Замедленное разрушение структуры текучих сред для обработки скважин

Замедленное разрушение структуры текучих сред для обработки скважин

Реферат

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Изложенное в данном разделе дает только основную информацию, относящуюся к настоящему изобретению, и может не составлять прототип.

Представлены композиции и способы обработки подземных пластов, в частности композиции для стимуляции нефтяного месторождения и способы с использованием полимеров, сшитых ионными комплексами, для повышения вязкости обрабатывающей текучей среды.

Большие объемы жидкостей для гидравлического разрыва пласта и других текучих сред для обработки скважин обычно загущают с помощью полимеров, таких как гуаровая смола, вязкость которых значительно повышается при сшивании ионным комплексом, например бора или металла, такого как хром, алюминий, гафний, сурьма и т.д., более часто металла Группы 4, такого как цирконий или титан. При ссылке на «Группы» Периодической Таблицы используют новую систему нумерации Групп Периодической Таблицы согласно ИЮПАК, как можно найти в издании “HAWLEY'S CONDENSED CHEMICAL DICTIONARY”, стр. 888 (11-ое издание, 1987).

Во время выполнения гидравлического разрыва пласта требуются текучие среды с высокой вязкостью для создания гидравлического разрыва, а также доставки расклинивающих наполнителей в трещину. Однако после завершения обработки необходимо, чтобы структура вязкой текучей среды разрушилась для облегчения вытекания обратно на поверхность без выноса расклинивающих наполнителей наружу.

Для разрушения структуры текучих сред, загущенных такими полимерами, как гуар, обычно используют окислители, такие как персульфаты или броматы. Считается общепризнанным, что механизм связан с разрушением полимера в результате цепных реакций расщепления радикального типа. Очень часто используются инкапсулированные окислители, чтобы эти текучие среды для гидравлического разрыва пласта не разрушались преждевременно. В то время как окислители эффективно действуют в отношении снижения вязкости текучей среды, было обнаружено, что текучая среда, включающая окисленный полимер, часто содержит нерастворимые материалы, которые могут вести к повреждению пласта и/или обусловливать проницаемость трещины. Для разрушения структуры полимерных текучих сред в забое скважины также иногда употребляют ферменты и средства для снижения величины рН.

Избыточного сшивания полимеров, также известного как сверхсшивание, которое иногда непредумышленно происходит в лаборатории в неконтролируемом режиме, как правило, избегают в условиях работы, где окислители, ферменты и реагенты для снижения величины рН являются наиболее широко распространенными средствами разрушения структуры.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Некоторые варианты осуществления относятся к разрушению структуры текучих сред для гидравлического разрыва пласта путем сверхсшивания, например, после размещения расклинивающих наполнителей во время выполнения обработки с гидравлическим разрывом пласта. Как используется в данном описании, сверхсшивание происходит, когда постепенное дополнительное сшивание приводит к относительному снижению вязкости или молекулярной массы полимера или обоих. Текучие среды, которые являются чрезмерно сшитыми, в общем имеют гораздо меньшую вязкость и поэтому легче вытекают обратно, приводя к более высокой проницаемости трещины. Сверхсшивание в вариантах воплощения может быть обеспечено либо более высокой концентрацией сшивающего реагента, либо более высоким значением рН, например, вследствие избытка выделяющего гидроксид-ионы соединения или же обоими таковыми. Избыток сшивающего реагента и/или основания может вести к сверхсшиванию полимера, что приводит к формированию текучей среды с вязкостью, сравнимой с вязкостью воды. В варианте осуществления избыток сшивающего реагента и/или щелочей может быть введен в инкапсулированной форме для облегчения размещения расклинивающих наполнителей.

В то время как сверхсшивание нежелательно во время гидравлического разрыва пласта и других обработок, где для доставки расклинивающих наполнителей в трещины необходимы вязкие текучие среды, для обратного течения текучей среды может быть благоприятной ситуация, где сверхсшивание задерживается до тех пор, пока обработка во всем остальном завершится. В варианте осуществления сверхсшивание определяющего реологические характеристики полимера в контролируемом режиме может быть использовано как путь разрушения структуры текучих сред для гидравлического разрыва пласта. Один вариант осуществления включает употребление инкапсулированного реагента для сверхсшивания в текучей среде для гидроразрыва пласта во время обработки с гидравлическим разрывом пласта и затем высвобождение реагента для сверхсшивания после размещения расклинивающего наполнителя на своем месте.

