Способ использования вязкоупругих поверхностно-активных веществ

Способ использования вязкоупругих поверхностно-активных веществ

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее описание изобретения в общем случае относится к рабочим жидкостям для подземного ремонта буровой скважины. Говоря более конкретно, данное описание изобретения относится к вязкоупругим поверхностно-активным веществам и способам их получения и использования.

Уровень техники

Природные ресурсы, такие как газ, нефть и вода, находящиеся в подземном пласте или зоне, обычно извлекают в результате бурения буровой скважины до подземного пласта при одновременной циркуляции буровой рабочей жидкости в буровой скважине. Во время бурения буровой скважины, буровая рабочая жидкость может циркулировать, поступая вниз через внутреннее пространство бурильной колонны, через буровую головку и выходя на поверхность через кольцевое пространство между стенками буровой скважины и бурильной колонны. Бурильная колонна может представлять собой буровую трубу, обсадную колонну или любой другой подходящий канал. Помимо прочего, циркулирующая буровая рабочая жидкость смазывает буровую головку, переносит буровой шлам на поверхность и компенсирует пластовое давление, оказывающее воздействие на буровую скважину. Одна проблема, связанная с бурением буровой скважины, может заключаться в нежелательной потере больших количеств буровой рабочей жидкости с уходом в подземный пласт. Данная проблема может быть названа «потерей циркуляции», и секции пласта, в которых теряется буровая рабочая жидкость, называются «зонами потери циркуляции». В дополнение к буровым рабочим жидкостям, проблемы потери циркуляции также могут встречаться и для других рабочих жидкостей, например, разделительных рабочих жидкостей, рабочих жидкостей для заканчивания буровой скважины (например, рассолов) и рабочих жидкостей для капитального ремонта буровой скважины, которые могут циркулировать в буровой скважине. В настоящем документе разделительной рабочей жидкостью называют любую жидкость, использующуюся для физического отделения одной жидкости специального назначения от другой; рабочей жидкостью для заканчивания буровой скважины называют свободную от твердого вещества жидкость, использующуюся для облегчения проведения конечных операций до инициирования добычи; и рабочей жидкостью для капитального ремонта буровой скважины называют рабочую жидкость для регулирования работы скважины, которую используют во время проведения обслуживающих или восстановительных обработок скважины по добыче углеводородов. За потерю циркуляции может быть ответственным широкий ассортимент факторов. Например, подземный пласт, в который проникает буровая скважина, может оказаться высокопроницаемым или может включать в себя трещины или каверны. Кроме того, пласт может быть разрушен под действием гидростатического давления, приложенного к рабочей жидкости, что, тем самым, делает возможной потерю рабочей жидкости с уходом в пласт. Например, трещины в подземном пласте могут быть созданы или увеличены вследствие гидростатического давления буровой рабочей жидкости, что в результате приведет к потере буровой рабочей жидкости с уходом в данные трещины.

Было разработано несколько способов борьбы с потерей циркуляции. Один способ, обычно использующийся для борьбы с потерей циркуляции, включает размещение материалов для борьбы с потерей циркуляции в зоне потери циркуляции. Данные материалы для борьбы с потерей циркуляции могут быть размещены в пласте, например, в качестве высоковязкого тампона в попытке борьбы с потерей и/или предотвращения потери циркуляции. Обычному высоковязкому тампону может быть свойственен широкий ассортимент недостатков, таких как большое количество материалов, необходимых для получения желательных свойств (например, вязкостей и тому подобного), и трудности, связанные с удалением компонентов материалов тампона сразу после заканчивания обработки. Таким образом, было бы желательно разработать улучшенные композиции для борьбы с потерей циркуляции.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ

В настоящем документе описывается способ подземного ремонта буровой скважины, включающий размещение внутри скважины композиции, содержащей пакет поверхностно-активных веществ, включающий катионное поверхностно-активное вещество и анионное поверхностно-активное вещество, где пакет поверхностно-активных веществ при введении в контакт с водным раствором образует загущенную композицию в присутствии менее, чем приблизительно 30% масс. гидротропа.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Для более полного понимания настоящего описания изобретения и его преимуществ теперь делается ссылка на следующее далее краткое описание изобретения, взятое в сочетании с прилагаемыми чертежами и подробным описанием изобретения:

Фиг.1 и 2 представляют собой графики зависимости вязкости от скорости сдвига для образцов из примера 1.

