ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛИМЕРА В ВИДЕ ДИСПЕРСИИ В КАЧЕСТВЕ АГЕНТА, СНИЖАЮЩЕГО ТРЕНИЕ В ВОДНЫХ ЖИДКОСТЯХ ДЛЯ ГИДРОРАЗРЫВА Российский патент 2009 года по МПК C09K8/68 E21B43/26 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу использования водорастворимых полимеров в виде дисперсии для снижения трения, возникающего под действием турбулентного потока в водной жидкости для гидроразрыва при закачивании ее с высокой скоростью через обсадные трубы нефтяной скважины или колонну труб.

Известный уровень техники

При интенсификации добычи нефти большое количество жидкости для гидроразрыва закачивают через бурильную скважину под высоким давлением и с очень высокой скоростью на глубину от примерно 500 метров до 6 километров или больше, вызывая разрушение формации вокруг бурильной скважины. Затем давление падает, и нефть начинает просачиваться через трещины в ствол нефтяной скважины, откуда ее выкачивают на поверхность.

Турбулентность, возникающая при закачивании жидкости для гидроразрыва через трубу под давлением, приводит к появлению трения, увеличивая тем самым количество энергии, необходимой для перемещения этого количества жидкости с такой же скоростью.

Обычно для изменения реологических свойств жидкости используют высокомолекулярные линейные полимеры, так что турбулентный поток минимален, что предотвращает соответствующую потерю энергии в жидкости при ее закачивании в трубопровод. Хороший агент, понижающий трение, будет вызывать заметное снижение трения при малых концентрациях, будет недорогим и будет иметь высокую стабильность при сдвиге, температуре и давлении.

Несмотря на то, что стандартные полимерные эмульсионные латексы, в которых частицы твердого полимера диспергированы в углеводородном растворителе и стабилизированы поверхностно-активными веществами, имеют подходящую молекулярную массу, они ограниченно используются вследствие опасности для окружающей среды углеводородов и поверхностно-активных веществ в случае их разливания или выброса на землю или на морскую платформу и вследствие потенциальной пожарной опасности, связанной с использованием углеводородных растворителей. Полимерные латексы также должны быть подвергнуты операции обращения фаз перед использованием, что предусматривает использование дополнительных поверхностно-активных веществ.

Сухие полимеры традиционно используются в этих областях вследствие высокой концентрации полимера, доступного в таком виде, по сравнению с полимерными растворами. Однако сухие полимеры трудно растворяются и требуют специального оборудования, а также значительных энергозатрат и расхода воды для обеспечения соответствующего перевода сухого полимера в активную разбавленную форму. В отдаленных районах бурения часто наблюдается нехватка оборудования, энергии и воды и требуются значительные финансовые вложения для обеспечения всего процесса.

Использование сополимеров акриламида с различными катионными и анионными мономерами для снижения потерь от трения в процессах гидравлического разрыва пласта раскрыто в патенте США №3254719.

Предпочтительными полимерными композициями являются те, в которых 20-40 процентов амидных групп гидролизовано с использованием основания.

Использование сополимеров акриламида с четвертичными солями диметиламиноэтилметакриламида или диметиламинопропилметакриламида для снижения потерь от трения в процессах гидравлического разрыва пласта раскрыто в патенте США №4152274.

Способ использования полимеров в виде дисперсии в сочетании с содержащими азот ингибиторами коррозии для предупреждения коррозии в трубопроводе, контактирующем с эмульсиями сырой нефти, транспортируемыми в условиях турбулентного потока, раскрыт в патенте США №5939362.

Ни в одном из патентов 3254719 или 4154274 не упоминается о проблемах транспортировки и безопасности, связанных с использованием сухих полимеров или полимеров, содержащих поверхностно-активные вещества и углеводородные растворители, а в патенте 5939362 не упоминается об использовании полимеров в водных жидкостях для гидроразрыва. Согласно этому существует настоятельная потребность в разработке агентов, понижающих трение для использования в жидкостях для гидроразрыва, которые позволили бы решить проблемы транспортировки, безопасности и загрязнения окружающей среды, рассмотренные выше.

Краткое изложение сущности изобретения

Настоящее изобретение относится к способу снижения трения, возникающего от турбулентного потока в водной жидкости для гидроразрыва в процессе разработки нефтяного месторождения с гидравлическим разрывом, включающему добавление в водную жидкость для гидроразрыва эффективного для снижения трения количества одного или нескольких водорастворимых дисперсионных полимеров, причем дисперсионный полимер содержит от примерно 5 до примерно 95 мол. процентов одного или нескольких неионогенных мономеров и от примерно 95 до примерно 5 мол. процентов одного или нескольких катионных или анионных мономеров.

