СТАБИЛИЗИРУЮЩИЕ ЭМУЛЬСИЮ АГЕНТЫ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В ТЕКУЧИХ СРЕДАХ ДЛЯ БУРЕНИЯ И ЗАКАНЧИВАНИЯ СКВАЖИН Российский патент 2013 года по МПК C09K8/36 E21B21/14 E21B43/22 

Уровень техники

Настоящее изобретение относится к эмульсиям и способам применения таких эмульсий. Конкретнее, настоящее изобретение относится к стабилизирующим эмульсию агентам и их применению в подземных работах.

Эмульсии обычно включают две несмешивающиеся фазы. Две несмешивающиеся фазы могут включать непрерывную (или внешнюю фазу) и дисперсную (или внутреннюю) фазу. Дисперсная фаза может включать вторичную текучую среду, которая обычно существует в виде капелек в непрерывной фазе. Двумя типами эмульсий являются “масло в воде” и “вода в масле”. Эмульсии “масло в воде” обычно включают текучую среду, по меньшей мере частично несмешивающуюся с маслянистой текучей средой, (обычно текучую среду на водной основе) в качестве непрерывной фазы и маслянистую текучую среду в качестве дисперсной фазы. Эмульсии “вода в масле” представляют собой противоположную систему, имеющую маслянистую текучую среду в качестве непрерывной фазы и текучую среду, по меньшей мере частично несмешивающуюся с маслянистой текучей средой, (обычно текучую среду на водной основе) в качестве дисперсной фазы. Эмульсии “вода в масле” также могут быть названы “обратными эмульсиями”.

Такие эмульсии применяются в различных областях приложения, относящихся к нефти и газу. Например, эмульсии могут быть использованы в нефтяной и газовой промышленности в работах по подземной обработке, включающих операции бурения, добычи и заканчивания. Обратные эмульсии могут быть использованы, поскольку обрабатывающие текучие среды на маслянистой основе (также известные как буровые растворы) в некоторых ситуациях могут иметь требуемые рабочие характеристики в сопоставлении с буровыми растворами на водной основе, например, когда в скважине имеется обилие реагирующих с водой материалов. Данные рабочие характеристики могут включать, например, лучшее смазывание бурильных колонн и скважинных снарядов, формирование более разжиженной фильтрационной корки и лучшую стабильность ствола.

Эмульсия типа “вода в масле”, которая не имеет эмульгатора способного стабилизировать текучую среду, которая является по меньшей мере частично несмешивающейся с маслянистой текучей средой, типично будет подвергаться процессам естественной деградации, таким как слияние капелек и Оствальдовское созревание, до тех пор пока две фазы, которые являются по меньшей мере частично несмешивающимися, не разделятся и эмульсия не прекратит свое существование. Работа с нестабильной обратной эмульсии может создавать проблемы, поскольку, если эмульсия дестабилизируется, она может не иметь стабильных, надежных свойств. Данная проблема может усугубляться физическими силами, такими как тепловой, механической и химической стресс, действию которых может подвергаться эмульсия, при ее использовании в подземных работах. Стабилизирующие эмульсию агенты, иногда называемые эмульгаторами, могут быть полезны для использования в эмульсиях в качестве стабилизаторов, в особенности когда они применяются в подземных работах. Термин “стабилизирующий эмульсию агент” или эмульгатор, использованный здесь, может относиться к любому соединению способному снижать межфазное натяжение между маслянистой текучей средой и текучей средой, по меньшей мере частично несмешивающейся с маслянистой текучей средой.

Некоторые традиционные стабилизирующие эмульсию агенты основаны на поверхностно-активных веществах. Стабилизирующие эмульсию агенты на основе поверхностно-активных веществ обычно включают гидрофобную часть, которая взаимодействует с масляной фазой, и гидрофильную часть, которая взаимодействует с немасляной фазой. Данные взаимодействия обычно уменьшают поверхностное натяжение границы раздела между водной капелькой и маслом, что может замедлять естественную тенденцию к разделению двух несмешивающихся фаз.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение относится к эмульсиям и способам применения таких эмульсий. Конкретнее, настоящее изобретение относится к стабилизирующим эмульсию агентам и их применению в подземных работах.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения предоставлена композиция стабилизированной эмульсии, включающая маслянистую текучую среду, текучую среду, которая является по меньшей мере частично несмешивающейся с маслянистой текучей средой, и стабилизирующий эмульсию агент, в которой стабилизирующий эмульсию агент включает первое ионное соединение, растворимое в маслянистой текучей среде или текучей среде, которая является по меньшей мере частично несмешивающейся с маслянистой текучей средой, и второе ионное соединение с зарядом противоположного знака относительно первого ионного соединения, которое по меньшей мере частично растворимо в противоположной текучей среде как первое ионное соединение.

В одном варианте осуществления первое ионное соединение, второе ионное соединение или оба включают ионное поверхностно-активное вещество.

В одном варианте осуществления первое ионное соединение, второе ионное или оба включают ионный полиэлектролит.

В одном варианте осуществления одно из первого ионного соединения и второго ионного соединения включает ионное поверхностно-активное вещество, а другое из первого ионного соединения и второго ионного соединения включает ионный полиэлектролит.

В одном варианте осуществления ионное поверхностно-активное вещество включает анионное поверхностно-активное вещество.

В одном варианте осуществления анионное поверхностно-активное вещество включает по меньшей мере одно соединение, выбранное из группы, состоящей из алкилкарбоксилата, алкилэфиркарбоксилата, N-ациламинокислоты, N-ацилглутамата, N-ацилполипептида, алкилбензолсульфоната, парафинового сульфоната, α-олефинсульфоната, лигносульфата, производного сульфосукцината, полинафтилметилсульфоната, алкилсульфата, алкилэфирсульфата, моноалкилфосфата, полиалкилфосфата, жирной кислоты, соли кислоты и щелочного металла, соли жирной кислоты и щелочного металла, щелочной соли кислоты, натриевой соли кислоты, натриевой соли жирной кислоты, алкилэтоксилата, мыла, их сочетания и их производного.

В одном варианте осуществления ионное поверхностно-активное вещество включает катионное поверхностно-активное вещество.

