ТЕКУЧИЕ СРЕДЫ ДЛЯ ПОДЗЕМНОЙ ОБРАБОТКИ ПЛАСТА, СНИЖАЮЩИЕ ТРЕНИЕ СОПОЛИМЕРЫ И СПОСОБЫ ОБРАБОТКИ ПЛАСТА Российский патент 2012 года по МПК C09K8/68 E21B43/22 

Предпосылки создания изобретения

Настоящее изобретение относится к подземным обработкам пласта и, более конкретно, к водным текучим средам для обработки пласта, включающим снижающие трение сополимеры, и способам обработки пласта.

Водные текучие среды могут быть использованы при различных подземных обработках. Такие обработки включают, но не ограничиваются этим, операции бурения, операции возбуждения и операции заканчивания скважины. Термин "обработка", как он использован здесь, относится к любой подземной операции, которая использует текучую среду для обеспечения желаемой функции и/или для желаемой цели. Термин "обработка" не предполагает какое-либо конкретное действие текучей среды.

Примером операции возбуждения, использующей водную текучую среду для обработки пласта, является гидравлический разрыв. В некоторых случаях обработка для разрыва пласта включает закачку не содержащего расклинивающий наполнитель водной текучей среды для обработки пласта (известного как "текучая среда разрыва без расклинивающего наполнителя") в подземный пласт быстрее, чем текучая среда может проникать в пласт, так чтобы давление в пласте росло и пласт разрывался, образуя или увеличивая одну или несколько трещин. Увеличение трещин включает расширение ранее существовавшей трещины в пласте. После образования или увеличения трещины в трещину обычно помещают частицы расклинивающего наполнителя для создания барьера из расклинивающего наполнителя, предотвращающего закрытие трещины при сбросе гидравлического давления и обеспечивающего подводящие каналы для протекания текучей среды в ствол скважины.

Во время закачки водной текучей среды для обработки пласта в ствол скважины может быть потеряно значительное количество энергии вследствие трения между водной текучей средой обработки пласта в турбулентном потоке и пластом и/или элементами системы трубопроводов (например, трубами, изогнутыми трубопроводами и т.п.), расположенными в стволе скважины. В результате этих потерь энергии может потребоваться дополнительная мощность для достижения желаемой обработки. Для снижения этих потерь энергии в водные текучие среды для обработки пласта были ранее включены снижающие трение полимеры. Снижающий трение полимер должен уменьшать фрикционные потери из-за трения между водной текучей средой обработки пласта в турбулентном потоке и элементами системы трубопроводов и/или пластом.

В некоторых случаях снижающие трение полимеры, которые использовали ранее, суспендировали в масляных эмульсиях, причем при добавлении к водной текучей среде для обработки пласта эмульсия должна была инвертироваться, выпуская снижающий трение полимер в текучую среду. Одним из таких снижающих трение полимеров является сополимер акриловой кислоты (в количестве 30 мас.%) и акриламида (в количестве 70 мас.%). Однако считается, что ионная природа некоторых из этих снижающих трение полимеров (таких, как вышеупомянутый сополимер) может заставить снижающие трение полимеры работать как флоккулянты. Это может быть нежелательно, например, при обработках гидравлического разрыва, при которых взаимодействие снижающего трение полимера с мелочью пласта может привести в результате к коагуляции мелочи пласта в комки. Образование комков может быть нежелательным, среди прочего, поскольку комки могут облегчить образование стабильной эмульсии в пласте, возможно нежелательно влияя на последующую продуктивность ствола скважины.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение относится к подземным обработкам пласта и, более конкретно, к водным текучим средам для обработки пласта, включающим снижающие трение сополимерам и к способам обработки пласта.

Настоящее изобретение предлагает способ обработки части подземного пласта. Вариант такого способа может включать обеспечение водной текучей среды для обработки пласта согласно настоящему изобретению, который включает воду и снижающий трение сополимер, содержащий акриламид в количестве от около 60% до около 90 мас.% и акриловую кислоту в количестве от около 10% до около 20 мас.%.

Характерные признаки и преимущества настоящего изобретения должны быть ясны для специалистов. В то же время многочисленные модификации могут быть выполнены специалистами, и такие модификации находятся в рамках духа изобретения.

Описание предпочтительных осуществлений

I. Водные текучие среды для обработки пласта согласно настоящему изобретению

Водные текучие среды для обработки пласта согласно настоящему изобретению обычно включают воду и снижающий трение сополимер, содержащий акриламид в количестве от около 60% до около 90 мас.% и акриловую кислоту в количестве от около 10% до около 20 мас.%. Термин "снижающий трение сополимер", как он использован здесь, относится к сополимеру, снижающему фрикционные потери вследствие трения между водной текучей средой в турбулентном потоке и элементами системы трубопроводов (трубами, изогнутыми трубопроводами и т.п.) и/или пластом. Термин "сополимер", как он использован здесь, не ограничен полимерами, включающими два типа мономерных единиц, но включает любую комбинацию полимеров, например терполимеры, тетраполимеры и тому подобное.

