Патент на изобретение №2344157

(54) УСТОЙЧИВАЯ СУСПЕНЗИЯ И СПОСОБ ОБРАБОТКИ УГЛЕВОДОРОДНЕСУЩИХ ПОДЗЕМНЫХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ФОРМАЦИЙ (ВАРИАНТЫ)

(57) Реферат:

Устойчивая суспензия для обработки подземного пласта содержит сверхлегкие макрочастицы и жидкость-носитель, состоящую из ксантановой смолы или модификации ксантана, воды и дополнительно отличающегося от ксантана полисахарида. Количественное соотношение полисахарид : ксантан в суспензии составляет от приблизительно 8:1 до приблизительно 1:8 при общем содержании полисахарида и ксантана или его модификации 1,2-7,2 г/л. Кажущийся удельный вес указанных макрочастиц меньше или равен 2,45 при их содержании 60-959 г/л. В способе обработки углеводороднесущих подземных геологических формаций в подземную формацию закачивают указанную выше суспензию. Применение указанного выше способа для гидравлического разрыва указанной формации, при котором указанную суспензию изготавливают предварительно, добавляя в воду полисахарид и ксантановую смолу или ее модификацию, а затем вводят указанные макрочастицы в качестве пропанта. Изобретения развиты в зависимых пунктах формулы. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 ил.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области добычи жидких или газообразных текучих сред из буровых скважин, в основном к способам и композициям, пригодным для обработки подземных геологических формаций, такой как проведение гидравлических разрывов пласта и борьба с поступлением песка. В частности, данное изобретение относится к применению устойчивых суспензий, содержащих текучий носитель, состоящий из ксантана, полисахарида и сверхлегковесных макрочастиц, в качестве расклинивающего наполнителя (пропанта) для проведения гидравлических разрывов пластов и в качестве зернистого материала в методах контроля песка, таких как заполнение скважинного фильтра гравием, ГРП с применением пропанта (frac-pack) и др.

Уровень техники

Гидравлический разрыв – это общеупотребимый способ интенсификации, используемый для повышения продуктивности добычи текучих сред из подземных геологических формаций. При проведении типичного гидравлического разрыва жидкость разрыва, состоящая из твердого пропанта и загущенной жидкости-носителя, вводится в ствол скважины под высоким давлением. Как только естественные давления в резервуаре превышаются, жидкость вызывает разрывы в пласте и пропант распределяется в трещине, где он и остается после завершения обработки. Пропант служит для того, чтобы держать трещину открытой, таким образом увеличивая способность жидкостей мигрировать из пласта в ствол скважины через трещину.

Получение загущенной жидкости-носителя обычно требует специального оборудования и перемешивающих узлов. Во время добавления пропанта жидкость-носитель в большинстве случаев демонстрирует неудовлетворительные показатели коллоидальности твердой фазы, и зачастую для предотвращения гравитационной сегрегации твердых частиц требуется энергичное перемешивание. В обычных системах жидкость-носитель подается или из одного или более предзагущающих резервуаров или из специализированных узлов гидратации. Буферные растворы, разрушители, ПАВы и другие добавки, которые могут потребоваться в процессе обработки, типично дозируются в жидкость в процессе работы, “в потоке”. Затем пропант, доставленный из одного или более бункеров хранения или силосов самотеком, добавляют к жидкости посредством конвейеров или шнеков. Операция объединения пропанта с жидкостью обычно включает использование суспензионного смесителя, представляющего собой относительно сложную и дорогостоящую часть оборудования. Суспензионный смеситель гомогенизирует смесь пропанта и жидкости-носителя и позволяет добавление агентов усилителей загустения, улучшая, таким образом, распределение пропанта. Затем эта смесь подается в по меньшей мере один насос высокого давления, который используется для введения жидкого раствора пропанта в устье скважины. Необходимость результирующего резкого снижения или увеличения концентрации пропанта требует значительноого внимания оператора и/или требует использования большого количества контрольного оборудования, чтобы обеспечить точное дозирование всех компонентов при различных скоростях. Любой эксплуатационный отказ, такой как переполнение бака, неподходящее количество усилителя вязкости, расклинивателя и т.д., подвергает риску операцию или ее результаты.

Ранее предпринимались попытки получить поддающиеся перекачиванию насосом составы для использования в потоке на основе обычных пропантов. К сожалению, такие составы требуют высокой степени густоты жидкости, чтобы обеспечить сохранение устойчивости суспензии тяжелых макрочастиц. Даже при высокой степени загустения такие суспензии в дальнейшем подвержены осаждению макрочастиц в течение нескольких часов, особенно при вибрации. Следует отметить, например, скорости осаждения, описанные в патенте США №5591699. Такие скорости осаждения требуют хорошо определенных способностью к смешиванию, чтобы гомогенно ресуспендировать пропанты в суспензии гелей высокой вязкости. Существенных затрат требуют реактивы, оборудование и время обработки, необходимые для загусщения жидкости-носителя. Следовательно, поиск поддающихся перекачиванию насосом суспензий, которые не подвержены осаждению макрочастиц, продолжается.

