СОСТАВ ДЛЯ ДЕСТРУКЦИИ СШИТОГО ГЕЛЯ НА ОСНОВЕ ГУАРОВОЙ СМОЛЫ Российский патент 2013 года по МПК C09K8/68 

Изобретение относится к способам и составам для обработки подземных формаций, в частности для разрушения загущенных жидкостей, используемых при воздействии на подземную формацию при гидроразрыве пласта (ГРП).

Во время гидравлического разрыва пласта жидкость, несущая проппант, вводится в скважину под высоким давлением. После превышения пластового давления жидкость ГРП инициирует образование трещины, растущей по мере закачки. Схема операции требует, как правило, достижения заданной вязкости при заполнении трещины, поскольку это влияет на размеры трещины. Проппант остается в произведенной трещине для предотвращения полного смыкания трещины и образования проводящего канала от скважины до несущей формации.

Вязкость геля, связанная с его способностью нести проппант, влияет на геометрию трещины и на потерю жидкости путем фильтрации в пласт. Вязкость жидкости разрыва обычно достигается подбором полимеров, таких как полисахариды. Для дальнейшей модификации вязкости в гель добавляется сшивающий агент.

Удаление жидкости разрыва выполняется путем уменьшения вязкости жидкости до минимума, достаточного для свободного истечения под действием пластового давления и сохранения проппанта в трещине. Уменьшение вязкости геля до начального состояния называется «разрушением» и вызывается соответствующими реагентами-деструкторами.

При ГРП используются жидкости на водорастворимых полимерах различной природы. Из натуральных полимеров наиболее часто применяются галактоманнановые и глюкоманнановые смолы, в частности гуар. Гуаровая смола, обладающая уникальной структурой, широко применяется как загущающий агент в жидкостях ГРП. Применение сшивающих составов позволяет получить жидкости с требуемыми свойствами. Растворы полимеров могут быть сшиты в гели с помощью соединений бора и водорастворимых солей переходных металлов. Скорость сшивки регулируют изменением рН среды, типом и концентрацией сшивающего агента, а при высоких температурах - добавками лигандов, замедляющих процесс сшивки. После окончания ГРП для обеспечения очистки расклинивающей трещины необходимо снизить вязкость полимерной системы. Это снижение достигается за счет введения временного деструктора. В качестве деструкторов применяются пероксиды, кислоты, окислители и энзимы. Неорганические и органические кислоты (серная, уксусная и др.) или эфиры (этилпропионат, бутиллактат, бутилацетат и др.), превращающиеся в кислоту в пластовых условиях, применяют для снижения вязкости гелей. Идеальный деструктор должен вводиться в состав жидкости на поверхности и не оказывать на нее воздействия до снижения давления закачивания, а затем быстро реагировать с гелем, разрушая его без образования осадка. Деструкторы, применяемые в настоящее время, являются малоэффективными (см. С.А.Рябоконь. Технологические жидкости для закачивания и ремонта скважин. Монография. М. 2006 г., с.116-129).

Известен состав для разрушения загущенных жидкостей, содержащих полисахаридный загуститель, выбранный из группы, состоящей из гуара, гидроксипропилилгуара, карбоксиметилгуара, карбоксиметилгидроксилпропилгуара, ксантана, целлюлозы, гидроксиэтилцеллюлозы и карбоксиметилцеллюлозы, включающий окисляющий разрушитель, активатор разрушителя. Окисляющий разрушитель выбран из группы, состоящей из различных пероксидов, в частности персульфатов, перборатов, пероксикарбонатов и других, а активатор разрушителя присутствует в составе обрабатывающей жидкости в количестве от 0,1% до 100% по массе от массы окисляющего агента в составе жидкости ГРП (см. патент РФ №2338872 от 14.05.2004 г.).

Известен также состав для деструкции геля на основе полисахаридов, который включает окислительный компонент органической перекиси, состоящий из гидропероксида кумена, трет-бутил кумил пероксида и других пероксидов и их смесей, а также содержащий слегка растворимую в воде органическую перекись и несмешивающийся с водой неокисляемый органический растворитель. При проведении ГРП смешивают воду, гидратируемый полимер, сшиватель полимера, деструктор, содержащий малорастворимый в воде органический пероксид, и несмешивающийся с водой неокисляемый органический растворитель, после чего сшитый гель закачивают под достаточным для формирования пластовой трещины давлением, при этом деструктор разрушает полимер и образует жидкость, пригодную для откачки. В качестве деструктора используют органические окислители - гидропероксид кумола, дитрет-бутилпероксид и другие или их смеси. Органический растворитель из группы парафиновых масел используют для замедления деструкции полимера (см. патент США №5447199 от 2.07.1993 г.).