Фиг.3 представляет собой график зависимости вязкости от процентного содержания поверхностно-активного вещества для образцов из примера 2.

Фиг.4-5 представляют собой графики зависимостей комплексной вязкости, модуля накопления и модуля потерь от частоты для образцов из примера 3.

Фиг.6-7 представляет собой график зависимости вязкости при нулевом сдвиге от температуры для образцов из примера 4.

Фиг.8 представляет собой график зависимости вязкости при нулевом сдвиге от температуры для образцов из примера 5.

Фиг.9 представляет собой график зависимостей комплексной вязкости, модуля накопления и модуля потерь от частоты для образцов из примера 6.

Фиг.10 представляет собой график зависимости вязкостного и сдвигового напряжения от скорости сдвига для образцов из примера 6.

Фиг.11 представляет собой график зависимости вязкости от процентного содержания катионного поверхностно-активного вещества для образцов из примера 6.

Фиг.12 представляет собой график зависимости вязкости при нулевом сдвиге от массового процентного содержания SDBS для образцов из примера 7.

Фиг.13 представляет собой график зависимости вязкостного и сдвигового напряжения от скорости сдвига для образцов из примера 8.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Вначале необходимо понимать то, что несмотря на приведенные ниже иллюстрации реализации одного или нескольких вариантов осуществления, описывающиеся системы и/или способы могут быть реализованы при использовании любого количества методик, будь то известных в настоящее время или существующих. Описание изобретения никоим образом не должно быть ограничено иллюстрациями реализации, чертежами и методиками, проиллюстрированными ниже, включающими примеры проектов и реализаций, проиллюстрированные и описывающиеся в настоящем документе, но может быть модифицировано в объеме прилагаемой формулы изобретения вместе с полным объемом ее эквивалентов.

В настоящем документе описываются композиции (например, композиции для подземного ремонта буровой скважины), содержащие, по меньшей мере, одно катионное поверхностно-активное вещество и, по меньшей мере, одно анионное поверхностно-активное вещество. Такие композиции называются содержащими пакет катионных и анионных поверхностно-активных веществ (ПКАПАВ). В одном варианте осуществления пакет ПКАПАВ может вступать в реакцию с одним или несколькими компонентами рабочей жидкости для подземного ремонта буровой скважины с образованием загущенной композиции, здесь и далее в настоящем документе обозначаемой как ЗК-ПКАПАВ. Композиция ЗК-ПКАПАВ, относящаяся к типу, описывающемуся в настоящем документе, может оказаться подходящей для использования в различных операциях по подземному ремонту буровой скважины. Например, композиция ЗК-ПКАПАВ может оказаться подходящей для использования при обработке буровых скважин, претерпевающих потерю циркуляции. Компоненты ПКАПАВ и ЗК-ПКАПАВ, а также способы их получения и использования будут более подробно описываться ниже в настоящем документе.

В одном варианте осуществления пакет ПКАПАВ включает катионное поверхностно-активное вещество. Поверхностно-активные вещества в общем случае представляют собой смачивающие добавки, которые уменьшают поверхностное натяжение жидкости, в которой их растворяют, что делает возможными более легкое распределение и уменьшение межфазного поверхностного натяжения между двумя жидкостями. Каждое поверхностно-активное вещество имеет гидрофильную головку, которая притягивается к молекулам воды, и гидрофобный хвост, который отталкивает воду и прикрепляется к гидрофобным материалам, таким как масло и жир. В настоящем документе катионное поверхностно-активное вещество имеет положительно заряженную головку и гидрофобный хвост, включающий углеродную цепь. Катионное поверхностно-активное вещество, подходящее для использования в данном описании изобретения, может включать углеродную цепь, имеющую длину в диапазоне от приблизительно 8 до приблизительно 24, в альтернативном варианте от приблизительно 8 до приблизительно 18, в альтернативном варианте от приблизительно 12 до приблизительно 22, в альтернативном варианте от приблизительно 16 до приблизительно 24. Примеры катионных поверхностно-активных веществ, подходящих для использования в данном описании изобретения, включают без ограничения четвертичные аммониевые соли, этоксилированные четвертичные аммониевые соли, оксиды аминов или их комбинацию. В одном варианте осуществления катионное поверхностно-активное вещество включает хлорид стеарилтриметиламмония, тозилат цетилтриметиламмония, хлорид цетилтриметиламмония, бромид цетилтриметиламмония, хлорид миристилтриметиламмония, бромид миристилтриметиламмония, хлорид додецилтриметиламмония, бромид додецилтриметиламмония, хлорид децилтриметиламмония, бромид децилтриметиламмония, хлорид октилтриметиламмония, хлорид эруцил-бис(гидроксиэтил)метиламмония, хлорид эруцилтриметиламмония или их комбинацию. В одном варианте осуществления катионное поверхностно-активное вещество может присутствовать в пакете ПКАПАВ в количестве в диапазоне от приблизительно 0,01% масс. в расчете на совокупную массу пакета ПКАПАВ до приблизительно 99,99% масс., в альтернативном варианте от приблизительно 0,1% масс. до приблизительно 99,9% масс., в альтернативном варианте от приблизительно 1% масс. до приблизительно 99% масс.