Раскрытие изобретения

Устойчивая суспензия по настоящему изобретению состоит из сверхлегкой (СЛ) макрочастицы и жидкости-носителя, содержащего ксантановую камедь (ксантановую смолу) или ее модификации, полисахарид и воду. Суспензия демонстрирует высокую вязкость при низких скоростями сдвига, например, при 0,1 с^-1 вязкость составляла величину в пределах от приблизительно 4000 до приблизительно 30000 сП. Суспензия не расслаивается как минимум в течение одной недели. СЛ макрочастицы имеют кажущуюся плотность, меньше или равную 2,45. Суспензия пригодна для применения в установках гидравлического разрыва пласта или при других скважинных работах, таких как контроль песка.

Ксантан может представлять собой немодифицированную ксантановую смолу, неацетилированную ксантановую смолу, непирувилированную ксантановую смолу или неацетилированно-непирувилированную ксантановую смолу. Полисахарид предпочтительно выбирают из группы, состоящей из гуара, карагенана, аравийской камеди, смолы гхати, камеди карайи, трагакантовой камеди, пектина, крахмала, камеди рожкового дерева, склероглюкана, тамаринда и их производных. Весовое отношение полисахарид:ксантан в устойчивой суспензии находится в пределах приблизительно от 8:1 до 1:8.

Перед введением суспензии в пласт может быть добавлен пенящийся агент, предпочтительно в количестве, достаточном для создания необходимого качества пены, содержащей приблизительно от 30 до 98 мас.% газовой фазы.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 иллюстрирует реологические характеристики жидкости-носителя по изобретению и демонстрирует синергетический эффект, обеспечиваемый комбинацией ксантана и гуаровой смолы.

Фиг.2 иллюстрирует увеличенную вязкость жидкости по изобретению при малом и высоком сдвигах.

Фиг.3 иллюстрирует реологию вспененной жидкости по изобретению.

Осуществление изобретения

Устойчивая суспензия по настоящему изобретению содержит в качестве жидкости-носителя загущенный (несшитый) линейный полимерный гель, содержащий по крайней мере одну ксантановую смолу или модификации ксантановой смолы и полисахарид. Комбинация ксантана и полисахарида предает жидкости-носителю высокую вязкость при малом сдвиге. Таким образом, сверхлегкие макрочастицы могут находиться во взвешенном состоянии в жидкости-носителе в на протяжении длительного периода времени. Жидкость, составляющая жидкость-носитель, обычно представляет собой морскую воду, соленую воду, пресную воду или жидкий углеводород, предпочтительно водопроводную воду.

Вязкость суспензии с концентрацией 25 фунтов на 1000 галлонов (около 3 г/л) составляет величину в пределах от примерно 40 до примерно 75, предпочтительно примерно 50 сП при 100 с^-1 при 75°F (23,9°C). В противоположность, вязкость суспензии при малом сдвиге, например, приблизительно 0,1 с^-1, при 75°F находится в пределах приблизительно от 4000 до 30000 сП.

Ксантановая камедь или ее модификации, пригодные для использования в изобретении, включают как обычные (немодифицированные) ксантановые смолы, так и неацетилированные ксантановые смолы (НАК), непирувилированные ксантановые смолы (НПК) и непирувилированные-неацетилированные ксантановые смолы (НПНАК). Непирувилированные ксантановые смолы содержат ксантены с ацетатными заместителями и без них. Предпочтительны обычный ксантан и неацетилированные ксантановые смолы.

Подходящая ксантановая смола включает такие обычные ксантановые смолы, как натуральные ксантановые смолы, например, описанные в патентах США №3020206, 3020207, 3391060 и 4154654, включенных в настоящее описание посредством ссылки.

Обычно предпочитают использовать ксантановые смолы, продуцируемые бактерией Xanthomonas campestris, как указано в патенте США №3659026 (включенном в настоящее описание посредством ссылки), хотя могут использоваться и другие бактерии Xanthomonas, такие как Xanthomonas carotate, Xanthomonas incanae, Xanthomonas begoniae, Xanthomonas malverum, Xanthomonas vesicatoria, Xanthomonas papavericola, Xanthomonas translucens, Xanthomonas vasculorum и Xanthomonas hederae.

