Жидкости для снижения гидродинамического трения

Жидкости для снижения гидродинамического трения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

В настоящем изобретении предлагаются жидкости, имеющие низкие гидравлические потери, для использования в процессах эксплуатации скважины, таких как разрыв пласта, размещение гравийного фильтра, очистка скважины, кислотная обработка маточной породы и кислотный разрыв и т.п., а также способы их применения. В частности, настоящее изобретение относится к содержащим поверхностно-активные вещества жидкостям, которые обладают великолепными способностями снижать гидродинамическое трение, и к способам их использования для различных применений на месторождениях нефти.

Уровень техники

Снижение гидродинамического трения в процессе проведения обработок на месторождениях нефти является актуальной проблемой. С целью снижения гидродинамического трения в составах для обработки приствольной зоны при проведении нагнетания с помощью насосов в течение многих лет использовались различные полимерные композиции. В прошлом на месторождениях нефти в качестве обычных понизителей гидродинамического трения с целью снижения гидравлических потерь в режимах турбулентного потока использовали гуар, полиметилметакрилат, полиэтиленоксид, полиакриламид, полиAMPS (поли 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновую кислоту), полученные из них полимеры и другие высокомолекулярные синтетические полимеры. В настоящее время промышленным стандартом для снижения гидродинамического трения на месторождениях нефти является использование полиакриламида и полимеров и сополимеров на основе полиакриламида или их смесей в виде растворов или эмульсий.

В патенте США № 3442803, выданном на имя Hoover et al., раскрывается снижение гидродинамического трения в водных системах для разрыва пласта нефтяной скважины за счет растворения в водной системе небольшого количества сополимера акриламида и метилен-бисакриламида. В зависимости от конкретного предполагаемого применения подобные полиакриламиды могут быть приготовлены с катионными, анионными или неионогенными концевыми группами. Понизители гидродинамического трения на основе полиамида и производных полиамида использовали в качестве понизителей гидродинамического трения для стандартизации композиций суспендирующих понизителей гидродинамического трения и способов их применения.

В способах интенсификации добычи из продуктивного пласта в непроницаемых газоносных пластах часто в качестве основной жидкости для поведения обработки приствольной зоны используют воду. Поскольку вода относится к жидкостям ньютонового типа, то она требует больших давлений в процессе проведения обработки вследствие гидравлических потерь при больших скоростях закачки. Для снижения указанных гидравлических потерь в жидкость, содержащую необходимые для стабилизации глины неорганические соли или органические компоненты, добавляют в очень небольших концентрациях, как правило, высокомолекулярные (с массой в несколько миллионов дальтон) стандартные понизители гидродинамического трения (CFRs). Указанные дешевые жидкостные системы в данной отрасли обычно называют жидкими системами на водной основе для снижения поверхностного натяжения.

Жидкие системы на водной основе для снижения поверхностного натяжения не обладают достаточной вязкостью или эластичностью, необходимыми для того, чтобы обеспечить им хорошую способность транспортировать проппант. Таким образом, действие реагентов на водной основе для снижения поверхностного натяжения при транспортировании низких концентраций проппантов в пласте вдоль гидравлического разрыва при разрыве пласта основывается на использовании высоких скоростей нагнетания и турбулентности. Интенсивные обработки с целью гидроизоляции основываются на высоких скоростях нагнетания и турбулентности для переноса низких концентраций гравия в кольцевой канал, образованный скважиной и экранирующим пластом, в процессе заполнения скважинного фильтра гравием. Одной из целей рассматриваемого в данном описании изобретения является обеспечение эффективного транспорта проппанта с более высокими концентрациями проппанта при осуществлении разрыва, что приводит к лучшей работе скважины, или транспорта проппанта с более высокими концентрациями проппанта в кольцевом канале, что означает более эффективное размещение гравийного фильтра. Основное преимущество жидкости и способа по настоящему изобретению заключается в том, что может быть снижена скорость закачки при проведении обработки и, таким образом, также может быть снижена мощность, которая потребуется на месторождении. Таким образом, в настоящем изобретении, в общем и целом, предлагается как более эффективный, так и более экономичный способ проведения обработки.