Как правило, снижающий трение полимер согласно настоящему изобретению может быть включен в любую водную текучую среду для обработки пласта, используемую при подземных обработках для снижения трения. Такие подземные обработки включают, но не ограничиваются этим, операции бурения, обработки стимулирования (например, обработки гидравлического разрыва пласта кислотной обработки, нагнетания кислоты в пласт до его разрыва) и операции завершения. Специалисты при использовании настоящего изобретения могут найти подходящую подземную обработку, где может быть желательно снижение трения.

Вода, используемая в водных текучих средах для обработки пласта по настоящему изобретению, может быть пресной водой, соленой водой (например, водой, содержащей одну или несколько растворенных в ней солей), рассолом (например, полученным из подземных пластов) или морской водой или их комбинацией. Как правило, используемая вода может быть из любого источника при условии, что она не содержит избытка соединений, которые могут вредно влиять на другие компоненты в водной текучей среде для обработки пласта или в самом пласте. Например, считается, что высокие концентрации солей (например, насыщенные растворы солей) могут нежелательно взаимодействовать со снижающими трение сополимерами согласно настоящему изобретению.

Снижающие трение сополимеры согласно настоящему изобретению включают акриламид в количестве от около 60% до около 90 мас.% и акриловую кислоту в количестве от около 10% до около 20 мас.%. Среди прочего, снижающие трение сополимеры по настоящему изобретению должны снижать потери энергии, обусловленные трением в водной текучей среде для обработки пласта. Например, снижающие трение сополимеры могут снижать потери энергии во время ввода водной текучей среды вследствие трения между водной текучей средой в турбулентном потоке и пластом и/или элементами системы трубопроводов (трубами, изогнутыми трубопроводами и т.п.), размещенными в стволе скважины. Далее, благодаря пониженному содержанию акриловой кислоты по сравнению с сополимерами, использовавшимися ранее для снижения трения, снижающие трение сополимеры согласно настоящему изобретению должны иметь ослабленную ионную природу, минимизирующую их флоккуляционные свойства.

Снижающие трение сополимеры согласно настоящему изобретению должны быть включены в водные текучие среды в количестве, достаточном для обеспечения желаемого снижения трения. В некоторых осуществлениях снижающий трение сополимер может присутствовать в количестве от около 0,01% до около 4% от массы водной текучей среды. В некоторых осуществлениях снижающий трение сополимер может присутствовать в количестве от около 0,025% до около 0,1% от массы водной текучей среды.

Количество акриламида и акриловой кислоты, включенных в снижающие трение сополимеры, может быть определено, основываясь на ряде факторов, включающих желаемое снижение трения, флоккуляционные свойства и т.д. Как правило, акриламид должен присутствовать в снижающем трение сополимере в количестве от около 60% до около 90% от массы сополимера, и акриловая кислота должна присутствовать в снижающем трение сополимере в количестве от около 10% до около 20% от массы сополимера. В определенных осуществлениях акриламид может присутствовать в количестве от около 80% до около 90% от массы сополимера. В определенных осуществлениях акриловая кислота может присутствовать в количестве от около 12% до около 17,5% от массы сополимера. В одном осуществлении акриламид может присутствовать в количестве примерно 85% от массы сополимера, и акриловая кислота может присутствовать в количестве примерно 15% от массы сополимера.

Необязательно, снижающие трение сополимеры по настоящему изобретению могут дополнительно включать другие мономеры в дополнение к акриламиду и акриловой кислоте. Например, в некоторых осуществлениях снижающие трение сополимеры могут включать 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновую кислоту, N,N-диметилакриламид, винилсульфоновую кислоту, N-винилацетамид, N-винилформамид и их смеси.

В определенных осуществлениях 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновая кислота может присутствовать в снижающих трение сополимерах в количестве от около 0,1% до около 30% от массы сополимера. Пример снижающего трение сополимера может включать акриламид в количестве от около 70% до около 85% от массы сополимера, акриловую кислоту в количестве от около 10% до около 12,5% от массы сополимера и 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновую кислоту в количестве от около 2,5% до около 20% от массы сополимера.

В определенных осуществлениях N,N-диметилакриламид может присутствовать в снижающих трение сополимерах в количестве от около 0,1% до около 30% от массы сополимера. Пример снижающего трение сополимера может включать акриламид в количестве от около 60% до около 80% от массы сополимера, акриловую кислоту в количестве от около 10% до около 12,5% от массы сополимера, 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновую кислоту в количестве от около 7,5% до около 20% от массы сополимера и N,N-диметилакриламид в количестве от около 2,5% до около 10% от массы сополимера.