В одном варианте осуществления пакет ПКАПАВ содержит анионное поверхностно-активное вещество. В настоящем документе анионное поверхностно-активное вещество имеет отрицательно заряженную головку и гидрофобный хвост, включающий углеродную цепь. Анионное поверхностно-активное вещество, подходящее для использования в данном описании изобретения, может включать углеродную цепь, имеющую длину в диапазоне от приблизительно 8 до приблизительно 24, в альтернативном варианте от приблизительно 8 до приблизительно 18, в альтернативном варианте осуществления от приблизительно 12 до приблизительно 22, в альтернативном варианте от приблизительно 18 до приблизительно 24. Примеры анионных поверхностно-активных веществ, подходящих для использования в данном описании изобретения, включают без ограничения соли, образованные из щелочных металлов и кислот, соли, образованные из щелочных металлов и жирных кислот, щелочные соли кислот, натриевые соли кислоты, натриевые соли жирной кислоты, алкилсульфаты, алкилэтоксилат, сульфаты, сульфонаты, мыла или их комбинацию. В одном варианте осуществления анионное поверхностно-активное вещество включает олеинат натрия, стеарат натрия, додецилбензолсульфонат натрия, миристат натрия, лауринат натрия, деканоат натрия, каприлат натрия, цетилсульфат натрия, миристилсульфат натрия, лаурилсульфат натрия, децилсульфат натрия, октилсульфат натрия или их комбинацию.

В одном варианте осуществления анионное поверхностно-активное вещество может присутствовать в пакете ПКАПАВ в количестве в диапазоне от приблизительно 0,01% масс. в расчете на совокупную массу пакета ПКАПАВ до приблизительно 99,99% масс., в альтернативном варианте от приблизительно 0,1% масс. до приблизительно 99,99% масс., в альтернативном варианте от приблизительно 1% масс. до приблизительно 99% масс.

В одном варианте осуществления количество катионного поверхностно-активного вещества, присутствующего в пакете ПКАПАВ, является большим, чем количество анионного поверхностно-активного вещества, и такую композицию называют катионно-обогащенным пакетом ПКАПАВ. В альтернативном варианте, количество анионного поверхностно-активного вещества, присутствующего в пакете ПКАПАВ, является большим, чем количество катионного поверхностно-активного вещества, и такую композицию называют анионно-обогащенным пакетом ПКАПАВ.

В одном варианте осуществления количественное соотношение катионное поверхностно-активное вещество:анионное поверхностно-активное вещество (СКА) может быть выбрано специалистом в соответствующей области техники, воспользовавшимся преимуществами от ознакомления с данным описанием изобретения в целях ослабления нежелательных эффектов, обычно встречающихся при введении пакета поверхностно-активных веществ в контакте с другими материалами. Например, значение СКА может быть выбрано в целях уменьшения или исключения фазового разделения при введении пакета ПКАПАВ в контакт с водным раствором. Кроме того, значение СКА может быть выбрано в целях уменьшения или исключения осаждения одного или обоих компонентов пакета ПКАПАВ при введении в контакт с водным раствором. Например, значение СКА может быть выбрано в диапазоне от приблизительно 1:100 до приблизительно 100:1; в альтернативном варианте от приблизительно 90:1 до приблизительно 1:90; в альтернативном варианте от приблизительно 80:1 до приблизительно 1:80; в альтернативном варианте от приблизительно 70:1 до приблизительно 1:70; в альтернативном варианте от приблизительно 60:1 до приблизительно 1:60; в альтернативном варианте от приблизительно 1:50 до приблизительно 50:1; в альтернативном варианте от приблизительно 40:1 до приблизительно 1:40; в альтернативном варианте от приблизительно 30:1 до приблизительно 1:30; в альтернативном варианте от приблизительно 20:1 до приблизительно 1:20; в альтернативном варианте от приблизительно 10:1 до приблизительно 1:10; в альтернативном варианте от приблизительно 1:9 до приблизительно 9:1.