В одном варианте осуществления катионное поверхностно-активное вещество включает по меньшей мере одно соединение, выбранное из группы, состоящей из алкиламина, соли алкиламина, соли четвертичного аммония, соли этоксилированного четвертичного аммония, аминоксида, алкилтриметиламина, триэтиламина, алкилдиметилбензиламина, их производного и их сочетания.

В одном варианте осуществления ионный полиэлектролит включает анионный полиэлектролит.

В одном варианте осуществления анионный полиэлектролит включает по меньшей мере одно соединение, выбранное из группы, состоящей из полимера или сополимера, включающего карбоксилатную группу, сульфонатную группу, фосфатную группу, фосфонатную группу, акрилатного мономера, метакрилатный мономер, стиролкарбоксилат, винилсульфонат, 2-акриламин-2-метилпропилсульфонат, 3-акриламид-3-метилбутаноат, соль яблочной кислоты, полиакриловую кислоту, частично гидрированный полиакриламид, карбоксиметилцеллюлозу, целлюлозу, модифицированну анионной функциональной группой, полисахарид, модифицированный анионной функциональной группой, галактоманнан, модифицированный анионной функциональной группой, их производное и их сочетание.

В одном варианте осуществления ионный полиэлектролит включает катионный полиэлектролит.

В одном варианте осуществления катионный полиэлектролит включает по меньшей мере одно соединение, выбранное из группы, состоящей из полиэтиленимина, полиамидамина, полиамина, винилбензилтриметиламмонийхлорида, диметилдиаллиламмонийхлорида, 3-акриламидо-3-метилбутилтриметиламмонийхлорида, поливинилпирролидона, хитозана, модифицированного катионной функциональной группой, желатина, модифицированного катионной функциональной группой, галактоманнана, модифицированного катионной функциональной группой, целлюлозы, модифицированной катионной функциональной группой, их производного и их сочетания.

В одном варианте осуществления маслянистая текучая среда включает по меньшей мере одну текучую среду, выбранную из группы, состоящей из дизельного масла, сырой нефти, парафинового масла, минерального масла, минерального масла низкой токсичности, олефина, сложного эфира, амида, амина, полиолефина, полидиорганосилоксана, силоксана, органосилоксана, простого эфира, ацеталя, диалкилкарбоната, углеводорода, их производного и их сочетания.

В одном варианте осуществления текучая среда, которая является по меньшей мере частично несмешивающейся с маслянистой текучей средой, включает по меньшей мере одну текучую среду, выбранную из группы, состоящей из глицерина, гликоля, полигликольамина, полиола, пресной воды, морской воды, соленой воды, рассола, их производного и их сочетания.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предоставлен способ, включающий получение композиции стабилизированной эмульсии, сформированной объединением компонентов, которые включают маслянистую текучую среду, текучую среду, которая является по меньшей мере частично несмешивающейся с маслянистой текучей средой, и стабилизирующий эмульсию агент, в которой стабилизирующий эмульсию агент включает первое ионное соединение, растворимое в маслянистой текучей среде или текучей среде, которая является по меньшей мере частично несмешивающейся с маслянистой текучей средой, и второе ионное соединение с зарядом противоположного знака относительно первого ионного соединения, которое по меньшей мере частично растворимо в противоположной текучей среде как первое ионное соединение, и помещение композиции стабилизированной эмульсии в подземный пласт в виде части подземных работ. Композиция стабилизированной эмульсии может включать один или более из вариантов осуществления, описанных выше.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предоставлен способ, включающий получение композиции стабилизированной эмульсии, включающей маслянистую текучую среду, текучую среду, которая является по меньшей мере частично несмешивающейся с маслянистой текучей средой, и стабилизирующий эмульсию агент, в которой стабилизирующий эмульсию агент включает первое ионное соединение, растворимое в маслянистой текучей среде или текучей среде, которая является по меньшей мере частично несмешивающейся с маслянистой текучей средой, и второе ионное соединение с зарядом противоположного знака относительно первого ионного соединения, которое по меньшей мере частично растворимо в противоположной текучей среде как первое ионное соединение, и бурение скважины в подземном пласте с использованием композиции стабилизированной эмульсии. Композиция стабилизированной эмульсии может включать один или более из вариантов осуществления, описанных выше.

Еще один другой аспект настоящего изобретения включает способ получения композиции стабилизированной эмульсии, включающий получение маслянистой текучей среды; получение текучей среды, которая является по меньшей мере частично несмешивающейся с маслянистой текучей средой; получение стабилизирующего эмульсию агента, где стабилизирующий эмульсию агент включает первое ионное соединение, растворимое в маслянистой текучей среде или текучей среде, которая является по меньшей мере частично несмешивающейся с маслянистой текучей средой, и второе ионное соединение с зарядом противоположного знака относительно первого ионного соединения, которое по меньшей мере частично растворимо в противоположной текучей среде как первое ионное соединение; и объединение маслянистой текучей среды, текучей среды, которая является по меньшей мере частично несмешивающейся с маслянистой текучей средой, и стабилизирующего эмульсию агента с формированием композиции стабилизированной эмульсии. Композиция стабилизированной эмульсии может включать один или более из вариантов осуществления, описанных выше.

Признаки и преимущества настоящего изобретения будут очевидны специалистам в данной области. В то время как специалистами в данной области могут быть внесены многочисленные изменения, такие изменения входят в объем изобретения.

Описание предпочтительных вариантов осуществления

Настоящее изобретение относится к эмульсиям и способам применения таких эмульсий. Конкретнее, настоящее изобретение относится к стабилизирующим эмульсию агентам и их применению в подземных работах.

Хотя настоящее изобретение имеет много преимуществ, лишь некоторые раскрыты в данной заявке. Стабилизирующие эмульсию агенты, предоставляемые настоящим изобретением, могут обеспечивать преимущество, поскольку предполагается, что электростатические взаимодействия молекул могут служить закреплению поверхностно-активных веществ на поверхности раздела между двумя фазами, присутствующими в эмульсии или в обратной эмульсии, потенциально приводя к повышению концентрации поверхностно-активного вещества или полиэлектролита на поверхности раздела. Результатом этого может быть улучшенная стабильность эмульсии и возможность применения относительно малого количества стабилизирующего эмульсию агента для получения стабильной эмульсии.