В некоторых осуществлениях винилсульфоновая кислота может присутствовать в снижающих трение сополимерах в количестве от около 0,1% до около 30% от массы сополимера. Пример снижающего трение сополимера может включать акриламид в количестве от около 60% до около 85% от массы сополимера, акриловую кислоту в количестве от около 10% около 20% от массы сополимера, 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновую кислоту в количестве от около 0,1% до около 25% от массы сополимера и винилсульфоновую кислоту в количестве от около 0,1% до около 5% от массы сополимера.

В некоторых осуществлениях N-винилацетамид может присутствовать в снижающих трение сополимерах в количестве от около 0,1% до около 30% от массы сополимера. Пример снижающего трение сополимера может включать акриламид в количестве от около 60% до около 85% от массы сополимера, акриловую кислоту в количестве от около 10% до около 20% от массы сополимера, 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновую кислоту в количестве от около 0,1% до около 25% от массы сополимера и N-винилацетамид в количестве от около 0,1% до около 5% от массы сополимера.

В некоторых осуществлениях N-винилформамид может присутствовать в снижающих трение сополимерах в количестве от около 0,1% до около 30% от массы сополимера. Пример снижающего трение сополимера может включать акриламид в количестве от около 60% до около 85% от массы сополимера, акриловую кислоту в количестве от около 10% до около 20% от массы сополимера, 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновую кислоту в количестве от около 0,1% до около 25% от массы сополимера и N-винилформамид в количестве от около 0,1% до около 5% от массы сополимера.

Снижающие трение сополимеры по настоящему изобретению должны иметь молекулярный вес, достаточный для обеспечения желаемого уровня снижения трения. Как правило, для обеспечения желаемого уровня снижения трения могут потребоваться снижающие трение сополимеры, имеющие более высокий молекулярный вес. Например, в некоторых осуществлениях массовый средний молекулярный вес снижающих трение сополимеров может быть в интервале от примерно 7500000 до примерно 20000000, как определено с использованием характеристической вязкости. Специалисты должны сознавать, что снижающие трение сополимеры, имеющие молекулярный вес вне указанного интервала, тоже могут обеспечить некоторую степень снижения трения в водной текучей среде для обработки пласта.

Подходящие снижающие трение сополимеры по настоящему изобретению могут находиться в форме кислоты или в форме соли. Множество солей может быть получено путем нейтрализации кислотной формы мономерной акриловой кислоты и/или мономерной 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты основанием, таким как гидроксид натрия, гидроксид аммония или подобным. Термин "сополимер", как он использован здесь, предназначен для того, чтобы включать и кислотную форму снижающего трение сополимера, и его различные соли.

Снижающие трение сополимеры, подходящие для использования в настоящем изобретении, могут быть изготовлены в соответствии с любым из множества методов полимеризации. В одном осуществлении подходящий снижающий трение сополимер может быть приготовлен с использованием эмульсионной полимеризации. При использовании данного изобретения специалисты должны выбрать соответствующий способ полимеризации для синтеза подходящего снижающего трение сополимера. Настоящее изобретение не рассматривает способ полимеризации, использованный для синтеза снижающего трение сополимера, до тех пор, пока он дает желаемый снижающий трение сополимер.

После полимеризации снижающие трение сополимеры могут поставляться в любой подходящей форме, включая твердую форму, суспендированную в масляной эмульсии сополимера, или в виде компонента водного раствора. Суспензии снижающих трение сополимеров в масляной эмульсии сополимера будут более подробно описаны ниже.

Специалистом в данной области техники дополнительные добавки могут быть включены в водные текучие среды для обработки пласта при использовании данного изобретения. Примеры таких добавок включают, но не ограничиваются этим, ингибиторы коррозии, частицы расклинивающего наполнителя, кислоты, добавки для борьбы с потерями текучей среды и поверхностно-активные вещества. Например, в водные текучие среды для обработки пласта среди прочего может быть включена кислота для обработки матрикса или подачи кислоты в пласт для его разрыва. В осуществлениях гидроразрыва дисперсный расклинивающий наполнитель может быть включен в водные текучие среды для обработки пласта для предотвращения закрытия трещин после сброса гидравлического давления.

II. Масляные эмульсии сополимера

В осуществлениях, в которых конкретный снижающий трение сополимер по настоящему изобретению суспендирован в масляной эмульсии сополимера (с маслом из внешнего источника), масляная эмульсия сополимера может включать воду, несмешивающуюся с водой жидкость, эмульгатор и снижающий трение сополимер по настоящему изобретению. Подходящие масляные эмульсии сополимера могут дополнительно включать ингибиторы, соли и инвертирующие агенты.