В одном варианте осуществления пакет ПКАПАВ (например, катионно-обогащенный пакет ПКАПАВ, анионно-обогащенный пакет ПКАПАВ) могут быть ведены в контакт с водным раствором для получения композиции ЗК-ПКАПАВ. Водный раствор может содержать пресную воду или соленую воду, например, ненасыщенный водный раствор соли или насыщенный водный раствор соли, такой как рассол или морская вода. Водный раствор и пакет ПКАПАВ могут быть введены в контакт по любому способу, известному специалисту в соответствующей области техники, воспользовавшемуся преимуществами от ознакомления с данным описанием изобретения. В одном варианте осуществления водный раствор включает рассол. Рассол может представлять собой любой подходящий насыщенный или почти насыщенный раствор соленой воды. Например, рассол может представлять собой любой подходящий насыщенный или почти насыщенный раствор соли, содержащий воду и более, чем приблизительно 90, 95, 99 или 99,9% масс. соли. Не ограничивающие примеры рассолов, подходящих для использования в данном описании изобретения, включают растворы хлорида аммония, хлорида калия, хлорида натрия, бромида цинка, хлорида кальция, бромида кальция, бромида натрия, формиата калия, формиата натрия, формиата цезия или их комбинации. В одном варианте осуществления пакет ПКАПАВ может быть введен в контакт с водным раствором в количестве в диапазоне от приблизительно 0,01 г до приблизительно 20 г пакета ПКАПАВ в расчете на 80 г водного раствора, в альтернативном варианте от приблизительно 0,1 г до приблизительно 15 г пакета ПКАПАВ в расчете на 80 г водного раствора, в альтернативном варианте от приблизительно 1 г до приблизительно 10 г пакета ПКАПАВ в расчете на 80 г водного раствора.

Композиция ЗК-ПКАПАВ, описывающаяся в настоящем документе, может обнаруживать вязкоупругое поведение. Вязкоупругие материалы демонстрируют как вязкие, так и упругие характеристики, будучи подвергнутыми деформированию. В одном варианте осуществления вязкоупругость композиции ЗК-ПКАПАВ может быть отрегулирована для удовлетворения потребностей, желательных для пользователя или способа, в результате регулирования значения СКА или совокупной концентрации поверхностно-активного вещества. Возможность регулирования или настраивания вязкоупругости композиции ЗК-ПКАПАВ может позволить пользователю выбрать надлежащую композицию ЗК-ПКАПАВ исходя из потребностей буровой скважины и ее технологических требований. Например, значение СКА может быть оптимизировано для получения композиции ЗК-ПКАПАВ, демонстрирующей вязкость, подходящую для использования в зонах потери циркуляции при увеличенной глубине или повышенной температуре.

В одном варианте осуществления композиция ЗК-ПКАПАВ может демонстрировать вязкость в диапазоне от приблизительно 0,001 Па*с до приблизительно 100000 Па*с, в альтернативном варианте от приблизительно 1 Па*с до приблизительно 100000 Па*с, в альтернативном варианте от приблизительно 100 Па*с до приблизительно 100000 Па*с в температурном диапазоне от приблизительно 10°С до приблизительно 200°С, в альтернативном варианте от приблизительно 25°С до приблизительно 200°С, в альтернативном варианте от приблизительно 50°С до приблизительно 200°С. Вязкость представляет собой меру сопротивления рабочей жидкости, которую деформируют под действием сдвигового напряжения. Другими словами, это сопротивление жидкости течению. Определение свойств, описывающихся в настоящем документе, может быть сделано при использовании подходящей методологии, известной специалисту в соответствующей области техники. Например, модуль накопления, модуль потерь и вязкость могут быть определены в результате приложения к композиции ЗК-ПКАПАВ постоянной скорости сдвига и считывания показаний по сдвиговому напряжению при использовании чашки с узким зазором в геометрии с балансиром, как это описывается в публикации Rheology: Principles, Measurements and Applications, by C. W. Macosko, Wiley-VCH, New York (1994), которая во всей своей полноте посредством ссылки включается в настоящий документ.

