ЖИДКИЙ ГЕЛЕОБРАЗУЮЩИЙ АГЕНТ ДЛЯ ПОЛИСАХАРИДНОЙ ЖИДКОСТИ РАЗРЫВА, СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ Российский патент 2010 года по МПК C09K8/68 

Предлагаемое изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности жидкостям для гидравлического разрыва пласта - ГРП на водной основе, а также способам их применения.

Известны способы гидравлического разрыва пласта с использованием гелеобразующих жидкостей на водной основе [1],

Преимуществами указанных способов является возможность регулирования деструкции гелей, вплоть до полного разложения до основы геля воды, а также возможность проведения процесса гидравлического разрыва пласта с использованием высоких темпов закачки для получения расчетных размеров трещин, поскольку гелеобразующие жидкости на водной основе при высокой вязкости обладают минимальными потерями давления на трение.

В настоящее время в качестве гелеобразователей для жидкостей разрыва на водной основе используют полисахаридные загустители: гуаровую камедь, производные гуара - гидроксипропилгуар или их смесь в сухом виде, что приводит к следующим проблемам:

1. Длительное время диспергирования сухого полисахарида в воде заметно затягивает процесс гидроразрыва.

2. При растворении сухого полисахарида в воде идет образование комков частично гидратированного полисахарида («рыбьих глаз»), что приводит к проблемам при деструкции геля и освоении скважин после ГРП.

3. В процессе растворения сухого полисахарида выделяется большое количество легколетучей пыли.

Решением вышеперечисленных проблем является введение водорастворимого полимера в воду в виде суспензии. Суспензионная композиция содержит частички полимера, диспергированные в органической жидкой фазе. Для поддержания частичек полимера во взвешенном состоянии вводится стабилизатор.

В известном аналоге [2] органическая жидкая фаза включает в себя гликоли, полигликоли, сложные и простые эфиры гликолей, а стабилизатор представляет собой гидроксипропил или этилцеллюлозу, полиакриловую кислоту, гидрированные растительные масла и жиры.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является состав (прототип), в котором в качестве органической фазы может выступать углеводородный растворитель: дизельное топливо, керосин, прямогонные фракции нефти или их смесь, а в качестве стабилизатора используются оксиэтилированные жирные спирты и алкилфенолы; жирные органические кислоты [3].

Недостатком известного способа (прототипа) является высокая вязкость суспензии полимера в органическом растворителе, что создает трудности при приготовлении жидкости для ГРП на промысле.

Предлагаемое изобретение направлено на создание способа получения жидкого гелеобразующего агента для полисахаридной жидкости разрыва и способа его применения.

Признаками изобретения «Способ получения жидкого гелеобразующего агента для полисахаридной жидкости разрыва и способ его применения» являются:

1. В качестве полисахаридного загустителя используется гуаровая камедь.

2. В качестве полисахаридного загустителя используется гидроксипропилгуар.

3. В качестве полисахаридного загустителя используется смесь гуаровой камеди и гидроксипропилгуара.

4. В качестве органической жидкой фазы используется дизельное топливо.

5. В качестве органической жидкой фазы используется полиалкилбензол.

6. В качестве стабилизатора суспензии используется смесь анионактивных и неионогенных поверхностно-активных веществ на основе оксиэтилированых нонилфенолов и водного раствора хлорида калия - Нефтенол ВКС-Н.

7. В качестве стабилизатора суспензии используется водно-спиртовой раствор алкилфосфатов с добавлением кремнийорганического пеногасителя - понизитель вязкости Нефтенол АФ-41.

8. Приготовление жидкого гелеобразующего агента производится в промысловых условиях непосредственно перед процессом ГРП.

Признаки 1-4 являются общими с прототипом, а признаки 5-8 - существенными отличительными признаками изобретения.