Полимеры настоящего изобретения представляют собой дисперсии на водной основе, которые не содержат ни органических растворителей, ни поверхностно-активных веществ, что приводит к получению благоприятных для окружающей среды систем обработки, которые направлены на решение проблем защиты окружающей среды в нефтедобывающих отраслях промышленности.

Подробное описание изобретения

Определение терминов

«Анионный мономер» означает мономер, как он определен в настоящем описании, который обладает отрицательным зарядом. Примеры анионных мономеров включают (мет)акриловую кислоту и ее соли, включая, но не ограничивая объема притязаний, акриловую кислоту, акрилат натрия, акрилат аммония, метакриловую кислоту, метакрилат натрия и метакрилат аммония; 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновую кислоту (АМПС) и ее натриевую соль; винилсульфоновую кислоту и ее соли, включая винилсульфонат натрия; стиролсульфоновую кислоту и ее соли; малеиновую кислоту и ее соли, включая, но не ограничивая объема притязаний, натриевую соль и аммониевую соль; сульфопропилакрилат, или метакрилат, или другие водорастворимые формы этих или других полимеризуемых карбоновых или сульфоновых кислот; сульфометилсодержащий акриламид; аллилсульфонат; итаконовую кислоту, акриламидометилбутановую кислоту; фумаровую кислоту; винилфосфоновую кислоту; аллилфосфоновую кислоту, фосфонометилсодержащий акриламид и т.п.

«Катионный мономер» означает мономер, как определен в настоящем описании, который обладает положительным зарядом. Примеры катионных мономеров включают диалкиламиноалкилакрилаты и метакрилаты и их четвертичные или кислотные соли, включающие, но не ограничивающие объем притязаний, четвертичную соль диметиламиноэтилакрилатметилхлорида, четвертичную соль диметиламиноэтилакрилатметилсульфата, четвертичную соль диметиламиноэтилакрилатбензилхлорида, соль серной кислоты диметиламиноэтилакрилата, хлористоводородную соль диметиламиноэтилакрилата, диэтиламиноэтилакрилат, четвертичную соль метилхлорида, четвертичную соль диметиламиноэтилметакрилатметилхлорида, четвертичную соль диметиламиноэтилметакрилатметилсульфата, четвертичную соль диметиламиноэтилметакрилатбензилхлорида, соль серной кислоты диметиламиноэтилметакрилата, хлористоводородную соль диметиламиноэтилметакрилата, хлористоводородную соль диметиламиноэтилметакрилоила, диалкиламиноалкилакриламиды или метакриламиды и их четвертичные или кислотные соли, такие как хлорид акриламидопропилтриметиламмония, четвертичная соль диметиламинопропилакриламидметилсульфата, соль серной кислоты диметиламинопропилакриламида, хлористоводородная соль диметиламинопропилакриламида, хлорид метакриламидопропилтриметиламмония, четвертичная соль диметиламинопропилметакриламидметилсульфата, соль серной кислоты диметиламинопропилметакриламида, хлористоводородная соль диметиламинопропилметакриламида, диэтиламиноэтилакрилат, диэтиламиноэтилметакрилат и галогениды диаллилдиалкиламмония, такие как хлорид диаллилдиэтиламмония и хлорид диаллилдиметиламмония.

«Дисперсионный полимер» означает водорастворимый полимер, диспергированный в водной непрерывной фазе, содержащей одну или несколько неорганических солей. Пояснительные примеры дисперсионной полимеризации водорастворимых полимеров в водной непрерывной фазе можно найти в патентах США №5605970; 5837776; 5985992; 4929655; 5006590; 5597859; 5597858; 6171505 и 6265477 и в Европейских патентах №183466; 657478 и 630909 и РСТ заявке номер US01/10867, включенных в данное описание в качестве ссылок. Дисперсионные полимеры получают путем объединения воды, одной или нескольких неорганических солей, одного или нескольких водорастворимых мономеров, любой полимеризационной добавки, такой как хелаты, буферы рН или агенты переноса цепи, и водорастворимого стабилизирующего полимера. Кроме этого, в смесь могут быть введены дополнительные технологические добавки, структурные модификаторы и/или стабилизаторы. Всю или часть этой смеси загружают в реактор, снабженный смесителем, термопарой, трубкой для продувания азотом и водяным холодильником. Раствор интенсивно перемешивают, нагревают до требуемой температуры, а затем добавляют водорастворимый инициатор. Раствор продувают азотом, поддерживая температуру, и перемешивают в течение нескольких часов. В процессе протекания реакции образуется дисперсная фаза, содержащая водорастворимый полимер. Часть реакционной смеси, содержащей любое сочетание исходных материалов, может быть добавлена полупериодическим образом в процессе полимеризации для улучшения технологических свойств, модификации состава полимера или его молекулярной массы. По истечении этого времени продукты охлаждают до комнатной температуры и в реактор загружают любые пост-полимеризационные добавки. Водные непрерывные дисперсии водорастворимых полимеров представляют собой свободнотекучие жидкости с вязкостью продукта от примерно 50 до примерно 10000 сантипуаз (сП), измеренной при низком сдвиге.