В одном варианте осуществления композиция ЗК-ПКАПАВ может демонстрировать вязкость при нулевом сдвиге в диапазоне от приблизительно 0,001 Па*с до приблизительно 100000 Па*с, в альтернативном варианте от приблизительно 1 Па*с до приблизительно 100000 Па*с, в альтернативном варианте от приблизительно 100 Па*с до приблизительно 100000 Па*с в температурном диапазоне от приблизительно 10°С до приблизительно 200°С, в альтернативном варианте от приблизительно 25°С до приблизительно 200°С, в альтернативном варианте от приблизительно 50°С до приблизительно 200°С. Вязкость при нулевом сдвиге обозначает вязкость на пределе низкой скорости сдвига. Вязкостью при нулевом сдвиге является вязкость, которую продукт в конечном счете достигнет при нахождении в состоянии покоя и при отсутствии возмущений. Вязкость при нулевом сдвиге определяли так, как это описывалось прежде в настоящем документе, при том исключении, что данные экстраполировали к «нулевому» сдвигу, и при данном сдвиге считывали показания вязкости.

В одном варианте осуществления композиция ЗК-ПКАПАВ демонстрирует комплексную вязкость в диапазоне от приблизительно 10 Па*с до приблизительно 100000 Па*с, в альтернативном варианте от приблизительно 100 Па*с до приблизительно 100000 Па*с, в альтернативном варианте от приблизительно 1000 Па*с до приблизительно 100000 Па*с в диапазоне частот от приблизительно 0,00001 Гц до приблизительно 1000 Гц, в альтернативном варианте от приблизительно 0,01 Гц до приблизительно 1000 Гц, в альтернативном варианте от приблизительно 1 Гц до приблизительно 1000 Гц. Комплексная вязкость обозначает зависящую от частоты функцию вязкости, определенную во время вынужденных гармонических колебаний сдвигового напряжения. Она относится к комплексному модулю упругости при сдвиге и представляет угол между вязкостным напряжением и сдвиговым напряжением. Функция комплексной вязкости равна разности между динамической вязкостью и вязкостью, сдвинутой по фазе, или мнимой частью комплексной вязкости:

η*(iω)=η'(ω)-iη''(ω),

где

η*=комплексная вязкость,

η'=динамическая вязкость,

η''=вязкость, сдвинутая по фазе.

Комплексную вязкость определяли так, как это описывалось прежде в настоящем документе, при том исключении, что частоту выдерживали постоянной.

Модуль накопления у вязкоупругих материалов измеряет аккумулированную энергию и представляет упругую часть материала. Модуль потерь относится к энергии, рассеянной в виде тепла, и представляет вязкостную часть, отнесенную к количеству энергии, потерянной вследствие вязкого течения. В одном варианте осуществления композиция ЗК-ПКАПАВ характеризуется модулем накопления в диапазоне от приблизительно 0,001 Па до приблизительно 1000 Па, в альтернативном варианте от приблизительно 0,1 Па до приблизительно 1000 Па, в альтернативном варианте от приблизительно 1 Па до приблизительно 1000 Па в диапазоне частот от приблизительно 0,00001 Гц до приблизительно 1000 Гц, в альтернативном варианте от приблизительно 0,01 Гц до приблизительно 1000 Гц, в альтернативном варианте от приблизительно 1 Гц до приблизительно 1000 Гц. В еще одном варианте осуществления композиция ЗК-ПКАПАВ характеризуется модулем потерь в диапазоне от приблизительно 0,001 Па до приблизительно 1000 Па, в альтернативном варианте от приблизительно 0,1 Па до приблизительно 1000 Па, в альтернативном варианте от приблизительно 1 Па до приблизительно 1000 Па в диапазоне частот от приблизительно 0,00001 Гц до приблизительно 1000 Гц, в альтернативном варианте от приблизительно 0,01 Гц до приблизительно 1000 Гц, в альтернативном варианте от приблизительно 1 Гц до приблизительно 1000 Гц. Модуль накопления и модуль потерь определяли так, как это описывалось прежде в настоящем документе.

В одном варианте осуществления композиция ЗК-ПКАПАВ свободна от твердого вещества. В настоящем документе свобода от твердого вещества обозначает количество твердого вещества, равное или меньшее приблизительно 3% масс., в альтернативном варианте равное или меньше приблизительно 2% масс., в альтернативном варианте равное или меньшее приблизительно 1% масс., в расчете на совокупную массу пакета ПКАПАВ. Примеры твердых веществ включают без ограничения частицы, пески, пластовые материалы или их комбинацию.