Сущность изобретения

Предлагается способ приготовления жидкого гелеобразующего агента для получения полисахаридной жидкости гидравлического разрыва пласта - ГРП, представляющего собой суспензию, включающий растворение стабилизирующего поверхностно-активного вещества - СПАВ в углеводородной жидкости и последующее суспендирование в полученном растворе гуаровой камеди или гидроксипропилгуара, или их смеси, при этом в качестве СПАВ используется Нефтенол ВКС-Н или понизитель вязкости АФ-41, в качестве углеводородной жидкости - дизельное топливо или полиалкилбензол при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Гуаровая камедь, или гидроксипропилгуар,   или их смесь 35,0-60,0 Указанное СПАВ 0,25-5,0 Указанная углеводородная жидкость Остальное,

полисахаридная жидкость для ГРП, содержащая вышеуказанный жидкий гелеобразующий агент, имеет следующий компонентный состав, мас.%:

Указанный жидкий гелеобразующий агент 0,8-1,2 ПАВ-регулятор деструкции 0,05-0,25 Боратный сшиватель БС-1 0,2-0,4 Деструктор ХВ 0,0025-0,1 Вода Остальное.

Для исследований использовались:

1. Дизельное топливо, ГОСТ 305-82. 4.2.2.

2. Полиалкилбензол (ПАБ) (ТУ 2414-040-04689375-95).

3. Гуаровая камедь - мелкодисперсный гигроскопичный порошок белого цвета, представляет собой химически немодифицированный натуральный полимер.

4. Гидроксипропилированный гуар - мелкодисперсный гигроскопичный порошок желтого цвета, представляет собой химически модифицированный путем присоединения радикалов гидроксипропила полимер.

5. Нефтенол ВКС-Н (ТУ 2483-025-54651030-2008), представляющий собой смесь анионактивных и неионогенных поверхностно-активных веществ на основе оксиэтилированных нонилфенолов и водного раствора хлорида калия, подвижная жидкость от светло- до темно-коричневого цвета.

6. Понизитель вязкости АФ-41, ТУ 2458-004-54651030-2005 представляет собой водно-спиртовой раствор алкилфосфатов с добавлением кремнийорганического пеногасителя, подвижная жидкость светло-желтого цвета.

7. ПАВ-регулятор деструкции (ТУ 2499-070-17197708-03) - азотсодержащее соединение, полупрозрачная жидкость от желтого до коричневого цвета.

8. Боратный сшиватель БС-1 (ТУ 2499-069-17197708-03) - борсодержащее соединение, полупрозрачная жидкость от желтого до коричневого цвета.

9. Деструктор ХВ (ТУ 2499-074-17197708-03) - персульфат щелочного металла (Na или К) или аммония, неорганическое соединение, белый порошок.

Соотношение компонентов в составе жидкого гелеобразующего агента объясняется следующим: содержание полисахарида в суспензии менее 35,0 мас.% является экономически нецелесообразным за счет увеличения расхода растворителя, при содержании полисахарида в суспензии более 60,0 мас.% жидкий гелеобразующий агент обладает высокой вязкостью, что создает трудности при приготовлении жидкости для ГРП на промысле. При содержании ПАВ-страбилизатора менее 0,25 мас.% образуется стабильная суспензия, а введение в суспензию ПАВ-страбилизатора в количестве более 5,0 мас.% является экономически нецелесообразным.

Примеры приготовления жидкого гелеобразующего агента

Пример 1

В 64,75 г дизельного топлива при температуре 20°С при перемешивании на лопастной мешалке последовательно вводили 0,25 мл Нефтенола ВКС-Н и 35,0 г гуаровой камеди; перемешивание продолжали в течение 20 мин, после чего исследовали свойства полученного жидкого гелеобразующего агента при температуре 20°С.

Вязкость полученного жидкого гелеобразующего агента исследовалась при температуре 20°С на ротационном вискозиметре «Rheotest-2», при скорости сдвига 40 с^-1. После чего определялась стабильность полученной суспензии, при этом оценивалось количество выделившейся жидкости и наличие осадка. Результаты исследований стабильности полученной суспензии представлены в таблице 1.