Настоящее изобретение предоставляет стабилизирующие эмульсию агенты, которые включают пару заряженных поверхностно-активных или полиэлектролитных соединений противоположного заряда. Стабилизирующие эмульсию агенты настоящего изобретения могут быть с выгодой использованы, чтобы стабилизировать эмульсионные композиции. Такие эмульсионные композиции, которые включают стабилизирующие эмульсию агенты настоящего изобретения, могут именоваться в данной заявке как “композиции стабилизированной эмульсии” настоящего изобретения. Данные композиции стабилизированной эмульсии формируют объединением компонентов, которые включают маслянистую текучую среду, текучую среду, которая является по меньшей мере частично несмешивающейся с маслянистой текучей средой, и стабилизирующий эмульсию агент настоящего изобретения. После смешения данные компоненты могут быть или не могут быть идентифицированы по отдельности в зависимости от сложности использованной методики. Композиции стабилизированной эмульсии могут подходить для применения в разнообразных подземных работах, где подходящими являются эмульсии “масло в воде” или “вода в масле”. Они могут включать подземные работы, включающие интенсифицирующие операции, такие как разрыв пласта и обработки для предотвращения поступления песка в скважину, такие как установка гравийной набивки. Они также могут включать операции бурения и заканчивания скважин. Подходящими также могут являться другие типы подземных работ. Специалисту обычной квалификации в данной области, принимая во внимание эффект данного изобретения, будут понятны другие подходящие области применения данных эмульсионных композиций.

Маслянистая текучая среда, использованная в композициях стабилизированной эмульсии, может включать любые традиционные текучие среды на основе масла, подходящие для применения в эмульсиях. Маслянистые текучие среды могут происходить из природного или синтетического источника. Примеры подходящих маслянистых текучих сред включают дизельные масла, сырые нефти, парафиновые масла, минеральные масла, минеральные масла низкой токсичности, олефины, сложные эфиры, амиды, амины, синтетические масла (такие как полиолефины, полидиорганосилоксаны, силоксаны, органосилоксаны и их сочетания), простые эфиры, ацетали, диалкилкарбонаты, углеводороды и их сочетания. Примеры подходящих маслянистых текучих сред включают текучие среды, коммерчески доступные от Halliburton Energy Services, Inc., Хьюстон, Техас, США, под торговыми наименованиями “ACCOLADE^TM”, базовая текучая среда, представляющая собой обратную эмульсию на основе смеси внутреннего олефина и сложного эфира, “PETROFREE^®”, базовая текучая среда, представляющая собой обратную эмульсию на основе сложного эфира, “PETROFREE^® LV”, базовая текучая среда, представляющая собой обратную эмульсию на основе сложного эфира, и “PETROFREE^® S.F.”, базовая текучая среда, представляющая собой обратную эмульсию на основе внутреннего олефина. Факторы, которые могут определять, какая маслянистая текучая среда будет использована в конкретной области приложения, включают следующие, но не ограничены ими: стоимость и рабочие характеристики маслянистой текучей среды. Дополнительным фактором, который может рассматриваться, является полярность маслянистой текучей среды. Например, дизельные масла обычно более полярны, чем парафиновые масла. Другими факторами, которые могут рассматриваться, являются совместимость с окружающей средой и региональные режимы бурения. Например, при работах в регионе Северного моря предпочтительными могут являться сложный эфир или внутренний олефин (IO). При работах в регионе Мексиканского залива предпочтительным может являться применение “ACCOLADE^TM” или минерального масла низкой токсичности. Специалист в данной области, принимая во внимание эффект данного изобретения, сможет выбрать подходящую маслянистую текучую среду для конкретной области приложения, учитывая данные соображения. В определенных иллюстративных вариантах осуществления настоящего изобретения маслянистая текучая среда может представлять собой сырую нефть.

Эмульсионные композиции настоящего изобретения также включают текучую среду, которая является по меньшей мере частично несмешивающейся с маслянистой текучей средой. Данная частично несмешивающаяся текучая среда может представлять собой немасялную текучую среду, которая является взаимно нерастворимой в выбранной маслянистой текучей среде. Подходящие примеры частично несмешивающихся текучих сред включают текучие среды на водной основе, глицерин, гликоли, полигликольамины, полиолы, их производные, которые являются частично несмешивающимися с маслянистой текучей средой, и их сочетания. Здесь по определению термин “производное” включает любое соединение, которое получено из одного из перечисленных соединений, например, замещением одного атома в основном соединении другими атомом или группой атомов. Текучие среды на водной основе могут включать следующие, но не ограничены ими: пресную воду, морскую воду, соленую воду и рассолы (например, насыщенные солевые растворы в воде). С эмульсиями настоящего изобретения может быть использован любой рассол, который не оказывается отрицательное воздействие на стабилизирующие эмульсию агенты. Специалисту обычной квалификации в данной области будет понятно, что нежелательные взаимодействия могут происходить между некоторыми компонентами некоторых рассолов и парами заряженных поверхностно-активных веществ или полиэлектролитов. Подходящие рассолы могут включать тяжелые рассолы. Тяжелые рассолы в контексте данной заявки включают рассолы, которые могут быть использованы, чтобы увеличить плотность текучей среды, такой как текучая среда для обработки, вместо применения традиционных утяжеляющих агентов. Рассолы могут включать растворимые в H₂O соли. В определенных иллюстративных вариантах осуществления подходящие растворимые в H₂O соли могут включать хлорид натрия, хлорид кальция, бромид кальция, бромид цинка, карбонат калия, формиат натрия, формиат калия, ацетат натрия, ацетат калия, ацетат кальция, ацетат аммония, хлорид аммония, бромид аммония, нитрат натрия, нитрат калия, нитрат аммония, нитрат кальция, карбонат натрия, карбонат калия и их сочетания. В других иллюстративных вариантах осуществления растворимая в H₂O соль может представлять собой любую соль, которая снижает активность водной фазы эмульсии. Факторы, которые определяют какая частично несмешивающаяся текучая среда будет использована в конкретной области приложения, могут включать стоимость, доступность и то, какая маслянистая текучая среда была выбрана. Другим фактором, который может рассматриваться, является область приложения эмульсии. Например, если в области приложения необходима эмульсия с большой плотностью, могут быть выбраны рассолы бромида цинка или хлорида кальция. Специалист в данной области, принимая во внимание эффект данного изобретения, учитывая данные соображения, сможет выбрать особенно подходящую частично несмешивающуюся текучую среду для конкретной области приложения.