В некоторых других вариантах осуществления представлены способы обработки любой пригодной структуры, предназначенной для обработки. В этих вариантах осуществления обрабатывающую текучую среду готовят и вводят в обрабатываемую структуру. Способный к гидратации полимер сшивают для повышения вязкости обрабатывающей текучей среды, и сшитый полимер подвергают сверхсшиванию для замедленнного разрушения структуры обрабатывающей текучей среды. Понятие «пригодная структура» означает любую структуру, образованную естественным образом или сформированную искусственно; например, но не обязательно ограничиваясь таковыми, подземную формацию, трубопровод, трубную систему, буровую скважину, контейнер и тому подобные.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖА

На чертеже показан реологический профиль раствора, сшитого боратом гуара с избытком борной кислоты согласно варианту осуществления изобретения, описанному в Примере 1.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Сначала следует отметить, что при разработке любого такого реального варианта исполнения многочисленные решения, конкретно согласованные с вариантом осуществления, должны быть приняты для достижения конкретных целей разработчика, таких как совместимость с соответствующей системой и с соответствующими производственными ограничениями, которые будут варьировать от одного варианта реализации к другому. Более того, должно быть принято во внимание, что такие проектно-конструкторские работы могут быть сложными и отнимать много времени, но тем не менее должны быть привычными для специалистов с обычной квалификацией в этой области техники, для которых настоящее изобретение будет полезным. В дополнение, композиция, используемая/раскрытая здесь, может также включать некоторые компоненты, иные, нежели здесь упомянутые. В разделе, посвященном сущности изобретения, и в данном подробном описании каждое численное значение должно сначала трактоваться только как модифицированное термином «около» (кроме случаев, где такая модификация уже четко выражена) и затем читаться опять без такого модифицирования, если только в контексте не оговорено иное. Кроме того, в разделе, посвященном сущности изобретения, и в данном подробном описании должно быть понятно, что диапазон концентраций, перечисленный или описанный как применимый, пригодный или тому подобный, предполагается включающим любую и каждую концентрацию в пределах диапазона, в том числе конечные точки, которые должны рассматриваться как определенно указанные. Например, выражение «диапазон от 1 до 10» следует читать как указывающее каждое и всякое возможное число вдоль непрерывного отрезка между около 1 и около 10. Таким образом, даже если внутри диапазона однозначно идентифицированы конкретные значащие точки, или даже никакие значащие точки не обозначены в пределах диапазона, или конкретизированы лишь немногие из таковых, должно быть понятно, что авторы настоящего изобретения принимают во внимание и понимают, что любые и все значащие точки внутри диапазона должны рассматриваться как указанные и что авторы настоящего изобретения обладают сведениями обо всем диапазоне и всех точках в пределах диапазона.

Введение. Некоторые варианты осуществления относятся к способу и системе, где текучая среда для обработки скважин, загущенная сшитым полимером, разрушается после введения в буровую скважину путем сверхсшивания полимера. В одном варианте осуществления способ обработки подземной формации, пронизанной буровой скважиной, может включать стадии: введения обрабатывающей текучей среды в буровую скважину; сшивания гидратируемого полимера для повышения вязкости обрабатывающей текучей среды по меньшей мере для части стадии введения и сверхсшивания сшитого полимера для замедленного разрушения структуры обрабатывающей текучей среды. Сверхсшивание в вариантах осуществления может включать реагирование сшитого полимера с избытком сшивающего реагента в степени, действенной для разрушения структуры текучей среды, повышение величины рН в степени, достаточной для разрушения структуры текучей среды, или комбинацию таковых, в которой уровень рН в комбинации с избыточным количеством сшивающего реагента является эффективным для разрушения структуры текучей среды.