Наиболее близким по технической сущности является состав для деструкции сшитого геля на основе полисахарида, в том числе гуаровой смолы, включающий органический пероксид и активатор пероксида - растворимого соединения амина при соотношении последнего к органическому пероксиду от приблизительно 1:1 до приблизительно 20:1, при содержании соединения амина не менее 15% от массы полисахарида (см. патент США №7678745 от 16.03.2010 г.).

Недостатком известного изобретения является неполное разрушение сшитого геля и образование остаточного значительного содержания хлопьевидного осадка, который ухудшает проводимость пласта.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является полное разрушение сшитого геля без образования хлопьевидного осадка.

Указанный результат достигается тем, что состав для деструкции сшитого геля на основе гуаровой смолы, включающий органический пероксид и активатор пероксида, содержит в качестве активатора пероксида сложный эфир карбоновой кислоты с числом атомов углерода 2-8 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

органический пероксид 51-70 сложный эфир 30-49

при содержании активатора пероксида, составляющем 2-14% от массы гуаровой смолы.

В заявленном составе возможно использование различных сложных эфиров карбоновой кислоты с числом углеродных атомов от 2 до 8, причем спиртовая часть эфира - одно- или многоатомная. Органические пероксиды выбирают из ряда: трет-бутилбензоил пероксид, дитрет-бутилпероксид, трет-бутил гидропероксид, кумил гидропероксид, трет-бутил кумил гидроперокид, дикумил пероксид, 2,2-ди-(трет-бутил перокси) бутан, трет-амил гидропероксид, перекись бензоила, другие перекиси, гидроперекиси и их смеси.

Состав действует следующим образом: органическая перекись вызывает деструкцию полимерного загустителя, разрывая межуглеродные связи. Эфир органической кислоты подвергается гидролизу, ускоряемому при нагревании, с образованием органической кислоты, повышая кислотность жидкости ГРП. Для гидратированной гуаровой смолы, сшитой боратными системами, происходит разрушение трехмерной структуры сшитого геля в кислой и нейтральной среде до линейного геля с низкой вязкостью за счет сведения к минимуму концентрации сшивающего агента [В(ОН)₄]^-. Невысокая скорость образования свободной кислоты обусловлена незначительной скоростью гидролиза эфира, таким образом, основное кислотное воздействие осуществляется на остаточные структуры сшитого геля после его окислительного разрушения, не изменяя свойств состава жидкости ГРП (гидроразрыва пласта) в течение длительного времени, достаточного для выполнения работы. Жидкая форма состава обуславливает равномерное его распределение при закачке во всем объеме жидкости ГРП, что благоприятно сказывается на разрушении фильтрационной корки, образующейся в результате фильтрации жидкости ГРП внутрь пласта через стенки трещины. Экспериментально определено, что для достижения нужного уровня кислотности необходимо наличие в составе не менее 51 масс.% и не более 70 масс.% пероксида и не менее 30 масс.% и не более 49 масс.% сложного эфира. Эфиры карбоновой кислоты, содержащей больше 8 атомов углерода, имеют недостаточные скорости омыления и малую растворимость в жидкости ГРП и фактически исключаются из химических процессов деструкции. Число атомов углерода меньше 2, наоборот, ускоряет процесс деструкции геля до неприемлемого уровня.

Группа органических пероксидов и гидропероксидов отвечает требованию стабильности при хранении, а также высокой энергии активации, обеспечивая температуру действия композиции в пределах 60-120°С.

Заявляемое изобретение поясняется примерами, приведенными ниже, а графики зависимостей представлены на иллюстрациях (ил.) 1-10 в Приложении.