Вода, присутствующая в масляных эмульсиях сополимера, обычно включает пресную воду, но соленая вода или сочетания с соленой водой также могут быть использованы. Обычно используемая вода может происходить из любого источника при условии, что она не содержит избытка соединений, вредно влияющих на другие компоненты в масляной эмульсии сополимера. В некоторых осуществлениях вода может присутствовать в масляной эмульсии сополимера в количестве от около 35% до около 50% от массы эмульсии.

Подходящие несмешивающиеся с водой жидкости могут включать, но не ограничиваются этим, несмешивающиеся с водой растворители, такие как парафиновые углеводороды, нафтеновые углеводороды, ароматические углеводороды и их смеси. Парафиновые углеводороды могут быть насыщенными, линейными или разветвленными парафиновыми углеводородами. Примеры подходящих ароматических углеводородов включают, но не ограничиваются этим, толуол и ксилол. Примером подходящего несмешивающегося с водой растворителя, включающего парафиновые углеводороды и нафтеновые углеводороды, является "LPA®-210", выпускаемый Sasol North America, Inc., Houston, Texas. Несмешивающаяся с водой жидкость может присутствовать в масляной эмульсии сополимера в количестве, достаточном для образования стабильной эмульсии. В некоторых осуществлениях несмешивающаяся с водой жидкость может присутствовать в масляной эмульсии сополимера в количестве от около 20% до около 30 мас.%.

В масляной эмульсии сополимера должны, кроме прочего, присутствовать эмульгаторы для снижения межфазного натяжения между водой и несмешивающейся с водой жидкостью для облегчения образования масляной эмульсии сополимера. Примеры подходящих эмульгаторов включают, но не ограничиваются этим, этоксилированные неионные сурфактанты, этоксилат спирта Гербе и их смеси. Пример подходящего эмульгатора включает диэтаноламид жирных кислот таллового масла, такой как "AMADOL® 511", поставляемый Akzo Nobel Chemistry, Chicago, Illinois. Другой пример подходящего эмульгатора включает моноолеат полиоксиэтилен(5)сорбита, такой как "TWEEN® 81", поставляемый Uniquema, New Castle, Delaware. Другой пример подходящего эмульгатора включает моноолеат сорбита, такой как "ALKAMULS® SMO", поставляемый Rhone Poulenc, Inc., Paris, France. Эмульгатор должен присутствовать в количестве, достаточном для получения желаемой стабильной масляной эмульсии сополимера. В некоторых осуществлениях эмульгатор может присутствовать в количестве от около 0,5% до около 2,5% от массы эмульсии.

Снижающие трение сополимеры по настоящему изобретению, которые могут присутствовать в масляной эмульсии сополимера, описаны выше. Снижающий трение сополимер может присутствовать в количестве от около 30% около 35% от массы эмульсии.

В некоторых осуществлениях масляные эмульсии сополимера могут дополнительно включать соль. Среди прочего соль может присутствовать для увеличения стабильности эмульсии и/или снижения вязкости эмульсии. Примеры подходящих солей включают, но не ограничиваются этим, хлорид аммония, хлорид калия, хлорид натрия, сульфат аммония и их смеси. В некоторых осуществлениях соль может присутствовать в масляной эмульсии сополимера в количестве в интервале от около 0,5% до около 2,5% от массы эмульсии.

В некоторых осуществлениях масляные эмульсии сополимера могут дополнительно включать ингибитор. Среди прочего ингибитор может быть включен для предотвращения преждевременной полимеризации мономеров до инициирования реакции эмульсионной полимеризации. Как должно быть ясно специалистам, использующим это изобретение, сополимер может быть синтезирован с использованием метода эмульсионной полимеризации, где для предотвращения преждевременной полимеризации задействован ингибитор. Примеры подходящих ингибиторов включают, но не ограничиваются этим, хиноны. Пример подходящего ингибитора включает 4-метоксифенол (MEHQ). Ингибитор должен присутствовать в количестве, достаточном для обеспечения желаемого предотвращения преждевременной полимеризации. В некоторых осуществлениях ингибитор может присутствовать в количестве от около 0,001% до около 0,1% от массы эмульсии.

В некоторых осуществлениях масляные эмульсии сополимера могут дополнительно включать инвертирующий агент. Среди прочего, инвертирующий агент может облегчить инверсию эмульсии при добавлении к водным текучим средам для обработки пласта. Как должно быть ясно специалистам, использующим настоящее изобретение, при добавлении к водной текучей среде эмульсия должна инвертироваться, выпуская сополимер в водную текучую среду для обработки пласта. Примеры подходящих инвертирующих агентов включают, но не ограничиваются этим, этоксилированные спирты, неионные поверхностно-активные вещества с показателем гидрофильно-липофильного баланса от 12 до 14 и их смеси. Пример подходящего инвертирующего агента включает этоксилированный спирт С₁₂-С₁₆, такой как "SURFONIC® L24-7", поставляемый Huntsman Performance Products, The Woodlands, Texas. Инвертирующий агент должен присутствовать в количестве, достаточном для обеспечения желаемой инверсии эмульсии при контакте с водой в водной текучей среде. В некоторых осуществлениях инвертирующий агент может присутствовать в масляной эмульсии сополимера в количестве от около 1% до около 5% от массы эмульсии.