Авторами настоящего изобретения было показано, что жидкости, содержащие, по крайней мере, одно полимерное и/или мономерное поверхностно-активное вещество, снижающее гидравлическое сопротивление, обеспечивают улучшение по сравнению с подобными соединениями для снижения гидродинамического трения. Указанные жидкости при низких концентрациях поверхностно-активного вещества демонстрируют улучшенную вязкость и способность суспендировать твердые вещества по сравнению с аналогичными жидкостями, известными из области техники.

Сущность изобретения

В настоящем изобретении предлагаются улучшенные жидкости для использования на нефтяном месторождении, известные как суспендирующие понизители гидродинамического трения (SFR). В частности, SFR жидкости по настоящему изобретению содержат, по крайней мере, одно поверхностно-активное вещество, снижающее гидравлическое сопротивление, или смесь поверхностно-активных веществ, снижающих гидравлическое сопротивление, и, по крайней мере, один активатор снижения гидравлического сопротивления, выбранный из полимерных активаторов снижения гидравлического сопротивления, мономерных активаторов снижения гидравлического сопротивления (или противоинов-активаторов снижения гидравлического сопротивления) или смеси полимерных и мономерных активаторов снижения гидравлического сопротивления. SFR жидкости по настоящему изобретению, если необходимо, могут также включать одно или несколько вспомогательных соединений, таких как вспомогательные растворители, вспомогательные поверхностно-активные соединения или рассолы.

Жидкие суспендирующие понизители гидродинамического трения (SFR жидкости) по настоящему изобретению демонстрируют великолепную способность снижать гидравлическое сопротивление и обладают улучшенной вязкостью и способностью образовывать суспензии при низких концентрациях поверхностно-активного вещества (меньше или равно приблизительно 0,5 мас.%) по сравнению с жидкостями, содержащими высокомолекулярные полимеры, об использовании которых с той же целью в данной области техники сообщалось ранее и которые будут в настоящем описании называться стандартными понизителями гидродинамического трения (CFR). Кроме того, SFR жидкости по настоящему изобретению могут показывать пониженную вязкость при контактировании с жидкостями в продуктивном пласте, такими как вода, рассол или нефть, или при нагревании. SFR жидкости по настоящему изобретению способны также изменять смачиваемость горной породы. Термин “активный” процент означает массу чистого поверхностно-активного соединения по отношению к массе поставляемого поверхностно-активного вещества, которое представляет собой смесь поверхностно-активного соединения и других ингредиентов, таких как спирты. Конечная коммерчески доступная смесь, как правило, содержит приблизительно 30-50% поверхностно-активного соединения.

Существует много способов, признанных в литературе, которые могут использоваться для демонстрации действия понизителей гидродинамического трения в неньютоновых жидкостях. Один из общепринятых методов включает нанесение на график процента снижения гидравлического сопротивления (%DR) в зависимости от удельного массового потока или скорости. Уменьшение гидродинамического трения можно оценить из результатов измерений перепада давления в прямой трубе. В настоящей заявке на изобретение авторы в общем случае используют перепад давления для жидкости по настоящему изобретению ΔP_f в сравнении с перепадом давления для рассола или воды ΔP_w и выражают его следующей формулой:

(Уравнение 1)

Жидкие суспендирующие понизители гидродинамического трения (SFR жидкости) по настоящему изобретению демонстрируют пригодность для широкого круга применений в стволе скважины.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения SFR жидкость применяют в качестве понизителя гидродинамического трения при проведении интенсифицирующих обработок с использованием воды, который придает жидкостям лучшую способность транспортировать проппант. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения SFR поверхностно-активный компонент добавляют в воду или в жидкость на водной основе с концентрацией приблизительно 1 мас.% или меньше, предпочтительно, 0,5 мас.% или меньше, более предпочтительно, 0,4 мас.%, более предпочтительно, 0,3 мас.%, более предпочтительно, 0,25 мас.% и, наиболее предпочтительно, 0,2 мас.% от общего количества жидкой фазы. SFR жидкости по настоящему изобретению позволяют добиться процента снижения гидравлического сопротивления (%DR), равного, по крайней мере, 20%, предпочтительно, по крайней мере, приблизительно 40%, более предпочтительно, по крайней мере, приблизительно 60% и, наиболее предпочтительно, по крайней мере, приблизительно 65% при типичных используемых при обработке скоростях потока.