Как отмечено выше, композиции стабилизированной эмульсии настоящего изобретения также включают стабилизирующий эмульсию агент настоящего изобретения. Стабилизирующие эмульсию агенты включают по меньшей мере пару соединений, которая может, в общем, включать две молекулы поверхностно-активных веществ, молекулы полиэлектролитов или любое их сочетание, которые имеют противоположные заряды, которые могут иметь или могут не иметь одинаковую величину. В общем, члены пары будут либо катионными, либо анионными. Заряд в одном или в обоих соединениях может возникать из одной или более ионных функциональных групп. Использованный здесь термин “ионный” или “ионная функциональная группа” может относиться к любому соединению, способному нести по меньшей мере частичный положительный или отрицательный заряд, либо присущий химической структуре, либо образовавшийся в результате присутствия любых других компонентов в смеси. Такие соединения могут включать ионные группы или соединения, полярные группы или соединения, амфотерные группы или соединения или любой другой тип материала, способного нести или давать заряд. В некоторых вариантах осуществления анионный член пары может быть по меньшей мере частично растворим в маслянистой фазе, тогда как катионный член может быть по меньшей мере частично растворим в текучей среде, которая является по меньшей мере частично несмешивающейся с маслянистой текучей средой. В других вариантах осуществления катионный член пары может быть по меньшей мере частично растворим в маслянистой фазе, тогда как анионный член может быть по меньшей мере частично растворим в текучей среде, которая является по меньшей мере частично несмешивающейся с маслянистой текучей средой. Не ограничиваясь теорией, считается, что электростатические взаимодействия могут происходить на границе раздела между маслянистой фазой и текучей средой, которая является по меньшей мере частично несмешивающейся с маслянистой текучей средой. В то время как каждый член пары стабилизирующего эмульсию агента может быть растворим в одной из фаз, объединенный компонент, сформированный электростатическими взаимодействиями, может быть по меньшей мере частично нерастворим в обеих фазах. Получающаяся в результате пара стабилизирующего эмульсию агента может оставаться на поверхности раздела между фазами, что приводит к улучшению стабильности эмульсии.

В одном варианте осуществления член пары стабилизирующего эмульсию агента может представлять собой поверхностно-активное вещество, которое может нести анионный или катионный заряд. В одном варианте осуществления поверхностно-активное вещество, пригодное для использования со стабилизирующим эмульсию агентом, раскрытым здесь, может включать по меньшей мере одну ионную функциональную группу. Иллюстративные функциональные группы могут включать карбоксилаты, сульфонаты, сульфаты, амины, имины, фосфаты и фосфонаты. Иллюстративные катионные поверхностно-активные вещества могут включать следующие, но не ограничены ими: алкиламины, соли алкиламина, соли четвертичного аммония, соли этоксилированного четвертичного аммония, аминоксиды, алкилтриметиламин, триэтиламин, алкилдиметилбензиламин. Иллюстративные анионные поверхностно-активные вещества могут включать следующие, но не ограничены ими: алкилкарбоксилаты, алкилэфиркарбоксилаты, N-ациламинокислоты, N-ацилглутаматы, N-ацилполипептиды, алкилбензолсульфонаты, парафиновые сульфонаты, α-олефинсульфонаты, лигносульфаты, производные сульфосукцинатов, полинафтилметилсульфонаты, алкилсульфаты, алкилэфирсульфаты, моноалкилфосфаты, полиалкилфосфаты, жирные кислоты, соли кислот и щелочного металла, соли жирных кислот и щелочного металла, щелочные соли кислот, натриевые соли кислот, натриевые соли жирной кислоты, алкилэтоксилат и мыла. Специалист обычной квалификации в данной области смог бы определить фазу, к которой следовало бы добавить ионное поверхностно-активное вещество, и такое решение может основываться с учетом композиции каждой фазы в эмульсии, растворимости компонента в каждой фазе, рабочих условий (например, температуры) и любых добавок, присутствующих в каждой фазе (например, солей). Например, анионные поверхностно-активные вещества могут реагировать с любым кальцием, присутствующим в текучей среде, которая является по меньшей мере частично несмешивающейся с маслянистой текучей средой, с формированием соединений, которые могут не являться эффективными стабилизаторами. В связи с этим, любой специалист обычной квалификации в данной области может избежать применения анионных поверхностно-активных веществ в текучей среде, которая является по меньшей мере частично несмешивающейся с маслянистой текучей средой, если присутствуют ионы кальция.

В одном варианте осуществления член пары стабилизирующего эмульсию агента может представлять собой полиэлектролит, который может нести анионный или катионный заряд. Использованный здесь полиэлектролит может представлять собой полимер, повторяющиеся звенья которого включают электролитную группу. Данные группы могут диссоциировать в растворах, включающих водную текучую среду, позволяя полимерам в некоторой степени нести формальный заряд. Например, может быть получен полимер, который содержит анионный мономер, чтобы придать анионный характер молекуле. Иллюстративные анионные полиэлектролиты включают следующие, но не ограничены ими: полимеры или сополимеры, производные от анионных мономеров, содержащих карбоксилаты, сульфонаты, фосфаты, фосфонаты, от акрилатных мономеров, метакрилата, 2-акриламин-2-метилпропилсульфоната, 3-акриламид-3-метилбутаноата, стиролкарбоксилата, винилсульфоната, солей яблочной кислоты, полиакриловую кислоту (PAA), частично гидрированный полиакриламид (PHPA), карбоксиметилцеллюлозу, производные целлюлозы, полисахариды (например, ксантан, аравийская камедь) и галактоманнаны, модифицированные анионными функциональными группами. Неионогенные мономеры могут быть включены в данные соединения, например, как в случае сополимера анионного мономера и нейтрального мономера. Иллюстративные катионные полиэлектролиты включают следующие, но не ограничены ими: полимеры или сополимеры, включающие катионные группы, такие как имины, амины, и сополимеры с нейтральными мономерами. Конкретные примеры могут включать следующие, но не ограничены ими: полиэтиленимин, полиамидамин, полиамины, винилбензилтриметиламмонийхлорид, диметилдиаллиламмонийхлорид, 3-акриламидо-3-метилбутилтриметиламмонийхлорид и поливинилпирролидон. Например, полимеры, включающие хитозаны, желатины, галактоманнаны и целлюлозу, могут быть модифицированы катионными мономерами с формированием катионных полиэлектролитов. Полиэлектролиты, пригодные для применения со стабилизирующими эмульсию агентами, раскрытыми здесь, могут быть получены любым способом, известным специалисту обычной квалификации в данной области.