Ксантановая камедь (ксантановая смола) – это гидрофильный гетерополисахарид с высокой молекулярной массой, состоящий из D-глюкозы, D-моносахарида и D-глюкуроната в молярном отношении 2:2:1, соответственно. Обычная ксантановая смола в общем случае ацетилирована и пирувилирована до различных степеней. Ацетатные заместители в ксантановой смоле находятся в двух различных положениях. Один расположен по эфирной связи в положении С6 в остатке моносахарида, смежного с главной цепью. Другой ацетатный заместитель можно найти на конце остатка моносахарида на побочной цепи при условии, что этот остаток моносахарида не пирувилирован. Второй заместитель ацетила в обычной ксантановой смоле чаще всего обнаруживается в очень малых количествах.

Термин “непирувилированная ксантановая смола”, используемый в данном контексте, включает ксантановую смолу, содержащую пируват в количестве приблизительно от 0 до 1,5%, предпочтительно приблизительно от 0 до 1,0% и наиболее предпочтительно приблизительно от 0 до 0,5%. Термин “неацетилированная ксантановая смола”, используемый в данном контексте, включает ксантановую смолу, содержащую ацетат в пределах приблизительно от 0 до 1,5%, предпочтительно приблизительно от 0 до 1,0% и наиболее предпочтительно приблизительно от 0 до 0,5%. Термин “непирувилированная неацетилированная ксантановая смола”, используемый в данном контексте, включает ксантановую смолу, содержащую пируват в количестве приблизительно от 0 до 1,5% и ацетата в количестве приблизительно от 0 до 1,5%, предпочтительно содержание пирувата приблизительно от 0 до 1,0% и ацетата приблизительно от 0 до 1,0%, наиболее предпочтительно содержание пирувата приблизительно от 0 до 0,5% и ацетата приблизительно от 0 до 0,5%.

Неацетилированная и/или непирувилированная ксантановая смола для использования в настоящем изобретении может быть получена химическим деацетилированием ксантановой смолы. В качестве примера можно привести химическое деацетилирование ксантановой смолы, описанное в патентахСША №3000790 и 3054689, включенных в настоящее описание посредством ссылки. Альтернативные методы производства деацетилированной ксантановой смолы являются хорошо известными специалисту в данной области техники. Подходящие непирувилированные ксантановые смолы и непирувилированные неацетилированные ксантановые смолы дополнительно включают смолы, описанные в патенте США №6573221, включенном в настоящее описание посредством ссылки.

Более того, модификации (варианты) ксантановой смолы для использования в настоящем изобретении могут быть приготовлены генетическим путем, например ферментацией мутантных штаммов Xanthomonas campestris, как описано в патентах США №4296203 и 5514791, включенных в настоящее описание посредством ссылки.

Полисахариды, подходящие для использования в настоящем изобретении, содержат такие гидрофильные полимеры, как натуральные смолы (кроме ксантана), такие как гуар, карагенан, аравийская камедь, смола гхати, камедь карайи, трагакантовая камедь, пектин, крахмал, смола рожкового дерева, склероглюкан, тамаринд и любые химически модифицированные производные этих смол, включая производные целлюлозы, такие как дополнительные производные гидроксиэтила, гидроксипропила, гидроксипропилкарбоксиметила, гидроксиэтилкарбоксиметила, карбоксиметила или метила. Специфические примеры полисахаридов, пригодных в настоящем изобретении, включают в том числе гуаровую камедь, гидроксипропил гуара, карбоксиметил гуара, карбоксиметил гидроксипропил гуара, карбоксиметил гидроксипропил гуара и известные производные этих смол. Полимеры, подобные ксантановым смолам, могут использоваться как их водосодержащие аналоги.

Весовое отношение полисахарид:ксантан – обычно в интервале от 8:1 до приблизительно 1:8, предпочтительно приблизительно от 4:1 до 1:1, наиболее предпочтительно приблизительно 4:1.

Как правило, полисахарид и ксантан добавляются в воду одновременно. Добавление этих компонентов в воду мгновенно инициирует загустение и образование геля. Полисахарид и ксантан могут также быть предварительно перемешаны и затем добавлены в воду. Количество полисахарида и ксантана в устойчивой суспензии находится в пределах приблизительно от 10 до 60 фунтов на тысячу галлонов (от 1,2 до 7,2 г/л).

Жидкость используется в качестве носителя для сверхлегких макрочастиц, имеющих кажущийся удельный вес (КУВ), меньший или равный 2,45. Как правило КУВ СЛ макрочастиц меньше или равен 2,25, более предпочтителен меньше или равный 2,0, еще более предпочтителен меньше или равный 1,75 и наиболее предпочтителен меньше или равный 1,25.

Применимые СЛ макрочастицы включают описанные в патенте США №20050028979, опубликованном 10 февраля 2005, включенном в настоящее описание посредством ссылки.