Таблица 1
Результаты исследований стабильности жидкого гелеобразующего агента (пример 1)
Вязкость мПа·с, при скорости сдвига 40 с^-1 - 113,5 Время Количество выделившейся жидкости Наличие осадка 24 ч 2% от объема нет 3 дня 5% от объема нет 1 неделя 5% от объема нет

Пример 2

В 53 г дизельного топлива при температуре 20°С при перемешивании на лопастной мешалке вводили 2,0 г Нефтенола ВКС-Н и 45,0 г гидроксипропилгуара; перемешивание продолжали в течение 20 мин, после чего исследовали его свойства при температуре 20°С.

Исследования проводили аналогично примеру 1. Свойства суспензии представлены в таблице 2.

Таблица 2
Результаты исследований стабильности жидкого гелеобразующего агента (пример 2)
Вязкость мПа·с, при скорости сдвига 40 с^-1 - 187,14 Время Количество выделившейся жидкости Осадок 24 ч нет нет 3 дня нет нет 1 неделя 5% от объема нет

Пример 3

В 35,0 г ПАБ при температуре 20°С при перемешивании на лопастной мешалке вводили 5,0 г понизителя вязкости АФ-41, 30,0 г гуаровой камеди и 30,0 г гидроксипропилгуара; перемешивание продолжали в течение 20 мин, после чего исследовали его свойства при температуре 20°С.

Исследования проводили аналогично примеру 1. Свойства суспензии представлены в таблице 3.

Таблица 3
Результаты исследований стабильности жидкого гелеобразующего агента (пример 3)
Вязкость мПа·с, при скорости сдвига 40 с^-1 - 1834,55 Время Количество выделившейся жидкости Осадок 24 ч нет нет 3 дня нет нет 1 неделя нет нет

Как следует из представленных данных, полученные системы обладают достаточной стабильностью и необходимой для дозирования вязкостью, что делает возможным их приготовление в промысловых условиях.

Приготовление линейного полисахаридного геля и исследование его свойств производили следующим образом.

Пример 4

В металлический стакан для прибора Fann 35 SA наливали 350 мл пресной воды. Температуру воды (25°С) поддерживали в течение всего времени испытания. Расчетное количество гелеобразователя при включенной лопастной мешалке (1000 об/мин) загружали в стакан с водой и перемешивали в течение 30 с. Затем стакан устанавливали для измерения вязкости, одновременно включали скорость вращения ротора вискозиметра - 100 об/мин и секундомер и производили измерения вязкости при этой скорости через каждые 30 с в течение 30 мин. Зависимость динамической (эффективной) вязкости от времени для геля, полученного с применением жидкого гелеобразователя, приготовленного, как указано в примере 2, в сравнении с гелем, полученным при растворении сухого гидроксипропилгуара, представлена в таблице 4.

Таблица 4
Зависимость динамической (эффективной) вязкости геля при 100 об/мин от времени Время, мин Вязкость при 100 об/мин, мПа·с Жидкий гелеобразующий агент (0,8 мл жидкого гелеобразующего агента из примера 2 на 100 мл воды) Сухой полисахарид (0,4 г сухого полисахарида на 100 мл воды) 0,5 5,9 5,9 3 20,6 14,7 5 26,5 19,2 10 31,0 28,0 30 32,4 33,9

Приготовление сшитого полисахаридного геля и исследование его свойств производили следующим образом.

Пример 5

В 98,9 г воды при температуре 20°С при перемешивании на лопастной мешалке вводили 0,8 г жидкого гелеобразующего агента, приготовленного, как указано в примере 1, после чего полученный раствор перемешивали в течение 10 мин, не прекращая перемешивания, вводили 0,05 г ПАВ-регулятора деструкции и продолжали перемешивание еще в течение 10 мин, а затем вводили 0,0025 г деструктора ХВ и 0,2 г боратного сшивателя БС-1. Через 10-15 с после введения боратного сшивателя БС-1 исследовали реологические характеристики полученного геля при температурах 20 и 80°С.