В одном варианте осуществления стабилизирующий эмульсию агент может быть добавлен к композиции стабилизированной эмульсии в любом количестве, способном стабилизировать эмульсию в желаемой степени. Пара стабилизирующего эмульсию агента может быть добавлена, основываясь на зарядовом балансе. Например, если анионный член пары стабилизирующего эмульсию агента несет формальный заряд, равный двукратному заряду катионного члена пары стабилизирующего эмульсию агента, то анионный член пары стабилизирующего эмульсию агента может быть добавлен в количестве, равном половине общего количества катионного члена пары стабилизирующего эмульсию агента в расчете на моль. В других вариантах осуществления члены пары стабилизирующего эмульсию агента могут быть добавлены в соотношении, не связанном с зарядом на членах пары стабилизирующего эмульсию агента. Например, если ожидается, что один член пары может взаимодействовать с другими компонентами стабилизированной эмульсии, то может быть добавлено большее или меньшее количество такого члена пары, чтобы компенсировать данное взаимодействие. В одном варианте осуществления стабилизирующий эмульсию агент может быть добавлен к композиции стабилизированной эмульсии в количестве в диапазоне от примерно 0,1 фунта на баррель (фунт/баррель) до примерно 12 фунтов/баррель (от примерно 0,29 кг/м³ до примерно 34 кг/м³) композиции стабилизированной эмульсии. В другом варианте осуществления стабилизирующий эмульсию агент может быть добавлен к композиции стабилизированной эмульсии в количестве в диапазоне от примерно 0,25 фунта/баррель до примерно 4 фунтов/баррель (от примерно 0,71 кг/м³ до примерно 11 кг/м³) композиции стабилизированной эмульсии.

Композиции стабилизированной эмульсии настоящего изобретения могут не обязательно содержать разнообразные добавки. Примеры добавок, подходящих для применения в стабилизированных эмульсиях, могут включать следующие, но не ограничены ими: твердые материалы, утяжеляющие агенты, инертные твердые материалы, агенты контроля потери текучей среды, эмульгаторы, соли, агенты улучшения диспергирования, ингибиторы коррозии, разжижители эмульсии, загустители эмульсии, агенты повышения вязкости и любое их сочетание.

В некоторых вариантах осуществления утяжеляющий агент может быть использован, чтобы повысить плотность стабилизированной эмульсии. Утяжеляющие агенты, которые служат повышению плотности стабилизированных эмульсий, могут представлять собой любые твердые материалы, известные специалистам в данной области как подходящие для такой цели, которые не взаимодействуют негативным образом с композицией стабилизирующего эмульсию агента. Примеры утяжеляющих агентов могут включать следующие, но не ограничены ими: барит, кальцит, ильменит, муллит, галенит, оксиды марганца, оксиды железа, смеси данных агентов и тому подобное. Например, добавка на основе молотого сульфата бария, имеющая торговое наименование BAROID^®, доступная от Halliburton Energy Services, Inc., Хьюстон, Техас, США, может быть использована в качестве утяжеляющего агента. Утяжеляющий материал, типично, может быть добавлен, чтобы изменить плотность стабилизированной эмульсии. Плотность текучей среды может составлять менее примерно 20 (примерно 2400 кг/м³) или менее примерно 15 (примерно 1800 кг/м³) или, альтернативно, менее примерно 10 фунтов на галлон (примерно 1200 кг/м³). Специалист обычной квалификации в данной области смог бы определить количество утяжеляющего агента, которое необходимо добавить, что получить стабилизированную эмульсию желаемой плотности.

В одном варианте осуществления стабилизированная эмульсия может включать добавки для контроля потери текучей среды, эмульгаторы или оба типа. Агенты контроля потери текучей среды, такие как модифицированный лигнит, полимеры, окисленный асфальт и гильсонит, могут быть также добавлены к стабилизированной эмульсии. Обычно такие агенты контроля потери текучей среды могут быть использованы в количестве, которое составляет по меньшей мере примерно 0,1, по меньшей мере примерно 1 или по меньшей мере примерно 5% масс. всей текучей среды. Например, добавка, имеющая торговое наименование ADAPTA^TM, доступная от Halliburton Energy Services, Inc., Хьюстон, Техас, США, может быть использована в качестве добавки для контроля потери текучей среды. Также может быть использована щелочь, предпочтительно известь (гидроксид кальция или оксид кальция), что связать или прореагировать с кислыми газами (например, CO₂ и H₂S), встречающимися в ходе бурения в пласте, при условии, что щелочь не оказывает отрицательное воздействие на стабилизирующие эмульсию агенты, раскрытые здесь. Количество свободной извести в текучей среде для бурения может находиться в диапазоне от примерно 1 до примерно 10 фунтов/баррель (от примерно 2,9 кг/м³ до примерно 29 кг/м³) или, более предпочтительно, от примерно 1 до примерно 4 фунтов/баррель (от примерно 2,9 кг/м³ до примерно 11 кг/м³), хотя меньшие диапазоны, такие как менее примерно 2 фунтов/баррель (примерно 5,7 кг/м³) являются предпочтительными для определенных сложных эфиров, которые склонны гидролизоваться в присутствии щелочных соединений, как будет понятно специалистам в данной области. Другие подходящие агенты в качестве альтернативы извести также могут быть использованы, чтобы адаптировать и/или стабилизировать эмульсии по отношению к кислотам.

Различные дополнительные поверхностно-активные вещества и смачивающие агенты, обычно используемые в эмульсиях, необязательно могут быть включены в стабилизированные эмульсии. Такие поверхностно-активные вещества могут представлять собой, например, жирные кислоты, мыла жирных кислот, амидоамины, полиамиды, полиамины, производные имидазолина, окисленное сырое талловое масло, органические сложные фосфатные эфиры, алкилароматические сульфаты и сульфонаты, а также смеси вышеназванных. В общем, такие поверхностно-активные вещества могут быть применены в количестве, которое не оказывает отрицательное воздействие на применение стабилизированных эмульсий. Например, поверхностно-активные вещества или увлажняющие агенты могут быть использованы в количестве, которое не оказывает отрицательное воздействие на способность стабилизированной эмульсии действовать в качестве текучей среды для бурения или текучей среды для вскрытия пласта и удалять выбуренный материал из скважины.