В одном осуществлении подходящая масляная эмульсия сополимера может включать несмешивающийся с водой органический растворитель в количестве около 21,1732 мас.%, который включает парафиновые углеводороды и нафтеновые углеводороды, диэтаноламид жирных кислот таллового масла в количестве около 1,1209 мас.%, моноолеат полиоксиэтилен(5)сорбита в количестве около 0,0722 мас.%, моноолеат сорбита в количестве около 0,3014 мас.%, снижающий трение сополимер в количестве около 31,1392 мас.%, который включает акриламид в количестве около 85% от массы сополимера и акриловую кислоту в количестве около 15% от массы сополимера, 4-метоксифенол в количестве около 0,0303 мас.%, хлорид аммония в количестве около 1,6191 мас.%, этоксилированные спирты С₁₂-С₁₆ в количестве около 1,3700 мас.% и воду в количестве около 43,1737 мас.%.

В некоторых осуществлениях эмульсионная полимеризация может быть использована для приготовления подходящей масляной эмульсии сополимера, включающей снижающий трение сополимер по настоящему изобретению. Подходящий способ эмульсионной полимеризации может использовать множество различных температур инициации в зависимости от, среди прочего, количества и типа использованного инициатора, количества и типа использованных мономеров, количества и типа использованного ингибитора и ряда других факторов, известных специалистам. В одном осуществлении подходящий способ эмульсионной полимеризации может использовать температуру инициации около 25°С. Вследствие экзотермической природы реакции полимеризации смесь может поддерживаться при более высокой температуре, чем температура инициации, во время протекания реакции полимеризации, например в интервале от около 37°С до около 45°С.

Для приготовления масляной эмульсии сополимера, включающей снижающий трение сополимер согласно настоящему изобретению, может быть использовано множество различных смесей. Подходящие смеси могут включать акриламид, акриловую кислоту, воду, несмешивающуюся с водой жидкость, инициатор и эмульгатор. Необязательно, смесь может дополнительно включать ингибитор, основание (например, гидроксид натрия) для нейтрализации акриловой кислоты с образованием солевой формы снижающего трение сополимера, комплексообразующий агент для того, чтобы сделать возможным постепенное высвобождение мономеров в реакции полимеризации, активатор для инициации полимеризации при более низкой температуре и инвертирующий агент. Специалисты, использующие данное изобретение, должны знать количество и тип компонентов для включения в смесь, основываясь на факторах, включающих желаемый молекулярный вес и состав снижающего трение сополимера и желаемую температуру инициации. Пример смеси, которая может быть использована для образования подходящей масляной эмульсии сополимера, показан в Таблице 1 ниже.

Таблица 1 Компонент Концентрация
(мас.%) Парафиново-нафтеновый органический растворитель 21,1732 Диэтаноламин жирных кислот таллового масла 1,1209 Моноолеат полиоксиэтилен(5)сорбита 0,0722 Моноолеат сорбита 0,3014 Акриламид 22,2248 4-метоксифенол 0,0303 Хлорид аммония 1,6191 Акриловая кислота 4,3343 Этилендиаминтетрауксусная кислота 0,0237 Гидроперекись трет-бутила 0,0023 Метабисульфит натрия 0,2936 Дигидрохлорид 2,2'-азобис(2-амидинопропана) 0,0311 Этоксилированные спирты С₁₂-С₁₆ 1,3700 Вода 43,1737 Сумма 100,0

III. Способы обработки пласта согласно настоящему изобретению

Водные текучие среды для обработки пласта по настоящему изобретению могут быть использованы при любой подземной обработке, где желательно снижение трения. Такие подземные обработки включают, но не ограничиваются этим, операции бурения, возбуждающие обработки (например, обработки гидравлического разрыва пласта, кислотной обработки пласта, нагнетания кислоты в пласт до его разрыва) и операции завершения скважины. Специалисты при использовании настоящего изобретения определят подходящую подземную обработку, где желательно снижение трения.

В некоторых осуществлениях настоящее изобретение предлагает способ обработки части подземного пласта, включающего обеспечение водной текучей средой для обработки пласта, включающей воду и снижающий трение сополимер, который включает акриламид в количестве от около 60% до около 90 мас.% и акриловую кислоту в количестве от около 10% до около 20 мас.%, и ввод водной текучей среды в часть подземного пласта. В некоторых осуществлениях водная текучая среда для обработки пласта может быть введена в часть подземного пласта со скоростью и давлением, достаточными для создания или увеличения одной или нескольких трещин в части подземного пласта. Часть подземного пласта, в которую вводят водную текучую среду, должна изменяться в зависимости от конкретной подземной обработки. Частью подземного пласта может быть секция ствола скважины, например, при операции откачки ствола скважины. При осуществлениях возбуждения указанной частью может быть часть подземного пласта, которая должна быть возбуждена.