Неорганические соли, пригодные для получения дисперсионных полимеров, включают неорганические или органические сульфаты, фосфаты, хлориды, фториды, цитраты, ацетаты, тартраты, гидрофосфаты или их смеси. Предпочтительные соли включают сульфат аммония, сульфат натрия, сульфат магния, сульфат алюминия, гидрофосфат аммония, гидрофосфат натрия, гидрофосфат калия, хлорид натрия и хлорид аммония. Соли используются в водном растворе, обычно имеющем суммарную объединенную концентрацию 15 массовых процентов или выше в смеси продукта.

Дополнительные органические катионные соли, которые могут быть использованы отдельно или в сочетании с вышеназванными неорганическими солями для получения анионных дисперсионных полимеров. Предпочтительные катионные соли включают галогениды тетраалкиламмония, содержащие от 4 до 22 атомов углерода, замещенные галогениды тетраалкиламмония, содержащие от 4 до 22 атомов углерода, галогениды арилтриалкиламмония, содержащие от 9 до 22 атомов углерода, причем замещенные галогениды арилтриалкиламмония, содержащие от 9 до 22 атомов углерода, являются предпочтительными. Примеры предпочтительных катионных солей включают цетилпиридинийхлорид, цетилметиламмонийхлорид и бензилтриэтиламмонийхлорид.

Катионные дисперсионные полимеры также могут быть получены с использованием смеси неорганических солей, описанных выше, с одной или несколькими анионными неорганическими солями и одним или несколькими тиоцианатами, перхлоратами, хлоратами, бромидами, иодидами или нитратами, включая тиоцианаты натрия, калия или аммония, перхлорат натрия, хлорат натрия, бромид натрия, иодид натрия, нитрат натрия и т.п.

Примеры органических анионных солей включают соли металлов или аммония трихлорацетата и трифторметансульфоната; сульфонаты и дисульфонаты, такие как метансульфонат, этансульфонат, пропансульфонат, бутансульфонат, бутандисульфонат, пентансульфонат, гексансульфонат, гександисульфонат и октандисульфонат; арил- и замещенные арилсульфонаты и дисульфонаты, такие как бензолсульфонат, нитробензолсульфонат, ксилолсульфонат, толуолсульфонат, бензолсульфонат, нафталинсульфонат; диалкилсульфосукцинаты, такие как диизобутилсульфосукцинат, диизооктилсульфосукцинат, диметилсульфосукцинат, диэтилсульфосукцинат и диизопропилсульфосукцинат; дициклоалкилсульфосукцинаты; и диарилсульфосукцинаты. Предпочтительные анионные соли включают гексансульфонат натрия, бензолсульфонат натрия, ксилолсульфонат натрия; бензолдисульфонат натрия, бутандисульфонат натрия, гександисульфонат натрия, октандисульфонат натрия и декандисульфонат натрия. Относительно гидрофобная природа этих солей ускоряет образование дисперсии. Такие соли могут быть добавлены в любом порядке с другими реакционными компонентами, и порядок добавления может быть использован для осуществления изменений в переработке полимера.

Подходящие полимерные стабилизирующие агенты для получения катионных и неионогенных дисперсионных полимеров включают водорастворимые катионные полимеры, которые являются предпочтительно растворимыми в водном растворе соли. Диспергатор используется в количестве от примерно 1 до примерно 10% по массе в расчете на общую массу полимерной дисперсии. Полимерные стабилизирующие агенты или стабилизаторы ускоряют образование дискретных частиц и предотвращают агломерацию и гелеобразование.

Подходящие катионные стабилизаторы для получения катионных и неионогенных дисперсионных полимеров включают, но не ограничивают объема притязаний, полимер эпихлоргидрина/диметиламина, гомополимеры катионных мономеров на основе диаллил-N,N-двузамещенного аммония, гомополимеры N,N-двузамещенных-аминоэтил(мет)акрилатных мономеров и их четвертичных солей, гомополимеры N,N-двузамещенного-аминопропил(мет)акриламида и его четвертичных солей, сополимеры диаллил-N,N-двузамещенных аммониевых мономеров и N,N-двузамещенных-аминоэтил(мет)акрилатных мономеров и их четвертичных солей, сополимеры диаллил-N,N-двузамещенных аммониевых мономеров и N,N-двузамещенных-аминопропил(мет)акриламидных мономеров и их четвертичных солей, и катионные полимеры, содержащие, по меньшей мере, 20 мол. процентов одного или нескольких катионных диаллил-N,N-двузамещенных аммониевых мономеров, N,N-двузамещенных-аминоэтил(мет)акрилатных мономеров и их четвертичных солей, или N,N-двузамещенных-аминопропил(мет)акриламидных мономеров и их четвертичных солей и одного или нескольких неионогенных мономеров, предпочтительно - (мет)акриламида, N-замещенного или N,N-двузамещенного (мет)акриламида или стирола, и их смеси. Молекулярная масса стабилизатора предпочтительно лежит в интервале от примерно 10000 до 10000000 г/моль.