SFR жидкости по настоящему изобретению сохраняют свою эффективность в качестве агента для снижения гидравлического сопротивления в течение продолжительного периода времени, поскольку большие сдвиговые усилия, которым они подвергаются во время нагнетания или при проведении обработки приствольной зоны, не приводят к необратимой деградации структур, которые обусловливают их способность снижать гидродинамическое трение.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения SFR жидкость применяют в качестве агента для снижения гидравлического сопротивления в водных растворах, содержащих двухвалентные катионы (в частности, кальций, магний), таких как жесткая вода, добываемая вода, пластовая вода и т.п.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения SFR жидкость может также содержать CFR полимерный агент для снижения гидравлического сопротивления, такой как гуар, производное гуара, полиэтиленоксид, полиакриламид или полиAMPS или их производные.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения SFR жидкость содержит смесь понижающих гидродинамическое трение поверхностно-активных веществ и один или несколько активаторов снижения гидравлического сопротивления, выбранных из полимерных или мономерных активаторов снижения гидравлического сопротивления и обычных понизителей гидродинамического трения, которые выбраны таким образом, чтобы обеспечить заметное снижение гидродинамического трения, хорошую способность суспендировать песок и великолепную совместимость со всеми жидкими компонентами.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения SFR жидкость используют на этапе нагнетания жидкости гидроразрыва в пласт без проппанта при проведении гидравлического разрыва пласта с целью инициирования и распространения трещины в пласте. За указанным этапом нагнетания жидкости гидроразрыва в пласт без проппанта следует серия стадий с использованием большого количества проппанта, при которых основная жидкость содержит CFR полимерный агент для снижения гидравлического сопротивления (такой, как полиамид) и загуститель, такой как гель линейного полимера (такой, как жидкость, содержащая гуар), гель сшитого полимера (такой, как гуар или замещенный гуар, сшитый бором, или металлоорганическим сшивающим агентом, подобным, например, титану или цирконию), гелевая система на основе вязкоупругого поверхностно-активного вещества, в частности бетаины, амфотерные, катионные или анионные поверхностно-активные вещества, или же указанные стадии могут включать применение той же самой SFR жидкости или различных SFR жидкостей.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения SFR жидкость используют на этапах проведения гидравлического разрыва пласта с использованием проппанта, которые следуют за этапом нагнетания жидкости гидроразрыва в пласт без проппанта. При нагнетании жидкости гидроразрыва в пласт без проппанта может использоваться CFR полимерный агент для снижения гидравлического сопротивления (такой, как полиакриламид), гель линейного полимера (такой, как жидкость, содержащая гуар), гель сшитого полимера (такой, как гуар или замещенный гуар, сшитый, например, бором, титаном или цирконием), гелевая система на основе вязкоупругого поверхностно-активного вещества, такая как гелевая система, образованная бетаинами, амфотерными, катионными или анионными поверхностно-активными веществами, или те же самые или различные SFR.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения SFR жидкость используют с целью минимизации времени закачки, минимизации количества нагнетаемой воды, максимального увеличения размещения и концентрации проппанта или снижения скорости нагнетания.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения SFR жидкость используют в сочетании с волокнами и проппантами с целью дальнейшего физического усиления проппанта.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения SFR жидкость используют с различными расклинивающими наполнителями (проппантами), обладающими различными плотностями, в частности от приблизительно 0,5 до приблизительно 4,0 кг/л, и/или покрытиями, с целью размещения проводящего канала в разрываемую породу.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения SFR жидкость используют в сочетании с частицами или волокнами, которые выполняют функцию отводящего средства, с целью отвести составы для обработки приствольной зоны из зон пласта с высокой проницаемостью в зоны с меньшей проницаемостью.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения SFR жидкость превращают в наполненную энергией или вспененную жидкость за счет введения в жидкость газовой фазы и создания пены или эмульсии с азотом, метаном или диоксидом углерода. В таком варианте использования поверхностно-активное вещество в SFR жидкости также играет роль эффективного вспенивателя.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения SFR жидкость используют в сочетании с реагентами, снижающими потерю воды.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения несущие заряд поверхностно-активные вещества, снижающие гидравлическое сопротивление, и полимерные стимуляторы снижения гидравлического сопротивления и их противоионы и/или мономерные стимуляторы снижения гидравлического сопротивления и их противоионы, которые представляют собой состав SFR жидкости, обеспечивают регулирование набухания глины в отсутствие рассола или обычных средств воздействия на глину.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения один или несколько ингредиентов в составе SFR жидкости могут придавать ей умеренные биоцидные свойства.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения SFR жидкость используют при интенсивном размещении гравийного фильтра или гидроизоляции.