Дополнительно, к стабилизированной эмульсии могут быть добавлены или смешаны со стабилизированной эмульсией другие текучие среды или материалы. Такие материалы могут включать, например, добавки для снижения или контроля температуры, влияющей на реологию, или для обеспечения разжижения, такие как, например, добавки, имеющие торговые наименования COLDTROL^®, RHEMOD^TM L, ATC^® и OMC 2^TM; добавки для обеспечения временно повышенной вязкости для транспортировки (транспорт к месту расположения скважины) и для применения при промывках скважины, такие как, например, добавка, имеющая торговое наименование TEMPERUS^TM (модифицированная жирная кислота); добавки для создания пробок в пористой породе, такие как, например, добавки, имеющие торговые наименования BARACARB^® 50; добавки для контроля фильтрации при высокой температуре и высоком давлении (HTHP FILTRATE) и стабильности эмульсии, такие как, например, добавки, имеющие торговое наименование FACTANT^TM (высококонцентрированное производное талового масла); и дополнительные добавки для эмульгирования, такие как, например, добавки, имеющие торговые наименования EZ MUL^TM NT или LE SUPERMUL^TM (полиаминированные жирные кислоты). Смеси разжижителей, таких как OMC 2^TM, COLDTROL^® и ATC^®, также могут являться эффективными в стабилизированных эмульсиях изобретения. Все продукты с вышеупомянутыми торговыми наименованиями доступны от Halliburton Energy Services, Inc., Хьюстон, Техас, США.

Агенты увеличения вязкости необязательно могут быть использованы в стабилизированных эмульсиях настоящего изобретения. Обычно, могут быть использованы агенты увеличения вязкости, такие как масло и водорастворимые полимеры, полиамидные смолы, поликарбоновые кислоты и мыла жирных кислот. Количество агента увеличения вязкости, использованного в композиции, будет неизбежно изменяться в зависимости от конечного применения композиции. Обычно такие агенты увеличения вязкости применяют в количестве, которое составляет по меньшей мере примерно 0,1, по меньшей мере примерно 2 или по меньшей мере примерно 5% масс. всей композиции. Например, в качестве агента увеличения вязкости могут быть использованы TAU-MOD^TM или BARAZAN^® D PLUS, оба доступные от Halliburton Energy Services, Inc., Хьюстон, Техас, США.

Также дополнительно могут быть использованы агенты улучшения диспергирования, ингибиторы коррозии и/или пеногасители. Эти и другие подходящие вспомогательные материалы и добавки применяются в количествах, известных специалистам в данной области, в зависимости от условий конкретной скважины и подземного пласта.

В общем, стабилизированные эмульсии настоящего изобретения могут быть сформированы с использованием любой технологии, известной в данной области. Например, компоненты могут быть смешаны в любом порядке в условиях взбалтывания. Иллюстративный способ получения стабилизированной эмульсии может включать смешение подходящего количества текучей среды, которая является по меньшей мере частично нерастворимой в маслянистой текучей среде, и подходящего количества стабилизирующего эмульсию агента и любых необязательных добавок в ходе непрерывного, мягкого встряхивания. Маслянистая текучая среда может быть затем добавлена во время смешения пока не сформируется стабилизированная эмульсия. Если необходимо добавить утяжеляющие агенты, такие как описанные выше, то утяжеляющие агенты типично добавляют после формирования стабилизированной эмульсии. Альтернативно, стабилизированные эмульсии настоящего изобретения могут быть получены просто добавлением стабилизирующего эмульсию агента к имеющемуся запасу текучей среды для бурения. Эффективность данной обработки может зависеть от составляющих текучей среды.

Примером способа настоящего изобретения является способ обработки подземного пласта, включающий стадии получения текучей среды для обработки, включающей стабилизированную эмульсию, включающую маслянистую текучую среду, текучую среду, которая является по меньшей мере частично несмешивающейся с маслянистой текучей средой, и стабилизирующий эмульсию агент; и обработки подземного пласта. В определенных иллюстративных вариантах осуществления настоящего изобретения способ обработки подземного пласта включает операцию закачивания скважины или операцию бурения. В других иллюстративных вариантах осуществления настоящего изобретения способ обработки подземного пласта включает операцию интенсификации. Примеры операций интенсификации настоящего изобретения включают операции разрыва пласта и операции кислотной интенсификации, как матричная кислотная обработка и работы по кислотному разрыву пласта. В других иллюстративных вариантах осуществления настоящего изобретения способ обработки подземного пласта включает операцию по борьбе с поступлением песка, такую как установка гравийной набивки.

Другим примером способа настоящего изобретения является способ бурения скважины в подземном пласте с применением текучей среды для бурения на основе стабилизированной эмульсии, включающей маслянистую текучую среду, текучую среду, которая является по меньшей мере частично несмешивающейся с маслянистой текучей средой, и стабилизирующий эмульсию агент.

Иллюстративным способом настоящего изобретения является способ эмульгирования сырой нефти, включающий стадии получения сырой нефти, текучей среды, которая является по меньшей мере частично несмешивающейся с сырой нефтью, и стабилизующего эмульсию агента; и смешения сырой нефти, текучей среды, которая является по меньшей мере частично несмешивающейся с сырой нефтью, и стабилизующего эмульсию агента, с тем чтобы сформировать стабилизированную эмульсию сырой нефти.

Чтобы способствовать лучшему пониманию настоящего изобретения, даны следующие примеры определенных аспектов некоторых вариантов осуществления. Никоим образом нижеследующие примеры не должны истолковываться как ограничивающие или определяющие объем изобретения.