Описанные там материалы являются материалами естественного происхождения, которые могут быть усилены или укреплены использованием модифицирующих агентов увеличивающих способность материала естественного происхождения сопротивляться деформации. Специфические примеры таких молекул включают в том числе полисахариды, содержащиеся в растениях, которые помогают повысить прочность растительных материалов, включая, в том числе, полисахариды, содержащие Бета (1-4) связанный сахар. Специфические примеры включают, в том числе, целлюлозу, маннаны, натуральные смолы и лиганды, специальные вещества, такие как полифенольные эфиры глюкозидов, содержащиеся в танине из скорлуп грецкого ореха, и т.д.

Специфические примеры СЛ макрочастиц включают, в том числе, молотые или дробленые скорлупки орехов, таких как грецкий, кокосовый, пекан, миндаль, слоновый орех, бразильский орех, и т.д.; молотую или дробленую семенную шелуху (включая фруктовые косточки) семян фруктов, таких как слива, маслины, персик, вишня, абрикос, и т.д.; молотую или дробленую семенную шелуху других растений, таких как кукуруза (например, кукурузная кочерыжка или кукурузные зерна), и т.д.; отработанные деревянные материалы, сделанные из таких древесин как дуб, гикори, грецкий орех, тополь, красное дерево, и т.д., включая такую древесину, которая была переработана, помолом, дроблением, или другими формами измельчения, переработки, и т.д.

Дополнительные подходящие макрочастицы включают пористую керамику или органические полимерные макрочастицы. Пористый зернистый материал можно обработать непроницаемым пропитывающим материалом, слоем покрытия или слоем глазури. Примером обработанного зернистого материала может быть пористый зернистый материал, описанный в патенте США №20050028979, в котором (а) КУВ обработанного пористого материала меньше, чем КУВ пористого зернистого материала; (b) проницаемость обработанного материала меньше чем проницаемость пористого зернистого материала; или (с) пористость обработанного материала меньше, чем пористость пористого зернистого материала. В предпочтительном варианте воплощения изобретения, пропитывающий материал и/или покровный слой и/или слой глазури выборочно сформированного пористого зернистого материала способен к захватыванию или капсулированию жидкости, имеющей КУВ меньше, чем КУВ жидкости-носителя. Более того, покровный слой и/или пропитывающий материал и/или глазирующий материал может быть жидкостью, имеющей КУВ меньше, чем КУВ матрицы пористого зернистого материала.

Кроме того, сверхлегкая макрочастица может служить заполнителем для обработки скважины, состоящим из легкого органического материала и модификатора веса. КУВ легкого органического материала или больше или меньше, чем КУВ агрегата для обработки скважины, в зависимости от того, является ли модификатор веса агентом утяжелителем, или агентом уменьшителем веса, соответственно. В случае, если модификатор веса является агентом утяжелителем, то КУВ агрегата для обработки скважины составляет как минимум 1,5 КУВ легкого органического материала, причем КУВ материала для обработки скважины, предпочтительно должен быть по крайней мере приблизительно 1,0, предпочтительнее по крайней мере приблизительно 1,25. В предпочтительном варианте вополщения настоящего изобретения, КУВ легкого органического материала в подобных системах составляет приблизительно 0,7, а КУВ заполнителя для обработки скважины находится в пределах приблизительно от 1,05 до приблизительно 1,20. В том случае, когда модификатор веса – это уменьшающий вес агент, то КУВ уменьшающего вес агента меньше, чем 1,0, а КУВ легкого органического материала меньше или равен 1,1. В предпочтительном варианте воплощения легкий органический материал формирует непрерывную (внешнюю) фазу заполнителя для обработки скважины, в то время как модификатор веса формирует прерывистую (внутреннюю) фазу. Агентом, модифицирующим вес, может быть песок, стекло, гематит, кварц, песок, летучая зола, алюмосиликат и соль щелочного металла или Mn₃O₄. Кроме того, модификатором веса может быть катион, выбранный из катиона щелочного металла, щелочноземельного металла, аммония, марганца и цинка, и анион, выбранный из галогенида, оксида, карбоната, нитрата, сульфата, ацетата и аниона муравьиной кислоты. В качестве уменьшающего вес агента предпочтительно используют полые стеклянные шарики и летучую золу. В качестве легкого органического материала предпочтительна термореактивная смола.

После введения или закачки в скважину макрочастицы устойчивой суспензии могут нейтрально балансировать в жидкости-носителе, устраняя тем самым потребность в разрушающем полимере или в фильтрующем материале.