В одном варианте осуществления композиция ЗК-ПКАПАВ может выдерживать воздействие высоких градиентов давления. Высокая вязкоупругость, генерированная пакетом ПКАПАВ, позволяет рабочей жидкости выдерживать воздействие высоких градиентов давления.

В одном варианте осуществления пакеты ПКАПАВ, относящиеся к типу, описывающемуся в настоящем документе, могут быть введены в рабочую жидкость для подземного ремонта буровой скважины или в буровую скважину и могут реализовать свою предполагаемую функцию по существу в отсутствие гидротропа и/или избыточной соли (например, пакет ПКАПАВ свободен, по существу свободен от гидротропа и/или избыточной соли или не содержит их существенного количества). Как гидротропы, так и избыточную соль используют для стабилизации роста мицелл. В настоящем документе гидротроп обозначает соединение, которое солюбилизирует гидрофобные соединения в водных растворах. Обычно гидротропы состоят из гидрофильной части и гидрофобной части (подобно поверхностно-активным веществам), но гидрофобная часть в общем случае является чрезмерно малой для стимулирования самопроизвольного самоагрегирования. Примеры гидротропов включают в порядке иллюстрации и без ограничения п-толуолсульфонат натрия, ксилолсульфонат натрия, салицилат натрия, алкиловые спирты или их комбинацию. В альтернативных вариантах осуществления пакеты ПКАПАВ вводят в рабочую жидкость для подземного ремонта буровой скважины или в буровую скважину, и они реализуют свою предполагаемую функцию в присутствии гидротропа. В одном варианте осуществления пакет ПКАПАВ содержит один или несколько гидротропов в количестве, меньшем или равном приблизительно 30, 20, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0,1, 0,01 или 0,001% масс. в расчете на совокупную массу пакета ПКАПАВ. В одном варианте осуществления пакет ПКАПАВ содержит количество соли, равное или меньшее количества насыщения. В одном варианте осуществления пакет ПКАПАВ содержит избыточное количество соли, равное или меньшее приблизительно 1,0, 0,1, 0,01, 0,001 или 0,0001% масс., в сопоставлении с количеством насыщения (то есть, ≤1,0, 0,1, 0,001 или 0,0001% масс. избыточной соли).

Как можно сказать без желания ограничивать себя теорией, настраиваемая вязкогупругость композиции ЗК-ПКАПАВ, описывающейся в настоящем документе, может быть приписана механизму роста мицелл в данных композициях. Один механизм образования и роста мицелл может включать электростатические взаимодействия между катионным поверхностно-активным веществом и анионным поверхностно-активным веществом (например, в пакете ПКАПАВ). При данном механизме пакет ПКАПАВ взаимодействует с образованием псевдо-цвиттер-ионного поверхностно-активного вещества с двойными концевыми цепями, которое самоорганизуется с образованием двойного слоя поверхностно-активного вещества в форме ламеллярных листов везикул или червеобразных мицелл. Присутствие соли (например, гидротропа) может облегчить рост мицелл или создание мультиламеллярных везикул вследствие взаимодействия между катионным и анионным поверхностно-активными веществами, катионным/анионным поверхностно-активным веществом и гидротропом и катионным/анионным поверхностно-активным веществом и неорганической солью.

В дополнение к этому, на получающиеся в результате мицеллы может оказывать воздействие длина цепи катионного и анионного поверхностно-активного вещества. В случае подобия длины цепи у катионного и анионного поверхностно-активных веществ будет наблюдаться уширенное фазовое пространство, где агрегаты с двойным слоем будут стабильными. Однако в случае наличия разницы длин цепей фазовое пространство двойного слоя будет меньшим, что, таким образом, будет стабилизировать мицеллы в более широком концентрационном диапазоне. Для генерирования разницы длин цепей между катионными и анионными поверхностно-активными веществами количество катионного поверхностно-активного вещества может быть намного большим в сопоставлении с тем, что имеет место для анионного поверхностно-активного вещества, и наоборот. Кроме того, фаза мицелл будет стабильной даже при эквимолярных количествах катионных и анионных поверхностно-активных веществ, когда разница длин цепей между катионными и анионными поверхностно-активными веществами будет достаточно большой. Однако фаза мицелл не будет стабильной в случае подобия длин цепей у катионных и анионных поверхностно-активных веществ.