Способы согласно настоящему изобретению могут далее включать приготовление водной текучей среды для обработки пласта. Приготовление водной текучей среды для обработки пласта может включать обеспечение снижающего трение сополимера и соединение снижающего трение сополимера с водой для образования водной текучей среды. Снижающий трение сополимер может быть представлен в твердой форме, суспендированной в масляной эмульсии сополимера, или в виде компонента водного раствора. Например, в определенных осуществлениях обеспечение снижающим трение сополимером может включать обеспечение масляной эмульсией сополимера, включающей дополнительную воду, несмешивающуюся с водой жидкость, эмульгатор и снижающий трение сополимер.

Для облегчения понимания настоящего изобретения ниже приведены примеры осуществления изобретения, которые не должны рассматриваться как примеры, ограничивающие или определяющие объем изобретения.

Примеры

Испытания снижения трения проводили, используя снижающие трение сополимеры, включающие различные концентрации акриламида и акриловой кислоты. Испытанные снижающие трение сополимеры имели концентрации акриламид/акриловая кислота 70/30, 85/15, 87,5/12,5 и 90/10, как показано в Таблице 3 ниже. Для этой серии испытаний снижающие трение сополимеры были представлены в масляных эмульсиях сополимера. Точные концентрации компонентов в масляных эмульсиях сополимеров, использованных в этом примере, изменялись в зависимости, среди прочего, от используемого снижающего трение сополимера. Состав масляной эмульсии сополимера, который включал снижающий трение сополимер, имеющий массовое отношение акриламида к акриловой кислоте 85/15, показан в Таблице 2 ниже.

Таблица 2 Компонент мас.% Парафиново-нафтеновый органический растворитель 21,1732 Диэтаноламин жирных кислот таллового масла 1,1209 Моноолеат полиоксиэтилен(5)сорбита 0,0722 Моноолеат сорбита 0,3014 Сополимер, включающий акриламид и акриловую кислоту 31,1392 4-Метоксифенол 0,0303 Хлорид аммония 1,6191 Этоксилированные спирты С₁₂-С₁₆ 1,3700 Вода 43,1737 Сумма 100,0

Эти испытания снижения трения проводили в соответствии с методикой, описанной ниже. Для каждого снижающего трение сополимера часть масляной эмульсии сополимера добавляли к пресной воде в количестве примерно 0,5 галлонов на 1000 галлонов и испытывали на снижение давления трения, используя измеритель снижения трения ("СТ-метр"). СТ-метр представлял собой прибор с трубой закрытого контура, разработанный для измерения перепада давления на 5 футовой секции 12 футовой промышленной стальной трубы. Промышленная стальная труба имела внутренний диаметр 0,632 дюйма с шероховатостью стенки 0,00011 фута. СТ-метр состоял из емкости хранения/смешения, соединенной к винтовому насосу с постоянной скоростью, который прокачивал испытуемую текучую среду через магнитный расходомер и затем через испытательные трубы и возвратную линию в емкость хранения/смешения. Для каждого испытания в емкость хранения/смешения добавляли около 10 литров пресной воды. Далее, насос включали для циркуляции пресной воды на период времени, достаточный для заполнения всех труб водой. После заполнения водой трубы насос останавливали. Запускали систему сбора данных и включали насос после примерно 10-15 дополнительных секунд. Система сбора данных измеряла скорость потока, температуру в емкости и перепад давления на 5-ти футовой секции трубы. На примерно 1 минуте испытания в емкость хранения/смешения добавляли желаемое количество масляной эмульсии сополимера, которая включала снижающий трение сополимер. Каждое испытание проводили в течение суммарно около 20 минут с регистрацией расхода, температуры в емкости и перепада давления на 5-ти футовой секции трубы с интервалами в одну секунду. Производительность насоса была около 30 л/мин или 3 объема системы в минуту. В промышленной стальной трубе поток был полностью турбулентным с числом Рейнольдса около 50000.

Данные первой минуты, полученные до добавления масляной эмульсии сополимера, были использованы для проверки показаний прибора и получения базовой линии данных на известной текучей среде. Перепад давления на 5-ти футовой секции трубы для пресной воды был рассчитан из расхода воды и размеров трубы по следующей формуле:

где ΔР_воды представляет рассчитанный перепад давления, ρ - плотность, V - скорость, L - длина, g - гравитационная постоянная и D_h - диаметр трубы. Переменная f была рассчитана в соответствии с формулой для турбулентного потока ниже:

где ε - шероховатость трубы, d - диаметр трубы и N_Re - число Рейнольдса (Shacham, M., Isr. Chem. Eng., 8, 7E (1976)).