Стабилизаторы, использованные для получения анионных и неионогенных дисперсионных полимеров, включают анионно-заряженные водорастворимые полимеры, имеющие молекулярную массу от примерно 10000 до примерно 10000000 и предпочтительно - от примерно 1000000 до примерно 3000000. Стабилизирующий полимер должен быть растворимым или слегка растворимым в растворе соли и должен растворяться в воде.

Примеры анионных стабилизаторов включают, но не ограничивают объема притязаний, полиакриловую кислоту, поли(мет)акриловую кислоту, поли(2-акриламидо-2-метил-1-пропансульфоновую кислоту), сополимеры 2-акриламидо-2-метил-1-пропансульфоновой кислоты и анионного сомономера, выбранного из акриловой кислоты и метакриловой кислоты, полимеры одного или нескольких анионных мономеров и одного или нескольких неионогенных мономеров, и натриевые соли вышеназванных анионных стабилизаторов.

Неионогенные диспергаторы также могут быть использованы отдельно или в сочетании с катионными, анионными и неионогенными стабилизаторами, описанными в данном описании для получения катионных, анионных и неионогенных дисперсионных полимеров. Примеры неионогенных диспергаторов включают, но не ограничивают объема притязаний, поливиниловый спирт, поливинилпирролидон, полиэтиленгликоль, полипропиленгликоль, полиэтиленоксид, полиэтилен, растворимый крахмал, поли(N-винилпиридин) и т.п.

Многофункциональный спирт, такой как глицерин или этиленгликоль, также может быть включен в полимеризационную систему. Отложение мелких частиц гладко протекает в присутствии этих спиртов.

Реакция полимеризации инициируется любыми средствами, которые приводят к образованию целесообразных свободных радикалов. Инициирование может быть индуцировано использованием любого числа традиционных систем, включающих тепловые, фотохимические или окислительно-восстановительные системы инициирования. Радикалы, образующиеся под действием тепла, в которых радикальные фрагменты образуются в результате тепловой гомолитической диссоциации водорастворимого азосоединения, пероксида, гидропероксида или сложного перэфира, являются предпочтительными. Особенно предпочтительными инициаторами являются азосоединения, включающие 2,2'-азобис(2-амидинопропан)дигидрохлорид и 2,2'-азобис(N,N'-диметиленизобутиламин)гидрохлорид и т.п.

Затравочный полимер может быть добавлен в реакционную смесь перед инициированием полимеризации мономеров в целях ускорения образования мелкодисперсных частиц. Затравочным полимером является водорастворимый полимер, не растворимый в водном растворе поливалентной анионной соли. По мономерному составу затравочный полимер не обязательно должен быть идентичен водорастворимому полимеру, образованному в процессе полимеризации. Затравочным полимером предпочтительно является полимер, полученный способом дисперсионной полимеризации, описанным в настоящем описании.

Поскольку дисперсионные полимеры не содержат поверхностно-активных веществ или масла, дисперсионные полимеры являются безопасными для окружающей среды. Кроме того, отсутствие масла в дисперсионных полимерах приравнивается к таким полимерам, которые имеют практически нулевое содержание летучей органики (СЛО), и существенно сниженную потребность в биологическом кислороде (ПБК), потребность в углеродном кислороде (ПУК) и общий органический углерод (ПОУ) по сравнению с обычными полимерами, полученными методом обратимой эмульсионной полимеризации. Это является другим преимуществом таких полимеров для окружающей среды.

«(Мет)акриловая кислота» означает акриловую кислоту или метакриловую кислоту или ее соль.

«(Мет)акриламид» означает акриламид или метакриламид.

«Мономер» означает полимеризационноспособное аллильное, виниловое или акриловое соединение. Мономер может быть анионным, катионным или неионогенным. Виниловые мономеры являются предпочтительными, акриловые мономеры являются более предпочтительными.

«Неионогенный мономер» означает мономер, как определено в настоящем описании, который является электрически нейтральным. Примеры неионогенных водорастворимых мономеров включают акриламид, метакриламид, N-метилакриламид, N,N-диметилакриламид, N,N-диэтилакриламид, N-изопропилакриламид, N-винилформамид, N-винилметилацетамид, диметилгидроксипропил(мет)акрилат, гидроксиэтилметакрилат, гидроксиэтилакрилат, гидроксипропилакрилат, гидроксипропилметакрилат, N-трет-бутилакриламид, N-метилолакриламид, винилацетат, акрилонитрил, 2-этилгексилакрилат и т.п.