Второй предложенный механизм включает фазовый переход для пакета ПКАПАВ от маловязкой фазы везикул (например, близкой к фазе воды при 1% об. сфер) до более высоковязкой вязкоупругой фазы в результате увеличения температуры. В настоящем документе более высоковязкая вязкоупругая фаза относится к величине, большей, чем у фазы везикул, одновременно при той же самой совокупной концентрации поверхностно-активного вещества. При данном механизме фазу двойного слоя моноламеллярных везикул создают в результате перемешивания катионного поверхностно-активного вещества и анионного поверхностно-активного вещества. В противоположность первому механизму, при котором разница длины углеродных цепей способствует образованию мицелл, количество катионного поверхностно-активного вещества может быть подобным количеству анионного поверхностно-активного вещества в фазе везикул, например, при значении СКА 1:1. По мере увеличения температуры скорость обмена поверхностно-активным веществом между везикулой и водой будет увеличиваться. Увеличение происходит быстрее для более короткоцепного поверхностно-активного вещества, чем для более длинноцепного поверхностно-активного вещества, что приводит к получению меньшей концентрации (например, согласно определению по методу ядерного магнитного резонанса) одного поверхностно-активного вещества в двойном слое, таким образом, возможно промотируя рост мицелл.

Третий предложенный механизм включает развитие самопроизвольной кривизны в результате перемешивания поверхностно-активных веществ и создания ламеллярной фазы, свободной от дефектов, при наличии гелеобразных качеств в соответствии с визуализацией при использовании стандартных методик получения изображений. При данном механизме гель-катионное поверхностно-активное вещество/анионное поверхностно-активное вещество образован ламеллярной дефектной фазой. При высокой концентрации поверхностно-активного вещества с двойными концевыми цепями (например, при низком уровне содержания воды, равном или большем приблизительно 50% масс. поверхностно-активного вещества) зачастую образуется фаза ламеллярного листа (L_alpha). По мере увеличения уровня содержания воды до количества в диапазоне от приблизительно 60% масс. до приблизительно 80% масс. межслойный интервал двойного слоя в общем случае набухает до определенного межслойного интервала, который выталкивает любое избыточное количество воды, которое добавляют. Данный межслойный интервал может быть определен при использовании любой подходящей методики, такой как методика малоуглового рассеяния рентгеновского излучения. В случае двойных слоев катионное поверхностно-активное вещество/анионное поверхностно-активное вещество («псевдо» - поверхностно-активных веществ с двойными концевыми цепями) существует самопроизвольная кривизна, которая по мере добавления большего количества воды приводит к образованию дефектных участков мультиламеллярных везикул (МЛВ), существующих совместно с фазой ламеллярного листа. Образование дефектных участков МЛВ в фазе ламеллярного листа дополнительно приводит к переплетению ламеллярных листов с дефектными участками МЛВ, что, тем самым, создает высоковязкоупругий гель, демонстрирующий вязкость, большую, чем 1000 сантипуазов.

В одном варианте осуществления композиция ЗК-ПКАПАВ, относящаяся к типу, описывающемуся в настоящем документе, может быть использована для борьбы с потерей циркуляции в подземном пласте. Необходимо понимать то, что «подземный пласт» включает как участки ниже обнаженной поверхности земли, так и участки ниже земли, покрытой водой, такой как океанская или пресная вода. В способе бурения скважины зачастую встречаются зоны низкого градиента гидравлического разрыва пласта, зоны трещиноватости и тому подобное, и потеря всей буровой рабочей жидкости в пласт становится проблемой. Потери буровой рабочей жидкости могут воспрепятствовать проведению бурения скважины, увеличить затраты на бурение скважины, предотвратить проведение бурения скважины до целевой глубины и/или вызвать совокупную потерю в пробуренной необсаженной секции ствола скважины. В таком варианте осуществления пакет ПКАПАВ может быть введен в бурильную колонну, закачан во время бурения в зону потери циркуляции, такую как пустоты, кавернозные зоны и природные или искусственно образованные трещины. После этого пакет ПКАПАВ может быть введен в контакт с рабочей жидкостью в зоне потери циркуляции для получения композиции ЗК-ПКАПАВ, которая по существу запечатывает зону потери циркуляции при незначительном или нулевом прерывании операций бурения и уменьшении потери буровой рабочей жидкости в зону потери циркуляции.