СЛ макрочастицы смешиваются в необходимой концентрации с жидкостью-носителем. Количество СЛ макрочастиц, типично добавляемых к жидкости-носителю геля из линейного полимера, обычно находится в пределах от приблизительно 0,5 до приблизительно 8,0, предпочтительно в пределах от приблизительно 1 до приблизительно 4,0 фунтов макрочастиц на галлон геля (1 фунт на галлон = примерно 120 г/л).

Может оказаться необходимым утяжелить жидкость-носитель добавлением соли, такой как поваренная соль, хлорид калия и т.д. Это увеличивает плотность линейных гелей; более высокие плотности также помогают удерживать макрочастицы в процессе хранения.

КУВ сверхлегких макрочастиц предпочтительно должен быть таким же, а обычно не больше чем на четверть превышающим КУВ жидкости-носителя; предпочтительно, чтобы КУВ сверхлегких макрочастиц превышал КУВ жидкости-носителя не более чем на одну пятую. Например, легкий пропант LiteProp 125, продукт компании BJ Services, имеет КУВ 1,25, который нейтрально балансирует в 10,4 фунтах/галлон (ppg) соляном растворе и легко в нем суспендируется. Морская вода имеет КУВ ниже, чем макрочастицы, и небольшую вязкость, которая может быть использована.

Жидкость-носитель может дополнительно содержать комплексообразующий агент, реагент для разрушения гелей, ПАВ, биоцид, агенты, уменьшающие поверхностное натяжение, ингибитор образования отложений, ингибитор образования гидрата газа, полимерный реагент для деструкции фермента, реагент, разрушающий продукты окисления, буфер, антикоагулянт глин, кислота или ее смесь с другими добавками для обработки скважин, известные в данной области техники. Введение таких добавок к жидкостям-носителям минимизирует потребность в дополнительных насосах, требуемых для добавления этих материалов в ходе процесса.

Выбор различных материалов и их количеств для использования в таких смесях может быть сделан на основании анализа одной или более обработок скважин, включая, в том числе, цели создания расклиненных трещин, характеристики жидкости для обработки скважины, такие как КУВ и/или реология жидкости-носителя, показатели состояния скважины и пласта, такие как глубина пласта, пористость/проницаемость пласта, напряжение в пласте, вызывающее смыкание трещины, тип оптимизации необходимой геометрии помещенных в скважину макрочастиц, такой как оптимизированная длина заполняемых трещин, оптимизированные условия гидроразрыва пласта и их комбинации.

Часто предпочитительно добавление обычного комплексообразующего агента, такого как EDTA или нитрилуксусная кислота к комплексным ионам кальция, таким образом позволяя ксантану диспергироваться и гидратироваться.

Устойчивая суспензия по настоящему изобретению демонстрирует очень небольшую склонность оседать в течение длительного промежутка времени или совсем не осаждается. Например, никакого осаждения не наблюдается в течение, по крайней мере, трех дней, а обычно более семи дней или далее.

Устойчивая суспензия может быть закачана, или помещена в скважину в готовом состоянии, или разбавляться уже в потоке. Устойчивая суспензия может быть разбавлена до более низкой концентрации в зависимости от выполнения и операционных параметров необходимой работы.

Кроме того, к жидкости в потоке может быть добавлен вспенивающий агент совместно с газом или жидкостью, насыщенной газом, таким как воздух, азот или углекислый газ. В процессе использования такие вспенивающие агенты способны обеспечить качество пены в пределах приблизительно от 30 до приблизительно 98 (от 30/70 до 98/2 массовых процента в соотношении газ/газонасыщенная жидкость: жидкость), причем предпочтительно 95% пены. Использование вспенивающего агента особенно желательно при обработке значительно исчерпанных резервуаров, так как при этом может быть значительно минимизировано количество ксантана и полисахарида, вводимых в пласт.

Улучшенная способность к вспениванию может быть связана с низкой концентрацией ксантана по отношению к полисахариду в носителе.

Желательно, чтобы впенивающим агентом служил анионный ПАВ. Наиболее предпочтительны альфа-олефин сульфонаты и/или сульфаты алкильного эфира. В качестве альфа-олефин сульфонатов предпочтительны соли одновалентного катиона, такого как щелочной ион металла (натрий, литий или калий), ион аммония, или алкильный заместитель, или гидроксиалкил-замещенный аммоний, где алкильные заместители могут содержать от 1 до 3 атомов углерода на каждом заместителе. Альфа-олефиновая группа обычно содержит от 12 до 16 атомов углерода. Предпочтительными сульфатами алкильного эфира также являются соли одновалентных катионов, описанные выше. Сульфатом алкильного эфира может быть сульфат алкильного полиэфира, который содержит от 8 до 16 атомов углерода в алкильной части эфира. В качестве анионных ПАВ предпочтительны натриевая соль сульфата лаурилового эфира (2-3 моля этиленоксида), С₈-С₁₀ аммоний-эфир-сульфата (2-3 моля этиленоксида) и C₁₄-C₁₆ натрий-альфа-олефин-сульфонат, и их смеси. Особенно предпочтительны аммоний-эфир-сульфаты.