В других вариантах осуществления настоящего изобретения SFR жидкость используют в качестве жидкости для регулирования напластования, в качестве жидкости для интенсификации извлечения нефти, в качестве агента для снижения гидравлического сопротивления в маслопроводах и в тех случаях, когда при проведении обработки пласта на нефтяном месторождении необходимо снижение гидравлического сопротивления.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения состав SFR жидкости дополнительно включает один или несколько ингибиторов образования отложений. Пригодные ингибиторы образования отложений могут быть выбраны из твердого или жидкого вещества и могут быть неорганическими или органическими ингибиторами образования отложений (в частности, представлять собой асфальтен или парафин).

В другом варианте осуществления настоящего изобретения состав SFR жидкости может включать производное амина (первичного, вторичного или, преимущественно, третичного амина) и кислоту (как органическую, так и неорганическую), достаточно сильную для полного или частичного протонирования свободной пары электронов атома азота. Жидкость составляют таким образом, чтобы она обеспечивала снижение гидродинамического трения при течении по системе труб скважины и в распространяющемся разрыве, но ослабляла способность снижать гидравлическое сопротивление, когда кислотный компонент взаимодействует с горной породой или пластовыми флюидами. Жидкость обеспечивает отведение воды, когда кислота частично или полностью расходуется при контактировании с пластами, содержащими природные трещины, такими как углеродистые пласты, пласты глинистого сланца или угольные пласты.

Краткое описание чертежей

На фигуре 1 приведен график зависимости процента снижения гидравлического сопротивления от удельного массового расхода для различных концентраций стандартных понизителей гидродинамического трения.

На фигуре 2 приведен график зависимости процента снижения гидравлического сопротивления от удельного массового расхода для жидкости с низкой концентрацией, содержащей обычное жидкое вязкоупругое поверхностно-активное вещество.

На фигуре 3 приведен график зависимости процента снижения гидравлического сопротивления от удельного массового расхода для жидкости, содержащей обычное жидкое вязкоупругое поверхностно-активное вещество с типичными концентрациями, которые применяют при гидроразрыве.

На фигуре 4 приведен график зависимости процента снижения гидравлического сопротивления от удельного массового расхода для различных концентраций обычного жидкого вязкоупругого поверхностно-активного вещества.

На фигуре 5 приведен график зависимости процента снижения гидравлического сопротивления от удельного массового расхода для суспендирующего понизителя гидродинамического трения по настоящему изобретению.

На фигуре 6 приведен график зависимости процента снижения гидравлического сопротивления от удельного массового расхода для суспендирующего понизителя гидродинамического трения по настоящему изобретению.

На фигуре 7 приведен график зависимости процента снижения гидравлического сопротивления от удельного массового расхода для различных концентраций суспендирующих понизителей гидродинамического трения.

На фигуре 8 приведен график зависимости процента снижения гидравлического сопротивления от удельного массового расхода для различных концентраций суспендирующих понизителей гидродинамического трения.

На фигуре 9 приведен график зависимости процента снижения гидравлического сопротивления от удельного массового расхода для различных концентраций суспендирующих понизителей гидродинамического трения.