Пример 6

В 98,6 г воды при температуре 20°С при перемешивании на лопастной мешалке вводили 1,0 г жидкого гелеобразующего агента, приготовленного, как указано в примере 2, после чего полученный раствор перемешивали в течение 10 мин, не прекращая перемешивания, вводили 0,15 г ПАВ-регулятора деструкции и продолжали перемешивание еще в течение 10 мин, а затем вводили 0,03 г деструктора ХВ и 0,25 г боратного сшивателя БС-1. Через 10-15 с после введения боратного сшивателя БС-1 исследовали реологические характеристики полученного геля при температурах 20 и 60°С.

Пример 7

В 98,0 г пресной воды при температуре 20°С при перемешивании на лопастной мешалке вводили 1,2 г жидкого гелеобразующего агента, приготовленного, как указано в примере 3, после чего полученный раствор перемешивали в течение 10 мин, не прекращая перемешивания, вводили 0,25 г ПАВ-регулятора деструкции и продолжали перемешивание еще в течение 10 мин, а затем вводили 0,1 г деструктора ХВ и 0,4 г боратного сшивателя БС-1. Через 10-15 с после введения боратного сшивателя БС-1 исследовали реологические характеристики полученного геля при температурах 20 и 40°С.

Пример 8

В 98,9 г воды при температуре 20°С при перемешивании на лопастной мешалке вводили 0,4 г сухого гидроксипропилгуара, после чего полученный раствор перемешивали в течение 10 мин, не прекращая перемешивания, вводили 0,25 г ПАВ-регулятора деструкции и продолжали перемешивание еще в течение 10 мин, а затем вводили 0,1 г деструктора ХВ и 0,4 г боратного сшивателя БС-1. Через 10-15 с после введения боратного сшивателя БС-1 исследовали реологические характеристики полученного геля при температурах 20 и 40°С.

Реологические характеристики сшитого полисахаридного геля, полученного с применением жидкого гелеобразователя (примеры 5-7) в сравнении с гелем, полученным с применением сухого гидроксипропилгуара (пример 8), исследованные при температурах 20, 40, 60 и 80°С на ротационном вискозиметре «Rheotest-2», при скоростях сдвига 40, 170 и 511 с^-1, а также реологические коэффициенты: коэффициент неньютоновского поведения - n и коэффициент консистенции - k представлены в таблице 5.

Таблица 5
Реологические характеристики водного полисахаридного геля Температура исследования, °С Вязкость, мПа·с, при скорости сдвига, с^-1 Реологические коэффициенты 40 170 511 n К(мПа·сⁿ) Пример 5 20 1163,00 445,70 214,89 0,34 13,41 80 261,20 136,55 83,37 0,55 1,36 Пример 6 20 2500 500 350 0,30 18,0 60 460 350 150 0,50 3,6 Пример 7 20 3100 1200 380 0,27 35,2 40 1000 700 230 0,45 10,2 Пример 8 20 2100 480 290 0,32 20,0 40 430 320 120 0,51 8,0

Как следует из таблиц 4 и 5, водные полисахаридные гели, полученные с применением жидкого гелеобразующего агента, не уступают по реологическим характеристикам гелям, полученным с использованием сухого полисахарида.

Для приготовления жидкого гелеобразующего агента в промысловых условиях используется следующая техника:

- передвижной агрегат для закачки ЦА-320 (ЦА-320М) - 1 шт.;

- автоцистерна нефтепромысловая АЦН-10 - 1 шт.;

- воронка-эжектор - 1 шт.;

- осреднительная емкость УСО-16 - 1 шт.

В мерник УСО-16 из АЦН-10 через ЦА-320 (ЦА-320М) набирается расчетное количество углеводородного растворителя. Затем при включенной мешалке в УСО закачивается расчетное количество ПАВ-стабилизатора, после чего подключается воронка-эжектор и ЦА-320 через УСО замыкается на себя. Через воронку-эжектор при включенной мешалке с помощью ЦА-320 (ЦА-320М) вводится расчетное количество сухого полимера и полученный состав перемешивается в течение 20 мин.