Использование жидкости в соответствии с настоящим изобретением устраняет необходимость в смесителе; более простая конфигурация дозирующих клапанов и насосов позволяет пропорционально разбавлять перекачиваемую гидросмесь до желательной концентрации. Дополнительное преимущество заключается в улучшенном контроле концентрации макрочастиц, так как жидкости более точно дозируются, чем твердые частицы.

Сокращение количества необходимого оборудования имеет несколько экономических преимуществ, заключающихся в экономии на стоимости оборудования и, в областях, где конкретное место расположения работ является важным, таких как участки на горном склоне, скважины, которые были ранее недоступными, становятся реально обрабатываемыми. Кроме того, суспензия по настоящему изобретению обеспечивает возможность закачивать концентрат суспензии из транспортера, расположенного на некотором расстоянии от местоположения скважины, в противоположность обычным системам, которые требуют нахождения транспортера макрочастиц рядом со смесителем и устьем скважины.

Более того, использование жидкости по изобретению устраняет потребность как в суспензионном смесителе, так и в установке для гидратации жидкости на месте разработки, поскольку упрощенная конфигурация дозирующих клапанов и насоса позволит пропорционально разбавлять чистую суспензию водой до необходимой концентрации.

Устойчивые суспензии по изобретению могут использоваться в способе контроля поступления песка в буровую скважину и могут быть введены в ствол скважины в виде гидросмеси, чтобы сформировать водопроницаемую вкладку, которая способна сократить или существенно предотвратить проход частиц породы из подземной формации в буровую скважину, в то же время допуская проход текучих сред.

Когда суспензия используется при гидравлическом разрыве пласта, то она может быть введена в сочетании с другими способами обработки в подземный пласт под давлениями достаточно высокими, чтобы вызвать формирование или расширение трещин или наоборот, чтобы подвергнуть расклинивающий материал напряжению, вызывающему смыкание трещины в пласте. Указанными другими способами обработки могут быть близкие буровые скважины (действующие в близлежащей области) и они могут быть направлены на увеличение продуктивности скважины и/или контроль за производством пропанта или песка пласта. Специфические примеры включают гравийную набивку и ГРП с применением пропанта. Кроме того, такие заполнители могут использоваться самостоятельно в качестве расклинивателя трещины или гранулята для контроля песка, или в определенных количествах в смесях с другими типами материалов расклинивателя трещины или материалами для контроля песка, такими как обычный гранулят для гидроразрыва или контроля песка.

В одном из вариантов воплощения операция гравийной набивки может быть выполнена на буровой скважине, проникающей в подземный пласт, для предотвращения или существенного снижения попадания частиц породы в буровую скважину из пласта во время добычи пластовых флюидов. Подземный пласт может быть заполнен так, чтобы находиться в соприкосновении с внутренней частью буровой скважины, с использованием любого подходящего метода, известного из уровня техники, например перфорированием обсаженной скважины и/или открытием участка ствола скважины. Комплект фильтров, известный в данной области техники, может быть помещен или же расположен в внутри буровой скважины так, чтобы по крайней мере часть комплекта фильтров была расположена рядом с подземным пластом. Гидросмесь содержащая СЛ макрочастицы и жидкость-носитель, могут затем быть введены в буровую скважину и помещены рядом с подземным пластом путем циркуляции или другим подходящим методом, чтобы сформировать водопроницаемую прослойку в кольцевой области между внешней частью фильтра и внутренней частью буровой скважины, которая способна сократить или существенно предотвратить проход частиц породы из подземного пласта в буровую скважину в процессе добычи пластовых флюидов, в то же время позволяя проход пластовых флюидов из подземного пласта через фильтр в ствол скважины.

Альтернативой использования фильтра является метод контроля песка, в котором могут быть использованы СЛ макрочастицы в соответствии с любым методом, в котором прослойка из гранулированного материала сформирована внутри буровой скважины так, что она проницаема для текучих сред, добываемых из буровой скважины, таких как нефть, газ или вода, но при том существенно предотвращает или уменьшает попадание из пласта в буровую скважину пластовых материалов, таких как пластовый песок. Подобные методы могут использовать или не использовать гравийный фильтр, который может быть введен в буровую скважину при давлениях или ниже или выше давления разрыва пласта, как в технологии ГРП с применением пропанта (“frac pack”), и/или, если необходимо, могут использоваться в сочетании со смолами, такими как смолы для борьбы с выносом песка.