На фигуре 10 приведен график зависимости процента снижения гидравлического сопротивления от удельного массового расхода для различных концентраций суспендирующих понизителей гидродинамического трения.

На фигуре 11 приведен график зависимости процента снижения гидравлического сопротивления от удельного массового расхода для суспендирующего понизителя гидродинамического трения, содержащего вспомогательный растворитель.

На фигуре 12 приведен график зависимости процента снижения гидравлического сопротивления от удельного массового расхода с учетом вспомогательного растворителя.

На фигуре 13 приведен график зависимости процента снижения гидравлического сопротивления от удельного массового расхода, где показано влияние содержания кальция в воде на снижение гидродинамического трения суспендирующим понизителем гидродинамического трения.

На фигуре 14 приведен график зависимости процента снижения гидравлического сопротивления от удельного массового расхода для различных поверхностно-активных понизителей гидродинамического трения.

На фигуре 15 приведен график зависимости процента снижения гидравлического сопротивления от удельного массового расхода для различных концентраций понизителей гидродинамического трения.

На фигуре 16 приведен график зависимости процента снижения гидравлического сопротивления от удельного массового расхода для различных концентраций понизителей гидродинамического трения.

На фигуре 17 приведен график зависимости процента снижения гидравлического сопротивления от удельного массового расхода для различных концентраций понизителей гидродинамического трения.

На фигуре 18 приведен график зависимости процента снижения гидравлического сопротивления от удельного массового расхода для различных концентраций понизителей гидродинамического трения.

На фигуре 19 приведен график зависимости процента снижения гидравлического сопротивления от удельного массового расхода для различных концентраций понизителей гидродинамического трения.

На фигуре 20 приведен график зависимости процента снижения гидравлического сопротивления от удельного массового расхода для различных концентраций понизителей гидродинамического трения.

На фигуре 21 приведен график зависимости процента снижения гидравлического сопротивления от удельного массового расхода, где показано влияние температуры на снижение гидродинамического трения суспендирующим понизителем гидродинамического трения.

На фигуре 22 приведен график зависимости процента снижения гидравлического сопротивления от удельного массового расхода, где показано влияние температуры на снижение гидродинамического трения суспендирующим понизителем гидродинамического трения.

На фигуре 23 приведен график зависимости процента снижения гидравлического сопротивления от удельного массового расхода, где показано влияние температуры на снижение гидродинамического трения суспендирующим понизителем гидродинамического трения.

На фигуре 24 приведен график зависимости процента снижения гидравлического сопротивления от удельного массового расхода, где показано влияние температуры на снижение гидродинамического трения суспендирующим понизителем гидродинамического трения.

На фигуре 25 приведен график зависимости процента снижения гидравлического сопротивления от удельного массового расхода для различных концентраций суспендирующих понизителей гидродинамического трения.

На фигуре 26 приведен график зависимости процента снижения гидравлического сопротивления от удельного массового расхода для суспендирующего понизителя гидродинамического трения.

На фигуре 27 приведен график зависимости процента снижения гидравлического сопротивления от удельного массового расхода, где показана чувствительность к сдвиговому усилию стандартного понизителя гидродинамического трения и суспендирующего понизителя гидродинамического трения.

На фигуре 28 приведен график зависимости процента снижения гидравлического сопротивления от удельного массового расхода для суспендирующего понизителя гидродинамического трения в гибкой насосно-компрессорной трубке.

На фигуре 29 приведен график зависимости скорости сдвига от вязкости, где показана вязкость при комнатной температуре стандартных понизителей гидродинамического трения и суспендирующих понизителей гидродинамического трения.

На фигуре 30 приведен график зависимости концентрации поверхностно-активного вещества от времени осаждения, где сравнивается способность суспендировать проппант для различных концентраций суспендирующих понизителей гидродинамического трения.

На фигуре 31 приведен график зависимости концентрации проппанта от времени обработки для стандартного понизителя гидродинамического трения и суспендирующего понизителя гидродинамического трения.