После добавления в емкость масляной эмульсии сополимера измеренный перепад давления сравнивали с рассчитанным перепадом давления для воды, чтобы определить % снижения трения ("% СТ"), используя следующее уравнение:

где ΔР_воды - рассчитанный перепад давления для воды и ΔР_{измеренное} - перепад давления после ввода масляной эмульсии сополимера.

Результаты этой серии испытаний показаны в таблице 3 ниже.

Таблица 3   Отношение акриламид/акриловая кислота Измеряемые параметры 70/30 85/15 87,5/12,5 90/10 % СР на 4 мин 65,9 66,3 62,2 57,2 % СР на 9 мин 61,0 56,1 54,3 50,2 % СР на 14 мин 55,2 49,8 50,3 45,2 % СР на 19 мин 50,0 45,8 45,7 41,3 Максимальный % СР 69,7 71,1 70,7 69,7 ΔР_{измеренный}, сумма на 2 мин 92 80 80 88 ΔР_{измеренный}, сумма на 5 мин 208 194 193 222 ΔР_{измеренный}, сумма на 10 мин 424 435 428 509

Максимальное снижение трения и процент снижения трения в различные моменты времени могут быть использованы для сравнения относительной эффективности различных снижающих трение сополимеров. Сумма измеренных перепадов давления также может быть использована для сравнения эффективности различных снижающих трение сополимеров. Более низкая сумма должна представлять более эффективное снижение трения. Начальным временем для этих измерений был момент, когда в емкость хранения/смешения добавляли масляную эмульсию сополимера.

Эти примеры таким образом показывают, что снижающий трение сополимер, включающий менее чем 30% акриловой кислоты, может обеспечить снижение трения, сравнимое или лучшее, чем со снижающим трение сополимером, содержащим 30% акриловой кислоты.

Поэтому настоящее изобретение является хорошо подходящим для достижения упомянутых целей и преимуществ, а также тех, которые присущи ему. Хотя специалистами могут быть сделаны многочисленные изменения, такие изменения охватываются духом изобретения, как он определен прилагаемой формулой изобретения. Термины в формуле изобретения имеют свое прямое обычное значение, если иное не определено недвусмысленно и ясно заявителем.

Изобретение относится к подземным обработкам пласта. Технический результат - повышение эффективности снижения трения. Способ обработки части подземного пласта содержит приготовление водной текучей среды для обработки пласта, содержащей воду и снижающий трение сополимер, состоящий из акриламида в количестве от около 80% до около 90 мас.% и акриловой кислоты в количестве от около 10% до около 20 мас.%, и ввод ее в часть подземного пласта. Способ обработки части подземного пласта содержит приготовление масляной эмульсии сополимера, содержащей воду, несмешиваемую с водой жидкость, эмульгатор и снижающий трение указанный выше сополимер, объединение эмульсии с дополнительной водой для формирования водной текучей среды для обработки пласта, обеспечение инвертирования эмульсии так, чтобы выпускать указанный сополимер в водную текучую среду, и ввод этой среды в часть подземного пласта. Способ обработки части подземного пласта, содержащий приготовление масляной эмульсии сополимера, содержащей воду, несмешиваемую с водой жидкость, содержащую смесь парафиновых углеводородов и нафтеновых углеводородов, эмульгатор, содержащий диэтаноламид жирных кислот таллового масла, моноолеат полиоксиэтилен сорбита и моноолеат сорбита, указанный выше сополимер и соль аммония, 4-метоксифенол и этоксилированный спирт C₁₂-C₁₆, объединение указанной эмульсии с дополнительной водой для формирования водной текучей среды для обработки пласта, обеспечение инвертирования эмульсии так, чтобы выпускать снижающий трение сополимер в указанную среду, и ввод этой среды в часть подземного пласта. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 1 пр., 3 табл.

1. Способ обработки части подземного пласта, содержащий приготовление водной текучей среды для обработки пласта, содержащей воду и снижающий трение сополимер, состоящий из акриламида в количестве от около 80 до около 90 мас.% и акриловой кислоты в количестве от около 10 до около 20 мас.%, и ввод водной текучей среды для обработки пласта в часть подземного пласта.

2. Способ по п.1, в котором снижающий трение сополимер присутствует в водной текучей среде для обработки пласта в количестве от около 0,01 до около 4 мас.%.

3. Способ по п.1, в котором снижающий трение сополимер имеет молекулярный вес от примерно 7500000 до примерно 20000000.

4. Способ по п.1, в котором акриловая кислота присутствует в снижающем трение сополимере в количестве около 12 до около 17 мас.%.

5. Способ по п.1, в котором ввод водной текучей среды для обработки пласта в часть подземного пласта осуществляется со скоростью и под давлением, достаточными для создания или увеличения одной или нескольких трещин в части подземного пласта.