Примеры

Чтобы продемонстрировать стабилизацию эмульсии стабилизирующими эмульсию агентами, раскрытыми здесь, несколько образцов стабилизированных эмульсий получали и выдерживали в течение различных периодов времени. В данном примере 1,5 фунтов/баррель полиэлектролита (EZ-MUD^® GOLD, доступен от Halliburton Energy Services, Хьюстон, Техас) и 6 фунтов/баррель агента регулирования фильтрации (N-DRIL^® HT PLUS, доступен от Halliburton Energy Services, Хьюстон, Техас) смешивали с солевой водой, содержащей 3% KCl, используя универсальный смеситель, в течение 5 минут с последующим смешением с 1,0 фунтом/баррель гидрофобных поверхностно-активных веществ (октадециламин технического сорта, 90%) в течение дополнительных 5 минут. Дизельное масло прибавляли в количестве 20% общего объема текучей среды и перемешивали в течение дополнительных 30 минут. Полученную смесь подвергали горячему вальцеванию в течение 16 часов при 230°F (110°C) с формированием образца, обозначенного “образец 1”. Вторую порцию текучей среды получали, следуя той же процедуре, и обозначали “образец 2”. Вязкость второй порции текучей среды повышали загустителем (BARAZAN^® D PLUS, доступен от Halliburton Energy Services, Хьюстон, Техас) и подвергали горячему вальцеванию в течение 16 часов. Внешний вид текучей среды показывал от малого до отсутствия фазового разделения спустя 24 часа и 72 часа. Реологические свойства текучих сред с плотностью 8,0 фунтов/галлон показаны в Таблице 1.

Таблица 1 Рецептура и свойства дизельного масла в водной текучей среде Описание Единицы Образец 1 Образец 2 Плотность фунт/галлон (кг/м³) 8,0 (960) 8,0 (960) Вода баррель (м³) 0,789 (0,094) 0,789 (0,094) BARAZAN^® D PLUS фунт (кг) 0 0,5 (0,2) N-DRIL^TM HT PLUS фунт 6 (2,7) 6 (2,7) Смесь эмульгатора фунт 2,5 (1,1) 2,5 (1,1) Дизельное масло баррель 0,199 (0,0316) 0,199 (0,0316) Реологические свойства Горячее вальцевание при 120°F (49°C) ч 0 16 Повторное смешение в универсальном смесителе мин 3 3 Пластическая вязкость сП (грамм/см·секунда) 29 (0,29) 37 (0,37) Предел текучести фунт/100 футов² (кПа) 71 (34) 53 (25) 10 сек гель фунт/100 футов² (кПа) 11 (5,3) 5 (2,4) 10 мин гель фунт/100 футов² (кПа) 14 (6,7) 4 (1,9) Показания вискозиметра Фанн 35 при 120°F (49°C) 600 об/мин 129 127 300 об/мин 100 90 200 об/мин 86 71 100 об/мин 66 46 6 об/мин 18 6 3 об/мин 13 4

Получали образец текучей среды, полученный согласно описанной выше методике, и выдерживали его в течение приблизительно шести недель. Визуальное обследование текучей среды подтверждало, что наблюдалось малое фазовое разделение вплоть до его отсутствия. Данный результат показывает, что эмульсия способна оставаться стабильной в течение продолжительных периодов времени при использовании стабилизирующих эмульсию агентов, раскрытых здесь. Более того, стабильная эмульсия давала возможность отрегулировать вязкость текучей среды с помощью BARAZAN^® D PLUS, что не сопровождается отрицательным воздействием на стабильность эмульсии.

Следовательно, настоящее изобретение полностью отвечает задаче достижения упомянутых целей и преимуществ, а также тех, которые внутренне присущи ему. Конкретные варианты осуществления, раскрытые выше, являются лишь иллюстративными, поскольку в настоящее изобретение могут быть внесены изменения и оно может быть осуществлено на практике различными, но эквивалентными способами, очевидными специалистам в данной области, принимая во внимание эффект изложенного здесь изобретения. Более того, никакие другие ограничения не подразумеваются относительно элементов конструктивного исполнения или плана, показанных здесь, за исключением тех, которые описаны ниже в формуле изобретения. Следовательно, очевидно, что конкретные иллюстративные варианты осуществления, раскрытые выше, могут быть изменены или модифицированы, и все такие варианты рассматриваются как входящие в объем настоящего изобретения. Хотя композиции и способы описаны в терминах “включающий”, “содержащий” или “заключающий в себе” различные компоненты или стадии, композиции и способы могут также “состоять по существу из” или “состоять из” различных компонентов и стадий. Все числа и диапазоны, раскрытые выше, могут изменяться на некоторую величину. Всякий раз, когда раскрыт числовой диапазон с нижним пределом и верхним пределом, любое число и любой включенный диапазон, попадающие в данный диапазон, являются конкретным образом раскрытыми. В частности, каждый диапазон значений (в форме “от примерно a до примерно b” или, эквивалентно, “от приблизительно a до b” или, эквивалентно, “от приблизительно a-b”), раскрытый здесь, следует понимать как определяющий каждое число и диапазон, охватываемые более широким диапазоном значений. Более того, использованные в формуле изобретения формы единственного числа по определению обозначают здесь “один” или “более одного” элемента, к которому они относятся. Также, термины в формуле изобретения имеют однозначное, обычное значение, если иное явно и с очевидностью не определено заявителем. Если существует какое-либо противоречие в использовании слова или термина в данном описании и в одном или более патенте или других документах, которые могут быть включены здесь путем ссылки, должны приниматься определения, которые согласуются с данным описанием.

Настоящее изобретение относится к эмульсиям и их применению в подземных работах. Композиция стабилизированной эмульсии включает маслянистую текучую среду, текучую среду, являющуюся, по меньшей мере, частично несмешивающейся с маслянистой текучей средой, и стабилизирующий эмульсию агент, включающий первое ионное соединение, растворимое в маслянистой текучей среде или указанной текучей среде, и второе ионное соединение с зарядом противоположного знака относительно первого ионного соединения. Способ включает получение указанной выше композиции стабилизированной эмульсии и помещение ее в подземный пласт в качестве части подземных работ. Способ включает получение указанной выше композиции и бурение скважины в подземном пласте с ее использованием. Способ получения указанной выше композиции включает: получение маслянистой текучей среды, получение указанной текучей среды, получение стабилизирующего эмульсию агента, включающего первое ионное соединение, растворимое в маслянистой текучей среде или указанной текучей среде, и второе ионное соединение с зарядом противоположного знака относительно первого ионного соединения, и объединение маслянистой текучей среды, текучей среды и стабилизирующего агента с формированием композиции. Изобретение развито в зависимых пунктах. Технический результат - улучшение стабильности эмульсии и снижение количества стабилизирующего агента. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Композиция стабилизированной эмульсии, включающая маслянистую текучую среду, текучую среду, которая является по меньшей мере частично не смешивающейся с маслянистой текучей средой, и стабилизирующий эмульсию агент, в которой стабилизирующий эмульсию агент включает первое ионное соединение, растворимое в маслянистой текучей среде или текучей среде, которая является по меньшей мере частично не смешивающейся с маслянистой текучей средой, и второе ионное соединение с зарядом противоположного знака относительно первого ионного соединения, которое по меньшей мере частично растворимо в противоположной текучей среде как первое ионное соединение.