На фигуре 32 приведен график зависимости концентрации проппанта от времени интенсивной обработки при гидроразрыве с использованием стандартного понизителя гидродинамического трения.

На фигуре 33 приведен график зависимости концентрации проппанта от времени интенсивной обработки при гидроразрыве с использованием суспендирующего понизителя гидродинамического трения.

На фигуре 34 приведен график зависимости концентрации проппанта от времени интенсивной обработки при гидроразрыве с использованием суспендирующего понизителя гидродинамического трения.

На фигуре 35 приведен график зависимости концентрации проппанта от времени интенсивной обработки при гидроразрыве с использованием суспендирующего понизителя гидродинамического трения.

На фигуре 36 приведен график зависимости вязкости от скорости сдвига при 55°С для стандартных понизителей гидродинамического трения и суспендирующих понизителей гидродинамического трения.

Подробное описание изобретения

Общее количество активного поверхностно-активного вещества, снижающего гидравлическое сопротивление в жидкостях по настоящему изобретению, как правило, составляет не больше чем 0,5 мас.%, предпочтительно, не больше чем 0,3 мас.% и, более предпочтительно, не больше чем 0,2 мас.%. Общее количество активного полимерного активатора снижения гидравлического сопротивления в жидкостях по настоящему изобретению, предпочтительно, составляет не больше чем приблизительно 0,2 мас.%, более предпочтительно, составляет не больше чем приблизительно 0,05 мас.% и, наиболее предпочтительно, составляет не больше чем приблизительно 0,03 мас.%. Общее количество активного мономерного активатора снижения гидравлического сопротивления в жидкостях по настоящему изобретению, предпочтительно, составляет не больше чем приблизительно 0,2 мас.%, более предпочтительно, составляет 0,10 мас.% или меньше и, наиболее предпочтительно, составляет 0,05 мас.% или меньше. SFR жидкость способна транспортировать проппант в скважинной трубе, когда ее нагнетают со средними или большими скоростями, и общий перепад давления в скважинной трубе в присутствии жидкости является меньшим, чем в присутствии воды или рассола в отсутствие комбинированного поверхностно-активного вещества, снижающего гидравлическое сопротивление, и полимерного или мономерного активатора снижения гидравлического сопротивления, даже несмотря на то, что вязкость SFR жидкости превышает вязкость воды.

Несмотря на то что значительная часть обсуждения в настоящем описании посвящена улучшенному транспортированию частиц как важному свойству композиций и жидкостей по настоящему изобретению, композиции и жидкости по настоящему изобретению самостоятельно могут использоваться для снижения гидравлического сопротивления. Таким образом, они могут применяться вместе с жидкостями или добавляться к жидкостям, которые используют для кислотной обработки, кислотного гидроразрыва, водоотведения, регулирования образования крошки и т.п., и для жидкостей, которые используют в качестве материала для заполнения пустот, затопления и т.п. При проведении обработок, в которых проводится нагнетание жидкости в пласт, SFR жидкости по настоящему изобретению обеспечивают снижение гидравлического сопротивления без использования полимеров и, таким образом, вызывают меньшее повреждение пласта.

Жидкости, используемые в методах по настоящему изобретению, могут дополнительно содержать любую из добавок, которые обычно включают в состав указанных жидкостей, применяемых для обработки приствольной зоны, при условии, что проведены испытания, подтверждающие, что добавки совместимы с выполняемыми функциями, растворимостью и стабильностью и т.д. поверхностно-активных веществ, снижающих гидравлическое сопротивление, полимерных и мономерных активаторов снижения гидравлического сопротивления по настоящему изобретению. Подобные добавки включают в качестве не ограничивающего настоящее изобретения примера ингибиторы образования отложений, буферы, добавки для стабилизации глин, добавки для снижения потерь жидкости, биоциды, индикаторы и другие. Подобные добавки можно закачивать в процессе интенсифицирующей обработки в виде отдельных потоков непосредственно в том виде, в каком они получены от коммерческих поставщиков, или же, что более предпочтительно, их можно смешивать либо заблаговременно, либо непосредственно перед проведением обработки с компонентами SFR жидкости и закачивать в виде единого потока.