«ПУВ» («RSV») обозначает приведенную удельную вязкость (Reduced Specific Viscosity). В ряду полимерных гомологов, которые являются по существу линейными и хорошо сольватированными, измерения «приведенной удельной вязкости (ПУВ)(RSV)» для разбавленных растворов полимера является указанием на длину полимерной цепи и среднюю молекулярную массу, согласно Paul J. Flory “Principles of Polymer Chemistry”, Cornell University Press, Ithaca, NY, © 1953, Chapter VII, “Determination of Molecular Weights”, p.266-316. ПУВ измеряют при данной концентрации полимера и температуре и рассчитывают по следующей формуле:

где η=вязкость раствора полимера;

η_о=вязкость растворителя при той же температуре;

с=концентрация полимера в растворе.

Единицами концентрации «с» являются грамм/100 мл или г/децилитр. Поэтому единицами ПУВ являются дл/г. В настоящей патентной заявке для измерения ПУВ использован раствор нитрата натрия концентрацией от 1,0 до 0,125 моль. Концентрацию полимера в этом растворителе измеряют примерно при 0,045 г/дл. Величину ПУВ измеряют при 30°С. Значения вязкостей η и η_о измеряют при использовании полумикровискозиметра Убеллоде (Cannon Ubbelohde) калибром 75. Вискозиметр закрепляют в предпочтительно вертикальном положении в бане с постоянной температурой, установленной на 30±0,02°С. Ошибка при вычислении ПУВ составляет примерно 2 дл/грамм. Когда два полимерных гомолога в ряду имеют одинаковые значения ПУВ, то это указывает на то, что они имеют одинаковые молекулярные массы.

Предпочтительные варианты осуществления

Дисперсию, описанную в настоящем описании, добавляют в водную жидкость для гидроразрыва для снижения трения, возникающего от турбулентного потока в водной жидкости для гидроразрыва в процессе разработки нефтяного месторождения с гидравлическим разрывом пласта, когда жидкость для гидроразрыва закачивают с большой скоростью в подземную формацию. Типичные скорости жидкостей для гидроразрыва, которые обычно закачивают через трубу диаметром 2-4 дюйма, составляют величину от примерно 5 до примерно 80 или более футов в секунду и наиболее часто - примерно 10 футов в секунду.

Типичные дисперсионные полимеры настоящего изобретения имеют значения ПУВ от примерно 10 до примерно 50 и содержат от примерно 10 до примерно 30 процентов полимерных активнодействующих веществ.

Полимеры настоящего изобретения имеют молекулярную массу, по меньшей мере, примерно 100000, где верхний предел молекулярной массы ограничен только растворимостью полимера в жидкости для гидроразрыва. Предпочтительные полимеры имеют молекулярную массу, по меньшей мере, один миллион, а более предпочтительные полимеры имеют молекулярную массу, по меньшей мере, пять миллионов.

Водная жидкость для гидроразрыва настоящего изобретения включает свежую воду, соляной раствор, содержащий поливалентные катионы, включающие хлорид натрия, хлорид калия, хлорид аммония и хлорид кальция, и кислотные жидкости для гидроразрыва.

К жидкости для гидроразрыва могут быть добавлены различные добавки для изменения физических свойств жидкости или для реализации определенных функциональных преимуществ. Обычно добавляют расклинивающий агент, такой как песок или другой твердый материал, который служит для удерживания трещин открытыми после операции гидроразрыва. Кроме того, могут быть добавлены агенты, препятствующие потери жидкости, чтобы частично герметизировать более пористые отделы пласта, так что гидроразрыв происходит в менее пористых отделах. Также могут быть добавлены агенты, повышающие вязкость, так что расклинивающий агент может быть диспергирован внутри жидкости в процессе инжекции и более легко перенесен.

Другие добавки нефтяного промысла, которые также могут быть добавлены к жидкости для гидроразрыва, включают разрушители эмульсии, пеногасители, ингибиторы отложений, акцепторы Н₂S и О₂, биоциды, агенты, снижающие поверхностное натяжение, стабилизаторы глинистого сланца и глины, ингибиторы парафинов/асфальтенов и ингибиторы коррозии.

Предпочтительные ингибиторы коррозии включают четвертичные аммониевые соли, алкилзамещенные гетероциклы, амиды и имидазолины, как раскрыто в патенте США №5939362, включенном в настоящее описание в качестве ссылки.

Состав жидкости для гидроразрыва можно регулировать в зависимости от конкретной скважины или пласта, подлежащего гидроразрыву. Например, при гидроразрыве некоторых пластов может оказаться желательным использовать высокие концентрации расклинивающего агента, тогда как в других пластах может быть использовано малое количество расклинивающего агента или он может быть не использован совсем.