Пример 1

Распускают 3,6 г гуаровой смолы в 1 кг дистиллированой воды, добавляется 1 г композиции, содержащей 70 масс.% трет-бутилбензоил пероксида и 30% масс. бутилацетата (с числом углеродных атомов спиртового остатка, равным 4, и содержанием эфира 8,33% от массы смолы). Вносят боратный сшиватель ForeBC-9В на водной основе из расчета 1,5 л/м³ (1,5 мл), активно перемешивают. Порцию полученного сшитого геля помещают в чашку вискозиметра Brookfield PVS и определяют зависимость изменения вязкости геля от времени при 60°С. Деструкция геля до вязкости 20 сПз происходит за 45 минут. График зависимости представлен в Приложении на ил. 1. Разрушение геля полное, содержание хлопьевидного осадка не наблюдается.

Примеры 2-10

Приготовление сшитого геля ведут аналогично примеру 1. Распускают заданное количество гуаровой смолы (ForeFWG-7F) в 1 кг дистиллированой воды, добавляют указанное количество состава для деструкции сшитого геля. Вносят боратный сшиватель (сшиватель ForeBC-9В представляет собой боратный сшиватель на водной основе, сшиватель ForeBC-D2 представляет собой боратный сшиватель на дизельной основе), активно перемешивают. Порцию полученного сшитого геля помещают в чашку вискозиметра Brookfield PVS и определяют зависимость изменения вязкости геля от времени до вязкости 20-30 сПз. Температуру эксперимента выбирают исходя из свойств (температура разложения) и соотношения компонентов, входящих в состав для деструкции сшитого геля, а также полученного технологического задания. Время деструкции геля до 20-30 сПз является величиной, зависимой от количества исходных компонентов сшитого геля, количества деструктора и их состава, температуры эксперимента. Количество гуаровой смолы, наименование и количество боратного сшивателя, количество и состав композиции для деструкции сшитого геля, температура эксперимента, время деструкции геля до 20-30 сПз указаны в таблице 1. Графики зависимости представлены в Приложении на ил. 2-10. Разрушение геля полное, содержание хлопьевидного осадка не наблюдается.

Пример 11

Для количественной оценки массы остатка после деструкции готовят гель на основе гуаровой смолы, сшитый боратным сшивателем в количестве 400 г. К 200 г одной порции сшитого геля добавляют брейкер, аналогичный описанному в прототипе (проба 1), к 200 г второй порции добавляют чистый трет-бутилбензоил пероксид (проба 2). Оба образца выдерживают при 85°С в течение 12 часов, после чего образцы отфильтровывают на сетке 200 меш. Среднее количество хлопьевидного остатка в пробе 1 составило 2,0642 г от массы исходного геля. Образец геля с чистым пероксидом разложился недостаточно и имел значительную вязкость (120 сПз), недостаточно низкую для фильтрации через мелкую сетку.

Приведенные выше примеры демонстрируют решение поставленной технической задачи, а именно полного разрушения сшитого геля без образования хлопьевидного осадка, при условии использования деструктора сшитого геля на основе гуаровой смолы, состоящего из органического пероксида в количестве от 51 до 70 масс.% (гр.5, 6) и сложного эфира карбоновой кислоты с числом атомов углерода 2-8 в количестве от 30 до 49 масс.% (гр.7, 8). Причем содержание активатора пероксида (сложного эфира) составляет 2-14% от массы гуаровой смолы (гр.9).

Изобретение относится к способам и составам для обработки подземных формаций, в частности для разрушения загущенных жидкостей, используемых при воздействии на подземную формацию при гидроразрыве пласта (ГРП). Состав для деструкции сшитого геля на основе гуаровой смолы включает органический пероксид и активатор пероксида сложный эфир карбоновой кислоты с числом атомов углерода 2-8 при следующем соотношении компонентов, масс.%: органический пероксид 51-70; сложный эфир 30-49 и содержании активатора пероксида, составляющем 2-14% от массы гуаровой смолы. Технический результат - обеспечение полного разрушения геля без образования хлопьевидного осадка. 11 пр., 1 табл., 3 ил.

Состав для деструкции сшитого геля на основе гуаровой смолы, включающий органический пероксид и активатор пероксида, отличающийся тем, что он содержит в качестве активатора пероксида сложный эфир карбоновой кислоты с числом атомов углерода 2-8 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
органический пероксид 51-70 сложный эфир 30-49,