Ниже описываются подходящие компоненты SFR жидкостей по настоящему изобретению. Перечисленные вещества, которые пригодны для использования по настоящему изобретению, такие как поверхностно-активное вещество, снижающее гидравлическое сопротивление, полимерные и мономерные активаторы снижения гидравлического сопротивления, могут использоваться в виде индивидуальных соединений. Однако в том случае, когда их получают в виде коммерческих продуктов, перечисленные вещества почти всегда получают в виде концентратов, которые включают добавки, такие как растворители, вода, вспомогательные растворители, такие как изопропанол, глицерин, пропиленгликоль и другие. Количество веществ, пригодных для использования по настоящему изобретению, таких как поверхностно-активные вещества, снижающие гидравлическое сопротивление, полимерные и мономерные активаторы снижения гидравлического сопротивления, указано для "чистых" соединений (активных компонентов концентратов), однако следует понимать, что в большинстве случаев их получают в виде концентратов в сочетании с другими компонентами, такими как вспомогательные растворители, например изопропанол, глицерин, пропиленгликоль и т.п.

Несмотря на то что настоящее изобретение в основном описывается в терминах %DR, другим важным преимуществом от использования композиций и способов по настоящему изобретению является то, что при всех скоростях сдвига в процессе гидроразрыва и размещения гравийного фильтра и в особенности при низких скоростях сдвига в жидкостях используют очень низкие концентрации поверхностно-активных веществ, снижающих гидравлическое сопротивление, полимерных и мономерных активаторов снижения гидравлического сопротивления, по сравнению с другими интенсифицирующими обработками с применением поверхностно-активных веществ, при этом SFR жидкости по настоящему изобретению имеют бóльшую вязкость и обладают лучшей способностью транспортировать частицы, чем вода, рассол или вода или рассол, которые содержат стандартные понизители гидродинамического трения CFRs с теми концентрациями, которые обычно используют для указанных стандартных понизителей гидродинамического трения.

Более того, жидкости по настоящему изобретению не образуют фильтрационную корку, меньше повреждают пласт, чем типичные полиакриламидные реагенты на водной основе для снижения поверхностного натяжения. Кроме того, жидкости по настоящему изобретению не требуют использования окислительных разжижителей геля для гидроразрыва, поскольку для того, чтобы SFR жидкости снизили свою вязкость, необходимы лишь разбавление, контакт с нефтью или температура.

Не желая связывать себя какой-либо теорией, авторы настоящего изобретения полагают, что мицеллы определенного размера и формы обеспечивают предпочтительную способность снижать гидравлическое сопротивление. Подходящими мицеллами являются цилиндрические мицеллы. C.Tanford указывает в "Micelle Shape and Size", J. Phys. Chem., 76, 3020 (1972), что цилиндрические мицеллы образуются поверхностно-активным веществом, у которого отношение ν/(la) составляет 1:3 или больше, предпочтительно указанное отношение близко приблизительно к 1:2, где a обозначает площадь сечения гидрофильной группы, ν обозначает объем гидрофобной группы, а l обозначает длину гидрофобной группы. В жидкостях и способах по настоящему изобретению применяются комбинации подобного поверхностно-активного вещества и полимерного активатора снижения гидравлического сопротивления.

Подходящие поверхностно-активные вещества для использования в качестве поверхностно-активных веществ, снижающих гидравлическое сопротивление, включают молекулы катионных поверхностно-активных веществ, в частности молекул формулы R₁R₂R₃R₄N⁽⁺⁾ X^(-), и молекулы амфотерных поверхностно-активных веществ формулы R₁R₂R₃R₄N, где R₁ выбран из:

i) насыщенной алифатической, мононенасыщенной, дважды ненасыщенной или полиненасыщенной углеводородной цепи, содержащей от 8 до 24 атомов углерода (от С₈ до С₂₄) и, наиболее предпочтительно, содержащей от С₁₄ до С₁₈; такой как, например, гексадецильная группа -(СН₂)₁₅-СН₃, и