6. Способ по п.1, в котором приготовление водной текучей среды для обработки пласта содержит обеспечение снижающего трение сополимера и его объединение с водой для получения водной текучей среды.

7. Способ по п.6, в котором снижающий трение сополимер представлен в твердом виде, суспендированном в масляной эмульсии сополимера, или в виде компонента водного раствора.

8. Способ по п.6, в котором обеспечение снижающего трение сополимера содержит обеспечение масляной эмульсии сополимера, содержащей дополнительную воду, несмешиваемую с водой жидкость, эмульгатор и снижающий трение сополимер.

9. Способ по п.8, в котором масляная эмульсия сополимера после объединения с водой инвертируется, выпуская снижающий трение сополимер в указанную воду.

10. Способ по п.8, в котором масляная эмульсия сополимера дополнительно содержит, по меньшей мере, одно из следующего: ингибитор, соль или инвертирующий агент.

11. Способ по п.8, в котором масляная эмульсия сополимера дополнительно содержит соль аммония, 4-метоксифенол и этоксилированный спирт C₁₂-C₁₆, несмешивающаяся с водой жидкость содержит смесь парафиновых углеводородов и нафтеновых углеводородов, и эмульгатор содержит диэтаноламид жирных кислот таллового масла, моноолеат полиоксиэтилен сорбита и моноолеат сорбита.

12. Способ по п.1, в котором снижающий трение сополимер присутствует в водной текучей среде для обработки пласта в количестве от 0,025 до 0,1 мас.%.

13. Способ обработки части подземного пласта, содержащий приготовление масляной эмульсии сополимера, содержащей воду, несмешиваемую с водой жидкость, эмульгатор и снижающий трение сополимер, состоящий из акриламида в количестве от около 80 до около 90 мас.% и акриловой кислоты в количестве от около 10 до около 20 мас.%, объединение указанной эмульсии с дополнительной водой для формирования водной текучей среды для обработки пласта, обеспечение инвертирования указанной эмульсии так, чтобы выпускать снижающий трение сополимер в водную текучую среду для обработки пласта, и ввод водной текучей среды для обработки пласта в часть подземного пласта.

14. Способ по п.13, в котором снижающий трение сополимер присутствует в водной текучей среде для обработки пласта в количестве от 0,025 до 0,1 мас.%.

15. Способ по п.13, в котором снижающий трение сополимер имеет молекулярный вес от примерно 7500000 до примерно 20000000.

16. Способ по п.13, в котором акриловая кислота присутствует в снижающем трение сополимере в количестве от около 12% до около 17% от массы снижающего трение сополимера.

17. Способ по п.13, в котором масляная эмульсия сополимера дополнительно содержит соль аммония, 4-метоксифенол и этоксилированный спирт C₁₂-C₁₆, несмешивающаяся с водой жидкость содержит смесь парафиновых углеводородов и нафтеновых углеводородов, и эмульгатор содержит диэтаноламид жирных кислот таллового масла, моноолеат полиоксиэтилен сорбита и моноолеат сорбита.

18. Способ по п.13, в котором ввод водной текучей среды для обработки пласта в часть подземного пласта осуществляется со скоростью и под давлением, достаточными для создания или увеличения одной или нескольких трещин в части подземного пласта.

19. Способ обработки части подземного пласта, содержащий приготовление масляной эмульсии сополимера, содержащей воду, несмешиваемую с водой жидкость, содержащую смесь парафиновых углеводородов и нафтеновых углеводородов, эмульгатор, содержащий диэтаноламид жирных кислот талового масла, моноолеат полиоксиэтилен сорбита и моноолеат сорбита, снижающий трение сополимер, состоящий из акриламида в количестве от около 80 до около 90 мас.% и акриловой кислоты в количестве от около 10 до около 20 мас.%, и соль аммония, 4-метоксифенол и этоксилированный спирт C₁₂-C₁₆, объединение указанной эмульсии с дополнительной водой для формирования водной текучей среды для обработки пласта, обеспечение инвертирования указанной эмульсии так, чтобы выпускать снижающий трение сополимер в водную текучую среду для обработки пласта, и ввод водной текучей среды для обработки пласта в часть подземного пласта.

20. Способ по п.19, в котором снижающий трение сополимер присутствует в водной текучей среде для обработки пласта в количестве от 0,025 до 0,1 мас.%.

21. Способ по п.19, в котором снижающий трение сополимер имеет молекулярный вес от примерно 7500000 до примерно 20000000.

22. Способ по п.19, в котором акриловая кислота присутствует в снижающем трение сополимере в количестве от около 12% до около 17% от массы снижающего трение сополимера.

23. Способ по п.19, в котором ввод водной текучей среды для обработки пласта в часть подземного пласта осуществляется со скоростью и под давлением, достаточными для создания или увеличения одной или нескольких трещин в части подземного пласта.