Нижеследующие примеры иллюстрируют на практике предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения. Другие варианты в рамках представленной формулы изобретения будут очевидными для специалиста в данной области техники на основании анализа описания изобретения и практического опыта. Предполагается, что описание вместе с примером будут рассматриваться только в качестве образца, причем объем и сущность изобретения будут определены формулой изобретения. Все количества даны в массовых процентах, если не указано иное.

ПРИМЕРЫ

DFG Ксантан означает немодифицированную ксантановую камедь KELZAN ХС фирмы “Keico Oil Field Group, Inc”;

НА Ксантан означает неацетилированный ксантан;

НТК означает нитролацетатную кислоту, комплексообразующий агент;

LiteProp 125 означает сверхлегкий пропант фирмы BJ Services, который характеризуется КУВ 1,25; и

FAW 20 означает ПАВ, аммоний-эфир-сульфат фирмы BJ Services.

Примеры 1-6. Гуар и ксантан были введены при комнатной температуре в 500 мл водопроводной воды с произвольным содержанием НТК и систему перемешивали в течение 30 минут. Сравнительные системы были приготовлены с использованием только гуара и ксантана. Компоненты каждого примера сведены ниже в Таблицу 1.

Вязкость при малом сдвиге была получена с использованием вискозиметра Grace 3500LS с безнапорным концентрическим цилиндром, оборудованным пружиной 1,0, и с геометрией R1-B1, имеющей скорость от 0,06 до 600 оборотов в минуту, позволяющего проводить замеры при сдвиге от 0,1 до 1020 с^-1 при 75°F (23,9°C). Данные представлены на Фиг.1. Фиг.1 иллюстрирует синергетический эффект, демонстрируемый смесью ксантана и гуара. Например, смеси сравнительных примеров 3 и 4 показывают вязкость приблизительно 23 и 6 сП, соответственно, при скорости сдвига 170 с^-1 и 75°F, тогда как в примере 1 получена вязкость 35 сП при 75°F.

Пример 7. 0,3 г НА Ксантана и 1,2 г гуара были помещены в 500 мл воды и перемешаны при комнатной температуре в течение приблизительно 30 минут. Затем к смеси было добавлено 72 г KCl при перемешивании в течение приблизительно 30 минут. Далее в суспензию было добавлено приблизительно 274 г LiteProp 125 и суспензию перемешивали до гомогенного состояния. Затем жидкую смесь перенесли в градуированный цилиндр на 500 мл и оставили на семь дней. Степень осаждения измерялась ежедневно. Как представлено ниже в Таблице 2, суспензия показала очень незначительное осаждение (или его отсутствие) после выдержки в течение одной недели при комнатной температуре.

Пример 8. Два образца были приготовлены путем введения 0,3 г DFG Ксантана и 1,2 г гуара в 500 мл пресной воды и перемешиванием в течение приблизительно 30 минут при комнатной температуре. К одному из образцов затем было добавлено 72 г KCl при перемешивании в течение дополнительных 30 минут при комнатной температуре. Данные вязкости при малом сдвиге были получены с использованием вискозиметра Брукфильда DV-II с безнапорным концентрическим цилиндром, оборудованным шпинделем №3 со скоростью от 0,05 до 10 оборотов в минуту, позволяющего проводить замеры при от 0,063 до 12,6 с^-1 при 75°F. Фиг.2, на которой объединены данные вязкости вискозиметров Брукфильда и Grace, демонстрирует вязкость малого сдвига жидкости-носителя в присутствии соли и без нее.

Пример 9. 0,1 фунта (45,36 г) DFG Ксантана, 0,4 фунта (181,44 г) гуара и 0,04 галлона (0,15 л) НТК были добавлены к 20 галлонам (75,7 л) воды и перемешивали в течение 30 минут при 100°F (37,8°C). Затем было добавлено 23 фунта (907,18 г) KCl при перемешивании в течение 30 минут при 100°F. Далее была приготовлена 95% качественно стабильная пена путем добавлением к получившейся суспензии приблизительно 0,3 галлона (1,14 л) ПАВ FAW-20, совместно с додобавлением азота. Затем суспензию перемешивали в течение дополнительных 30 минут. Фиг.3 демонстрирует увеличенную вязкость при малом сдвиге (40 с^-1) в противоположность вязкости при более высоком сдвиге (100 с^-1).

Из вышеизложенного следует, что многочисленные варианты и модификации могут быть произведены, не отступая от истинного объема и сущности новых концепций изобретения.