В общем, полимер добавляют в жидкость для гидроразрыва непрерывно в количестве от примерно 25 до примерно 2500 ч./млн, предпочтительно - от примерно 50 до 1000 ч./млн, и более предпочтительно - от примерно 100 до примерно 300 ч./млн, в расчете на водную жидкость для гидроразрыва.

Дисперсионные полимеры предпочтительно наносят на место применения при помощи смесителя, дозирующего количество продукта, вводимого в жидкость для гидроразрыва. Дисперсионный полимер может быть добавлен простым наливанием из контейнера в поток жидкости или очень аккуратно, путем использования объемного насоса, соединенного с обратной линией от расходомера на смесителе.

В предпочтительном аспекте настоящего изобретения дисперсионный полимер состоит из примерно от 5 до примерно 50 мол. процентов одного или нескольких неионогенных мономеров и от примерно 95 до примерно 50 мол. процентов одного или нескольких катионных мономеров, выбранных из группы, включающей диалкиламиноалкилакрилаты и метакрилаты и их четвертичные или кислотные соли.

В другом предпочтительном аспекте катионные мономеры выбраны из четвертичной соли диметиламиноэтилакрилатметилхлорида и четвертичной соли диметиламиноэтилакрилатбензилхлорида.

В другом предпочтительном аспекте дисперсионный полимер представляет собой тройной полимер акриламида/четвертичной соли диметиламиноэтилакрилатметилхлорида/четвертичной соли диметиламиноэтилакрилатбензилхлорида.

В другом предпочтительном аспекте дисперсионный полимер представляет собой сополимер акриламида/четвертичной соли диметиламиноэтилакрилатметилхлорида.

В другом предпочтительном аспекте дисперсионный полимер включает примерно от примерно 5 до примерно 50 мол. процентов одного или нескольких неионогенных мономеров и от примерно 95 до примерно 50 мол. процентов одного или нескольких анионных мономеров, выбранных из группы, включающей акриловую кислоту, метакриловую кислоту и 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновую кислоту и их соли.

В другом предпочтительном аспекте дисперсионный полимер представляет собой сополимер акриламида/натриевой соли акриловой кислоты.

В другом предпочтительном аспекте дисперсионный полимер представляет собой сополимер акриламида/акриловой кислоты.

В другом предпочтительном аспекте дисперсионный полимер представляет собой тройной сополимер акриламида/акриловой кислоты/натриевой соли акриловой кислоты.

В другом предпочтительном аспекте дисперсионный полимер имеет молекулярную массу, по меньшей мере, 1000000.

В другом предпочтительном аспекте дисперсионный полимер имеет молекулярную массу, по меньшей мере, 5000000.

В другом предпочтительном аспекте жидкость для гидроразрыва выбрана из группы, включающей свежую воду, солевые растворы и водные кислоты.

В другом предпочтительном аспекте в жидкость для гидроразрыва добавляют один или несколько ингибиторов коррозии.

В другом предпочтительном аспекте ингибитор коррозии выбран из группы, включающей четвертичные аммониевые соли, алкилзамещенные гетероциклы, амиды и имидазолы.

Вышеизложенное можно лучше понять с обращением к следующим примерам, которые представлены в иллюстративных целях и не предназначены ограничивать объем притязаний настоящего изобретения.

Пример 1

Полимер испытывают в рециркуляционном контуре, состоящем из емкости объемом 50 галлонов, верхней мешалки для емкости, рециркуляционного насоса и петли из нержавеющей стали внутренним диаметром 0,43 дюйма. При работающих насосе и мешалке измеренное количество полимерной дисперсии добавляют в емкость при концентрациях, показанных в таблице 1.

Используют три основные жидкие системы: водопроводную воду при 90°F, водопроводную воду при 40°F и 15% водный раствор НСl при 80°F. Перепад давлений (РД)(DP) этих жидкостей по сечению 57-футовой трубы при скоростях потока 2,5, 4, 6, 8 и 10 галлон/мин записывают как базисную линию. Эффективность агента, понижающего трение, выражается в процентах (% ПТ) в расчете на величину перепада давления (ПД), которую дает полимерный раствор, в сравнении с перепадом давления соответствующей базисной жидкости.

Полимер, дозировка, жидкость и температуры испытаний суммированы в таблице 1. Эффективность полимера представлена в таблицах 2, 3 и 4.