В еще одном варианте осуществления пакет ПКАПАВ может быть закачан в зону потери циркуляции, рабочая жидкость для подземного ремонта буровой скважины может быть введена из буровой скважины в зону потери циркуляции, где пакет ПКАПАВ вступает в контакт с рабочей жидкостью для подземного ремонта буровой скважины и образует композицию ЗК-ПКАПАВ, которая по существу запечатывает зону потери циркуляции. В соответствии с использованием в настоящем документе, «рабочая жидкость для подземного ремонта буровой скважины» относится к рабочей жидкости, использующейся для бурения, заканчивания, капитального ремонта, гидравлического разрыва пласта, ремонта или любого другого способа подготовки буровой скважины для извлечения материалов, находящихся в подземном пласте, в который проникает буровая скважина. Примеры рабочих жидкостей для подземного ремонта буровой скважины включают нижеследующее, но не ограничиваются только этим: цементные растворы, буровые рабочие жидкости или глинистые растворы, разделительные рабочие жидкости, рабочие жидкости для гидравлического разрыва пласта, рабочие жидкости для получения гравийной набивки или рабочие жидкости для заканчивания буровой скважины, все из которых хорошо известны на современном уровне техники. Способы введения композиций в буровую скважину для запечатывания подземных зон описываются в патентах США №№5913364; 6167967 и 6258757, каждый из которых во всей своей полноте посредством ссылки включается в настоящий документ.

Композиция ЗК-ПКАПАВ может образовывать внутри зоны потери циркуляции нетекучую цельную массу высокой вязкости, которая закупоривает зону и предотвращает потерю закачанной впоследствии рабочей жидкости. В одном варианте осуществления значение СКА регулируют таким образом, чтобы получить высоковязкую композицию ЗК-ПКАПАВ, которая закупоривает зону при повышенных температурах, таких как те, которые встречаются при увеличенных глубинах в буровой скважине.

В еще одном варианте осуществления композиции ЗК-ПКАПАВ образуют высоковязкий тампон при использовании в рассолах для заканчивания буровой скважины. Композиции ЗК-ПКАПАВ, описывающиеся в настоящем документе, могут образовать свободный от твердого вещества тампон после перфорации и/или рабочую жидкость для снижения поглощения после образования гравийной набивки, которые являются подходящими для использования при подземном ремонте буровой скважины во время проведения операций по заканчиванию.

В одном варианте осуществления композицию ЗК-ПКАПАВ используют для подземного ремонта буровой скважины. Впоследствии вязкоупругость композиции ЗК-ПКАПАВ может деградировать (то есть, вязкость композиции ЗК-ПКАПАВ может быть уменьшена) в результате введения композиции ЗК-ПКАПАВ в контакт с эффективным количеством понизителя вязкости, такого как углеводород или внутренний разжижитель. Возможность деградации вязкости композиции ЗК-ПКАПАВ может оказаться подходящей для использования, например, в случае очистки буровой скважины. Примеры внутренних разжижителей, подходящих для использования в данном описании изобретения, включают без ограничения разжижитель SP, разжижитель VICON NF, разжижитель OXOL II, разжижитель GBW-40 и разжижитель НТ, которые коммерчески доступны в компании Halliburton. Примеры углеводородов, подходящих для использования в данном описании изобретения, включают в порядке иллюстрации и без ограничения сырую нефть, природный газ и газовые гидраты. Эффективные количества углеводородов и внутренних разжижителей могут быть определены специалистом в соответствующей области техники, воспользовавшимся данным описанием изобретения.

ПРИМЕРЫ

Описание изобретения приведено для общего случая, следующие далее примеры представлены в качестве конкретных вариантов осуществления описания изобретения и для демонстрации его практики и преимуществ. Необходимо понимать то, что примеры приведены в порядке иллюстрации и никоим образом не предназначены для ограничения описания изобретения или формулы изобретения.

ПРИМЕР 1

Исследовали реологическое поведение композиций ЗК-ПКАПАВ, относящихся к типу, описывающемуся в настоящем документе. Получали восемь образцов, обозначенных как образцы 1-8. Образцы 1-4 получали при использовании олеината натрия (NaOle), который коммерчески доступен в компании TCI America, в качестве анионного поверхностно-активного вещества и хлорида октилтриметиламмония (С₈ТАС), который коммерчески доступен в компании TCI America, в качестве катионного поверхностно-активного вещества. Образцы 1-4 полу