2. Композиция стабилизированной эмульсии по п.1, в которой первое ионное соединение, второе ионное соединение или оба включают ионное поверхностно-активное вещество.

3. Композиция стабилизированной эмульсии по п.1 или 2, в которой первое ионное соединение, второе ионное соединение или оба включают ионный полиэлектролит.

4. Композиция стабилизированной эмульсии по п.2, в которой ионное поверхностно-активное вещество включает анионное поверхностно-активное вещество.

5. Композиция стабилизированной эмульсии по п.4, в которой анионное поверхностно-активное вещество включает по меньшей мере одно соединение, выбранное из группы, состоящей из алкилкарбоксилата, алкилэфиркарбоксилата, N-ациламинокислоты, N-ацилглутамата, N-ацилполипептида, алкилбензолсульфоната, парафинового сульфоната, 6-олефинсульфоната, лигносульфата, производного сульфосукцината, полинафтилметилсульфоната, алкилсульфата, алкилэфирсульфата, моноалкилфосфата, полиалкилфосфата, жирной кислоты, соли кислоты и щелочного металла, соли жирной кислоты и щелочного металла, щелочной соли кислоты, натриевой соли кислоты, натриевой соли жирной кислоты, алкилэтоксилата, мыла, их сочетания и их производного.

6. Композиция стабилизированной эмульсии по п.2 или 5, в которой ионное поверхностно-активное вещество включает катионное поверхностно-активное вещество.

7. Композиция стабилизированной эмульсии по п.6, в которой катионное поверхностно-активное вещество включает по меньшей мере одно соединение, выбранное из группы, состоящей из алкиламина, соли алкиламина, соли четвертичного аммония, соли этоксилированного четвертичного аммония, аминоксида, алкилтриметиламина, триэтиламина, алкилдиметилбензиламина, их производного и их сочетания.

8. Композиция стабилизированной эмульсии по п.3, в которой ионный полиэлектролит включает анионный полиэлектролит.

9. Композиция стабилизированной эмульсии по п.8, в которой анионный полиэлектролит включает по меньшей мере одно соединение, выбранное из группы, состоящей из полимера или сополимера, включающего карбоксилатную группу, сульфонатную группу, фосфатную группу, фосфонатную группу, акрилатный мономер, метакрилатный мономер, стиролкарбоксилат, винилсульфонат, 2-акриламин-2-метилпропилсульфонат, 3-акриламид-3-метилбутаноат, соль яблочной кислоты, полиакриловую кислоту, частично гидрированный полиакриламид, карбоксиметилцеллюлозу, целлюлозу, модифицированную анионной функциональной группой, полисахарид, модифицированный анионной функциональной группой, галактоманнан, модифицированный анионной функциональной группой, их производное и их сочетание.

10. Композиция стабилизированной эмульсии по п.3, в которой ионный полиэлектролит включает катионный полиэлектролит.

11. Композиция стабилизированной эмульсии по п.10, в которой катионный полиэлектролит включает по меньшей мере одно соединение, выбранное из группы, состоящей из полиэтиленимина, полиамидамина, полиамина, винилбензилтриметиламмонийхлорида, диметилдиаллиламмонийхлорида, 3-акриламидо-3-метилбутилтриметиламмонийхлорида, поливинилпирролидона, хитозана, модифицированного катионной функциональной группой, желатина, модифицированного катионной функциональной группой, галактоманнана, модифицированного катионной функциональной группой, целлюлозы, модифицированной катионной функциональной группой, их производного и их сочетания.

12. Композиция стабилизированной эмульсии по любому одному из пп.1, 2, 5, 7-10 или 11, в которой маслянистая текучая среда включает по меньшей мере одну текучую среду, выбранную из группы, состоящей из дизельного масла, сырой нефти, парафинового масла, минерального масла, минерального масла низкой токсичности, олефина, сложного эфира, амида, амина, полиолефина, полидиорганосилоксана, силоксана, органосилоксана, простого эфира, ацеталя, диалкилкарбоната, углеводорода, их производного и их сочетания.

13. Композиция стабилизированной эмульсии по любому одному из пп.1, 2, 5, 7-10 или 11, в которой текучая среда, которая является по меньшей мере частично не смешивающейся с маслянистой текучей средой, включает по меньшей мере одну текучую среду, выбранную из группы, состоящей из глицерина, гликоля, полигликольамина, полиола, пресной воды, морской воды, соленой воды, рассола, их производного и их сочетания.

14. Способ, включающий получение композиции стабилизированной эмульсии по любому из пп.1-13 и помещение композиции стабилизированной эмульсии в подземный пласт в качестве части подземных работ.

15. Способ, включающий получение композиции стабилизированной эмульсии по любому из пп.1-13 и бурение скважины в подземном пласте с использованием композиции стабилизированной эмульсии.

16. Способ получения композиции стабилизированной эмульсии, причем способ включает: получение маслянистой текучей среды; получение текучей среды, которая является по меньшей мере частично не смешивающейся с маслянистой текучей средой; получение стабилизирующего эмульсию агента, где стабилизирующий эмульсию агент включает первое ионное соединение, растворимое в маслянистой текучей среде или текучей среде, которая является по меньшей мере частично не смешивающейся с маслянистой текучей средой, и второе ионное соединение с зарядом противоположного знака относительно первого ионного соединения, которое по меньшей мере частично растворимо в противоположной текучей среде, как первое ионное соединение; и объединение маслянистой текучей среды, текучей среды, которая является по меньшей мере частично не смешивающейся с маслянистой текучей средой, и стабилизирующего эмульсию агента с формированием композиции стабилизированной эмульсии.

17. Способ по п.16, дополнительно включающий помещение композиции стабилизированной эмульсии в подземный пласт в качестве части операции бурения.