В таблицах 1-4 полимером А является 20-процентная дисперсия тройного сополимера акриламида/четвертичной соли диметиламиноэтилакрилатбензилхлорида/четвертичной соли диметиламиноэтилакрилатметилхлорида (в молярном отношении 65/15/20), ПУВ = от 25 до 35 дл/г; полимером В является 20 процентная дисперсионный полимер тройного сополимера акриламида/четвертичной соли диметиламиноэтилакрилатбензилхлорида/четвертичной соли диметиламиноэтилакрилатметилхлорида (в молярном отношении 65/25/10), ПУВ = от 15 до 25 дл/г; полимером С является 15-процентная полимерная дисперсия сополимера акриламида/четвертичной соли диметиламиноэтилакрилатметилхлорида (в молярном отношении 90/10), ПУВ = от 13,5 до 21,0 дл/г; полимером D является 25-процентная полимерная дисперсия тройного сополимера акриламида/акриловой кислоты/акрилата натрия (в молярном отношении 70/25/5), ПУВ = от 24,0 до 32,0 дл/г. Полимеры А-D доступны от фирмы Ondeo Nalco Company, Naperville, IL.

Таблица 1 Примеры полимеров и основных жидкостей, испытанных для понижения трения Пр. № Основная жидкость Полимер Конц.(% о/о) 1 15% HCl @ 80°F Нет   2 15% HCl @ 80°F A 0,15 3 15% HCl @ 80°F C 0,095 4 15% HCl @ 80°F A 0,075 17 15% HCl @ 80°F В 0,075 5 90°F H₂O Нет   6 90°F H₂O A 0,15 7 90°F H₂O D 0,023 8 90°F H₂O C 0,19 9 90°F H₂O B 0,14 10 40°F H₂O Нет   13 40°F H₂O B 0,112 14 40°F H₂O А 0,1127 15 40°F H₂O С 0,14

Таблица 2 Эксплуатационные свойства дисперсионных полимеров как агентов, понижающих трение в 15% соляной кислоте   1
Холостой 2
Полимер (А) 3
Полимер (С) 4
Полимер (А) 17
Полимер (В) Скорость (г/мин) ПД (фунт/
кв.дюйм) ПД (фунт/
кв.дюйм) % ПТ ПД (фунт/
кв.дюйм) % ПТ ПД (фунт/
кв.дюйм) % ПТ ПД (фунт/
кв.дюйм) % ПТ 2,5 9,2 2,7 70,4 4,3 53,4 3,7 59,9 3,8 58,7 4,0 20,8 6,7 67,6 8,0 61,6 7,4 64,6 7,8 62,5 6,0 42,7 12,0 71,9 13,5 68,4 13,4 68,5 13,6 68,2 8,0 70,2 18,8 73,3 20,2 71,3 20,7 70,5 20,5 70,8 10,0 105,6 25,7 75,7 27,9 73,6 30,0 71,6 28,7 72,8

Как показано в таблице 2, катионные полимеры, имеющие различные степени катионного заряда и состав мономера, оказываются эффективными агентами, понижающими трение в 15% соляной кислоте. Данные также свидетельствуют о том, что при более высокой скорости потока, когда турбулентность более ярко выражена, преимущество наличия полимера в жидкости выше.

Таблица 3 Эксплуатационные свойства дисперсионных полимеров как агентов, понижающих трение в водопроводной воде при температуре 90°F   5
Холостой 6
Полимер (А) 7
Полимер (D) 8
Полимер (С) 9
Полимер (В) Скорость (г/мин) ПД (фунт/
кв.дюйм) ПД (фунт/
кв.дюйм) % ПТ ПД (фунт/
кв.дюйм) % ПТ ПД (фунт/
кв.дюйм) % ПТ ПД (фунт/
кв.дюйм) % ПТ 2,5 7,9 1,8 77,3 6,2 22,1 3,3 58,1 3,5 56,3 4,0 18,0 4,8 73,4 14,2 21,3 6,6 63,1 6,7 62,7 6,0 38,1 9,2 75,8 35,1 7,8 12,0 68,6 11,9 68,8 8,0 63,6 17,3 72,8 59,7 6,2 18,6 70,7 18,0 71,6 10,0 92,2 24,2 73,8 84,7 8,2 25,4 72,5 25,0 72,9

Как показано в таблице 3, в относительно теплой свежей воде, которая имитирует летние условия состояния воды на месторождении, все полимеры оказываются эффективными.

Таблица 4 Эксплуатационные свойства дисперсионных полимеров как агентов, понижающих трение в водопроводной воде при температуре 40°F   10
Холостой 13
Полимер (В) 14
Полимер (А) 15
Полимер (С) Скорость (г/мин) ПД (фунт/кв.дюйм) ПД (фунт/кв.дюйм) % ПТ ПД (фунт/кв.дюйм) % ПТ ПД (фунт/кв.дюйм) % ПТ 2,5 10,1 5,2 48,6 5,2 48,6 8,9 12,2 4,0 22,7 9,2 59,4 9,0 60,4 8,7 61,5 6,0 45,8 15,8 65,5 15,7 65,6 15,5 66,1 8,0 74,9 24,1 67,9 23,8 68,2 23,7 68,4 10,0 110,2 33,1 70,0 33,4 69,7 33,8 69,4

Как показано в таблице 4, в относительно холодной свежей воде, которая имитирует зимние условия состояния воды на месторождении, все испытанные полимеры оказались эффективными.