Формула изобретения

1. Устойчивая при хранении суспензия, включающая ксантановую смолу или модификации ксантана, сверхлегкие макрочастицы и воду, отличающаяся тем, что она дополнительно включает отличающийся от ксантана полисахарид, выбранный из группы, состоящей из гидрофильных полимеров и натуральных смол при общем содержании полисахарида и ксантана или модификации ксантана 1,2-7,2 г/л и при соотношении полисахарида и ксантана или модификации ксантана 8:1-1:8 и кажущийся удельный вес сверхлегких макрочастиц меньше или равен 2,45 при их содержании 60-959 г/л.

2. Суспензия по п.1, отличающаяся тем, что она характеризуется устойчивостью к осаждению макрочастиц по меньшей мере в течение трех дней после изготовления.

3. Суспензия по п.2, отличающаяся тем, что по истечении семи дней после изготовления она характеризуется наличием менее чем 10% частиц в осажденном состоянии.

4. Суспензия по п.1, отличающаяся тем, что вязкость жидкости-носителя при скорости сдвига 0,1 с^-1 составляет величину от приблизительно 4000 до приблизительно 30000 сП.

5. Суспензия по п.1, отличающаяся тем, что ксантан представляет собой немодифицированную ксантановую смолу.

6. Суспензия по п.1, отличающаяся тем, что полисахарид выбран из группы, состоящей из гуара, карагенана, аравийской камеди, смолы гхати, камеди карайи, трагакантовой камеди, пектина, крахмала, смолы рожкового дерева, склероглюкана, тамаринда и их производных.

7. Суспензия по п.6, отличающаяся тем, что полисахарид выбран из группы, состоящей из гуаровой смолы, гидроксипропилгуара, карбоксиметилгуара, карбоксиметилгидроксипропилгуара.

8. Суспензия по п.1, отличающаяся тем, что количественное соотношение полисахарид: ксантан составляет от приблизительно 4:1 до приблизительно 1:1.

9. Суспензия по п.1, отличающаяся тем, что модификация ксантана выбрана из группы веществ, состоящей из неацетилированной ксантановой смолы, непирувилированной ксантановой смолы и неацетилированной непирувилированной ксантановой смолы.

10. Суспензия по п.1, отличающаяся тем, что сверхлегкие макрочастицы имеют кажущийся удельный вес, меньший или равный 1,75.

11. Суспензия по п.10, отличающаяся тем, что сверхлегкие макрочастицы имеют кажущийся удельный вес, меньший или равный 1,25.

12. Суспензия по п.1, отличающаяся тем, что по меньшей мере часть сверхлегких макрочастиц выбрана из группы, состоящей из молотых или дробленых скорлуп орехов, молотой или дробленой семенной шелухи, молотых или дробленых фруктовых косточек, обработанной древесины или их смеси, по выбору по меньшей мере частично покрытой по меньшей мере одним слоем защитного или укрепляющего покрытия.

13. Суспензия по п.1, отличающаяся тем, что по меньшей мере часть сверхлегких макрочастиц выбрана из группы, состоящей из пористой керамики, органических полимерных материалов и загустителей для обработки скважины, по выбору обработанных непроницаемыми пропитывающим материалом, слоем покрытия и/или слоем глазури.

14. Суспензия по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит комплексообразующий агент.

15. Суспензия по п.1, отличающаяся тем, что макрочастицы представляют собой пропант.

16. Способ обработки углеводороднесущих подземных геологических формаций, в котором в подземную формацию закачивают суспензию, отличающийся тем, что используют суспензию по п.1.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что перед закачиванием в подземную геологическую формацию суспензию разбавляют водой.

18. Способ по п.16, отличающийся тем, что перед закачиванием в подземную геологическую формацию к суспензии добавляют вспенивающий агент и газ или газонесущую жидкость.

19. Способ по п.18, отличающийся тем, что вспенивающий агент добавляют к суспензии в количестве, достаточном для создания пены, содержащей от приблизительно 30 до приблизительно 98 мас.% газовой фазы.

20. Способ по п.18, отличающийся тем, что вспенивающий агент представляет собой анионный ПАВ, выбранный из группы, состоящей из альфа-олефин-сульфонатов и эфира алкилсульфатов или их аммонийных солей.

21. Способ по п.20, отличающийся тем, что анионный ПАВ представляет собой алкилполиэфирсульфат, алкильный участок которого содержит от приблизительно 8 до приблизительно 16 атомов углерода.

22. Способ по п.20, отличающийся тем, что анионный ПАВ представляет собой аммонийную соль сульфоната.

23. Применение способа по п.16 для гидравлического разрыва углеводороднесущей подземной геологической формации, отличающееся тем, что суспензию по п.1 изготавливают предварительно, при этом в воду добавляют полисахарид и ксантановую смолу или модификации ксантановой смолы и затем вводят сверхлегкие макрочастицы в качестве пропанта.

РИСУНКИ