Полученный жидкий гелеобразующий агент используется для приготовления жидкости ГРП, в качестве полисахаридного гелеобразователя в составе, содержащем ПАВ-регулятор деструкции, боратный сшиватель БС-1 и деструктор ХВ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Жидкий гелеобразующий агент 0,8-1,2 ПАВ- регулятор деструкции 0,05-0,25 Боратный сшиватель БС-1 0,2-0,4 Деструктор ХВ 0,0025-0,1 Вода Остальное

Новая совокупность заявленных существенных признаков позволяет получить новый технический результат, а именно создать жидкий гелеобразующий агент для жидкости разрыва, технологичный способ его получения в промысловых условиях и способ его применения в качестве гелеобразователя для получения жидкости ГРП на водной основе.

Источники информации

1. Ely J.W. Stimulation engineering handbook: Tulsa, Oklahoma. Pen-well Books. - 1994. - 357 p. - аналог.

2. US. Раt.№6818597 «Suspensions of water soluble polymers in surfactant free non-aqueous solvents», Harris, William Franklin, 2004. - аналог.

3. US. Раt.№6387853 «Derivatization of polymers and well treatments using the same», Dawson, et al, 2002. - прототип.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к жидкостям для гидравлического разрыва пласта - ГРП на водной основе. В способе приготовления жидкого гелеобразующего агента для получения полисахаридной жидкости ГРП, представляющего собой суспензию, включающем растворение стабилизирующего поверхностно-активного вещества - СПАВ в углеводородной жидкости и последующее суспендирование в полученном растворе гуаровой камеди или гидроксипропилгуара, или их смеси, используют в качестве СПАВ Нефтенол ВКС-Н или Нефтенол АФ-41, в качестве углеводородной жидкости - дизельное топливо или полиалкилбензол при следующем соотношении компонентов, мас.%: гуаровая камедь или гидроксипропилгуар, или их смесь 35,0-60,0, указанное СПАВ 0,25-5,0, указанная углеводородная жидкость - остальное. Жидкий гелеобразующий агент для получения полисахаридной жидкости ГРП, полученный указанным выше способом. Полисахаридная жидкость ГРП, содержащая указанный выше жидкий гелеобразующий агент, имеющая состав, мас.%: указанный жидкий гелеобразующий агент 0,8-1,2, ПАВ - регулятор деструкции 0,05-0,25, боратный сшиватель БС-1 0,2-0,4, деструктор ХВ 0,0025-0,1, вода - остальное. 3 н.п. ф-лы, 5 табл.

1. Способ приготовления жидкого гелеобразующего агента для получения полисахаридной жидкости гидравлического разрыва пласта - ГРП, представляющего собой суспензию, включающий растворение стабилизирующего поверхностно-активного вещества - СПАВ в углеводородной жидкости и последующее суспендирование в полученном растворе гуаровой камеди или гидроксипропилгуара, или их смеси, отличающийся тем, что используют в качестве СПАВ Нефтенол ВКС-Н или Нефтенол АФ-41, в качестве углеводородной жидкости - дизельное топливо или полиалкилбензол при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Гуаровая камедь или гидроксипропилгуар,   или их смесь 35,0-60,0 Указанное СПАВ 0,25-5,0 Указанная углеводородная жидкость Остальное

2. Жидкий гелеобразующий агент для получения полисахаридной жидкости ГРП, полученный способом по п.1.

3. Полисахаридная жидкость ГРП, содержащая жидкий гелеобразующий агент по п.2, имеющая состав, мас.%:
Указанный жидкий гелеобразующий агент 0,8-1,2 ПАВ - регулятор деструкции 0,05-0,25 Боратный сшиватель БС-1 0,2-0,4 Деструктор ХВ 0,0025-0,1 Вода Остальное