Хотя настоящее изобретение описано подробно в иллюстративных целях, следует понимать, что такие детали полностью даны только для этой цели, и специалистами в данной области могут быть реализованы многочисленные модификации, вариации и изменения без отклонения от существа и объема притязаний настоящего изобретения, за исключением того, что оно может быть ограничено формулой изобретения. Все изменения, которые входят в область значений и интервал эквивалентности формулы изобретения, должны охватываться объемом притязаний.

Изобретение относится к способу использования водорастворимых полимеров в виде дисперсии для снижения трения в водной жидкости для гидроразрыва при закачивании ее с высокой скоростью через обсадные трубы нефтяной скважины или колонну труб. Способ снижения трения, возникающего от турбулентности потока в водной жидкости для гидроразрыва в процессе гидравлического разрыва пласта нефтяного месторождения, включает добавление в водную жидкость для гидроразрыва эффективного для снижения трения количества по меньшей мере одного дисперсионного полимера, причем дисперсионный полимер состоит из от примерно 50 до примерно 95 мол. процентов одного или нескольких неионогенных мономеров и от примерно 5 до примерно 50 мол. процентов одного или нескольких катионных или анионных мономеров и имеет молекулярную массу, по меньшей мере, 100000, причем дисперсионный полимер диспергируется в водной непрерывной фазе, содержащей одну или несколько неорганических солей, до добавления в жидкость для гидроразрыва. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы. Технический результат - получение благоприятных для окружающей среды систем обработки, направленных на решение проблем защиты окружающей среды в нефтедобывающих отраслях промышленности. 13 з.п. ф-лы, 4 табл.

1. Способ снижения трения, возникающего от турбулентности потока в водной жидкости для гидроразрыва в процессе гидравлического разрыва пласта нефтяного месторождения, включающий добавление в водную жидкость для гидроразрыва эффективного для снижения трения количества по меньшей мере одного дисперсионного полимера, причем дисперсионный полимер состоит из от примерно 50 до примерно 95 мол.% одного или нескольких неионогенных мономеров и от примерно 5 до примерно 50 мол.% одного или нескольких катионных или анионных мономеров и имеет молекулярную массу, по меньшей мере, 100000, причем указанный дисперсионный полимер диспергируется в водной непрерывной фазе, содержащей одну или несколько неорганических солей, до добавления в жидкость для гидроразрыва.

2. Способ по п.1, в котором дисперсионный полимер включает от примерно 50 до примерно 95 мол.% одного или нескольких неионогенных мономеров и от примерно 5 до примерно 50 мол.% одного или нескольких катионных мономеров, выбранных из группы, включающей диалкиламиноалкилакрилаты и метакрилаты и их четвертичные или кислотные соли.

3. Способ по п.2, в котором катионные мономеры выбраны из четвертичной соли диметиламиноэтилакрилатметилхлорида и четвертичной соли диметиламиноэтилакрилатбензилхлорида.

4. Способ по п.3, в котором дисперсионным полимером является тройной сополимер акриламид/четвертичная соль диметиламиноэтилакрилатметилхлорида/четвертичная соль диметиламиноэтилакрилатбензилхлорида.

5. Способ по п.3, в котором дисперсионным полимером является сополимер акриламид/четвертичная соль диметиламиноэтилакрилатметилхлорида.

6. Способ по п.1, в котором дисперсионный полимер включает от примерно 50 до примерно 95 мол.% одного или нескольких неионогенных мономеров и от примерно 5 до примерно 50 мол.% одного или нескольких анионных мономеров, выбранных из группы, включающей акриловую кислоту, метакриловую кислоту и 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновую кислоту и их соли.

7. Способ по п.6, в котором дисперсионным полимером является сополимер акриламид/натриевая соль акриловой кислоты.

8. Способ по п.6, в котором дисперсионным полимером является (сополимер) акриламид/акриловая кислота.

9. Способ по п.6, в котором дисперсионным полимером является тройной сополимер акриламид/акриловая кислота/натриевая соль акриловой кислоты.

10. Способ по п.1, в котором дисперсионный полимер имеет молекулярную массу, по меньшей мере, 1000000.

11. Способ по п.1, в котором дисперсионный полимер имеет молекулярную массу, по меньшей мере, 5000000.

12. Способ по п.1, в котором жидкость для гидроразрыва выбрана из группы, включающей свежую воду, солевые растворы и водные растворы кислот.

13. Способ по п.1, дополнительно включающий добавление одного или нескольких ингибиторов коррозии к жидкости для гидроразрыва.

14. Способ по п.13, в котором ингибитор коррозии выбран из группы, состоящей из четвертичных аммониевых солей, алкилзамещенных гетероциклов, амидов и имидазолинов.