По истечении определенного периода времени исследуемый материал фильтровали, сушили и взвешивали. Массу исследуемого материала регистрировали для построения характеристики скорости растворения, как показано на ФИГ. 6.

[0086] Растворимые материалы по настоящему изобретению, такие как материалы на основе сополимера винилового спирта, включая сополимер бутендиола и винилового спирта, могут обеспечивать решение для сверхнизкотемпературного отклонения при гидроразрыве пласта. Относительно высокая скорость растворения таких материалов на основе сополимера винилового спирта может повысить эффективность работы во время выполнения операций, при этом скорость растворения может быть улучшена за счет добавления кислоты, такой, например, как HCl.

Пример 2

[0087] В настоящем исследовании термопластичный крахмал (TPS) и пластифицированный бутендиолвиниловый спирт (P-BVOH) были приготовлены с помощью технологий смешивания в расплаве, при этом для оптимизированных условий обработки наблюдали пластифицирующее воздействие глицерина на крахмал и BVOH с разным составом. Исходя из предварительного исследования, TPS смешивали с различными количествами P-BVOH, например, в массовых соотношениях, включающих в себя 100:0, 90:10, 80:20, 70:30, 60:40 и 50:50.

[0088] Вышеупомянутое изобретение и описание являются иллюстративными и пояснительными, и специалистам в данной области техники может быть легко понятно, что различные изменения размера, формы и материалов, а также деталей проиллюстрированной конструкции или комбинаций элементов, описанных в настоящем документе, могут быть выполнены без отклонения от сущности настоящего изобретения.

Claims (17)

1. Способ зональной изоляции подземного пласта для интенсификации добычи углеводородов, включающий:

a. введение в ствол скважины жидкости для обработки подземного пласта, содержащей жидкость-носитель и растворимый материал, способный при гидратации образовывать гель,

при этом растворимый материал содержит частицы сополимера бутендиола и винилового спирта, способные образовывать пробку в подземном пласте, причем средний размер частиц сополимера бутендиола и винилового спирта составляет от 2 мм до 2 см, где размер частицы - диаметр наименьшей сферы, которая может заключить в себе частицу; и

b. создание в подземном пласте пробки с помощью жидкости для обработки подземного пласта.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что частицы сополимера бутендиола и винилового спирта имеют цилиндрическую или стержнеобразную форму.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что жидкость для обработки подземного пласта содержит термопластичный крахмал (TPS).

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что жидкость для обработки подземного пласта дополнительно содержит волокна.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что жидкость для обработки подземного пласта дополнительно содержит увеличитель вязкости или понизитель трения.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что жидкость-носитель представляет собой жидкость, выбранную из группы, состоящей из реагента на водной основе, буферной жидкости, совместного растворителя, промывочной жидкости, жидкости для растворения пласта, жидкости для гидроразрыва, жидкости для растворения отложений, жидкости для растворения парафинов, жидкости для растворения асфальтенов, отклоняющей жидкости, агента для регулирования притока воды, хелатирующего агента, вязкоупругой отклоняющей кислоты, самоотклоняющей кислотной системы, кислоты и их смеси.

7. Способ по п. 1, дополнительно включающий удаление пробки.

8. Жидкость для обработки подземного пласта, содержащая жидкость-носитель и растворимый материал, способный при гидратации образовывать гель,

при этом растворимый материал содержит частицы сополимера бутендиола и винилового спирта, способные образовывать пробку в подземном пласте, средний размер частиц сополимера бутендиола и винилового спирта составляет от 2 мм до 2 см, где размер частицы - диаметр наименьшей сферы, которая может заключить в себе частицу.

9. Жидкость по п. 8, отличающаяся тем, что частицы сополимера бутендиола и винилового спирта имеют цилиндрическую или стержнеобразную форму.

10. Жидкость по п. 8, отличающаяся тем, что дополнительно содержит термопластичный крахмал (TPS).

11. Жидкость по п. 8, дополнительно содержащая волокна.

12. Жидкость по п. 8, отличающаяся тем, что дополнительно содержит увеличитель вязкости или понизитель трения.

13. Жидкость по п. 8, отличающаяся тем, что жидкость-носитель представляет собой жидкость, выбранную из группы, состоящей из реагента на водной основе, буферной жидкости, совместного растворителя, промывочной жидкости, жидкости для растворения пласта, жидкости для гидроразрыва, жидкости для растворения отложений, жидкости для растворения парафинов, жидкости для растворения асфальтенов, отклоняющей жидкости, агента для регулирования притока воды, хелатирующего агента, вязкоупругой отклоняющей кислоты, самоотклоняющей кислотной системы, кислоты и их смеси.