ii) функционализованной углеводородной цепочечной структуры R₁ = R₅-Y-R₆, где Y обозначает функциональную группу, такую как -О- (простой эфир), -NH- (амин), -СОО- (сложный эфир), -CNH- (амид), -[O-(CH₂)₂]_xO- (полиэтиленоксид), -[O-CH₂CH(CH₃)]_xO- (полипропиленоксид), R₅ обозначает насыщенную алифатическую, мононенасыщенную, дважды ненасыщенную или полиненасыщенную углеводородную цепь, содержащую от 8 до 24 атомов углерода (от С₈ до С₂₄) и, наиболее предпочтительно, содержащую от С₁₄ до С₂₂, а R₆ обозначает углеводородную цепь, С₁ до С₆, более предпочтительно, группу -СН₂СН₂- или -СН₂СН₂СН₂-,

R₂ и R₃ выбраны из:

i) углеводородной цепи, содержащей от 1 до 24 атома углерода, предпочтительно, метила, -СН₃,

ii) 2-гидроксиэтильной цепи (-СН₂-СН₂-ОН),

iii) содержащей концевую гидроксильную группу полиэтиленоксидной цепи соответствующей длины x и y для R₂ и R₃ соответственно, выбранных таким образом, чтобы x + y < 20, 1 < x < 19 и 1 < y < 19, (-[CH₂-CH₂-O]_n-H),

R₄ выбран из:

i) насыщенной углеводородной цепи, содержащей от 1 до 22 атома углерода, предпочтительно, метила, -СН₃,

ii) 2-гидроксиэтильной цепи (-СН₂-СН₂-ОН),

iii) атома водорода -Н,

iv) амфотерных (в основном аминооксидных) поверхностно-активных веществ, атома кислорода или атома азота, который не несет положительный заряд, а потому анион Х^(-) в структуре отсутствует,

а для катионных поверхностно-активных веществ Х^(-) представляет собой анион, такой как F^(-), Cl^(-), Br^(-), I^(-), NO₃ ^(-), SO₃H^(-), SO₄H^(-), CH₃COO^(-) (ацетат), CH₃SO₃ ^(-) (метансульфонат), CF₃SO₃ ^(-) (фторметансульфонат), HO-CO-C₆H₄-COO^(-) (одноосновный фталат), CH₃OSO₃ ^(-) (метансульфонат), HO-C₆H₄COO^(-) (салицилат), CH₃C₆H₄SO₃ ^(-) (толуолсульфонат), HO-CH₂COO^(-) (гликолят), HO-CH(CH₃)COO^(-) (лактат) и другие одновалентные анионы.

Примеры указанных поверхностно-активных веществ включают такие катионные поверхностно-активные вещества общей формулы R₁R₂R₃R₄N⁽⁺⁾ X^(-), где R₁ может представлять собой углеводородные и функционализованные углеводородные цепи, такие как: хлорид цетримония, CTAC, такой как Arquad® 16-50; стеарил триметилхлорид, STAC, такой как Arquad® 18-50; хлорид таллотримония, TTAC; такой как Arquad® T-50; хлорид ауртримония, LTAC; такой как Arquad® 12-50; хлорид кокоилтриметиламмония, такой как Arquad® C-50; хлорид N,N-бис(2-гидроксиэтил)-N-метилоктадеканаминия, такой как Ethoquad 18-12; хлорид метил-бис(2-гидроксиэтил)кокаммония, такой как Ethoquad® C/12; хлорид эруцил-бис(2-гидроксиэтил)метиламмония, EHAC. Другие примеры подобных поверхностно-активных веществ включают такие поверхностно-активные вещества, как хлорид эрудициламидопропилметил-бис(гидроксиэтил)аммония; хлорид олеиламидопропилметил-бис(гидроксиэтил)аммония; и другие коммерчески доступные поверхностно-активные вещества, такие как хлорид N,N-бис(2-гидроксиэтил)-N-метил олеиламиния, Ethoquad® O-12; хлорид N,N-трис(2-гидроксиэтил)-N-(гидрированный талло)аминия, Ethoquad® T/13-50; или хлорид