Обрабатывающая текучая среда в вариантах осуществления может включать избыток щелочного материала, который может быть инкапсулированным или неинкапсулированным и/или выбран из группы, состоящей из гидроксидов, оксидов, карбонатов, бикарбонатов металлов и тому подобных и включающей смеси и комбинации таковых.

В одном варианте осуществления способ может далее включать стадию примешивания избытка сшивающего реагента к обрабатывающей текучей среде в буровой скважине или в формации. Альтернативно или дополнительно, обрабатывающая текучая среда может включать избыток сшивающего реагента. В одном варианте осуществления избыточный сшивающий реагент может быть инкапсулированным. В одном варианте осуществления избыточный сшивающий реагент может включать борат или в еще одном варианте осуществления может быть выбран из титаната, цирконата, алюмината и тому подобного и их комбинаций. В одном варианте осуществления стадия введения может включать гидравлический разрыв пласта, обрабатывающая текучая среда может доставлять расклинивающий наполнитель для размещения в трещине, и/или текучая среда может быть разрушена после размещения расклинивающего наполнителя.

В еще одном аспекте вариант исполнения способа обработки подземной формации, пронизанной буровой скважиной, может включать стадии: введения в буровую скважину обрабатывающей текучей среды, включающей расклинивающий наполнитель, который суспендирован в носителе, загущенном сшитым полисахаридом, для отложения расклинивающего наполнителя в трещине, созданной в формации, после этого сверхсшивания сшитого полимера для разрушения структуры обрабатывающей текучей среды и вытекания разрушенной обрабатывающей текучей среды через трещину обратно в буровую скважину. В одном варианте осуществления обрабатывающая текучая среда включает избыток сшивающего реагента, который в других вариантах осуществления может быть инкапсулированным или неинкапсулированным и/или выбранным из бората, титаната, цирконата, алюмината, или тому подобного, включая комбинации таковых.

В варианте осуществления весь избыточный сшивающий реагент или часть такового может оставаться в виде твердого вещества во время введения и после этого растворяться для выполнения стадии сверхсшивания. Обрабатывающая текучая среда в вариантах осуществления может включать избыток щелочного материала, который может быть инкапсулированным или неинкапсулированным и/или выбранным из группы, состоящей из гидроксидов, оксидов, карбонатов, бикарбонатов металлов и тому подобных и включающей их комбинации.

Текучая среда как носитель. Текучая среда как носитель в разнообразных вариантах осуществления может быть водной, неводной, на масляной основе или смесью воды и смешивающейся с водой жидкости, такой как синтетическое или минеральное масло, включая эмульсии и инвертные эмульсии и тому подобные. В еще одном варианте осуществления текучая среда-носитель может включать газофазный компонент, например, в виде насыщенной газом текучей среды или пены, например, с диоксидом углерода, воздухом, азотом, природным газом или тому подобным, в том числе смесями таковых.

В варианте осуществления полимер является гидратируемым, и там, где текучая среда-носитель включает водный компонент, полимер в общем может быть стабильным в присутствии растворенных солей. Соответственно этому для приготовления раствора полимера, употребляемого в варианте осуществления, могут быть использованы обычная водопроводная вода, пластовая вода, рассолы и тому подобные. В вариантах осуществления, где текучей средой-носителем является рассол, рассол представляет собой воду, включающую неорганическую соль или органическую соль. В вариантах осуществления неорганические соли включают галогениды щелочных металлов, например такие, как хлорид калия. Рассол в качестве фазы-носителя может также включать органическую соль, например такую, как формиат натрия или калия. Варианты исполнения неорганических солей с двухвалентными металлами включают галогениды кальция, такие как хлорид кальция или бромид кальция. Могут быть также использованы бромид натрия, бромид калия или бромид цезия. В варианте осуществления соль может быть выбрана по соображениям совместимости, например, где в буровом растворе для пластового резервуара используют конкретную фазу соляного раствора и для завершения/промывания выбирают фазу текучей среды в виде рассола, такого же, как предыдущая фаза соляного раствора. Некоторые соли могут также действовать как стабилизаторы, например стабилизаторы глины, такие как хлорид калия (KCl) или хлорид тетраметиламмония (ТМАС), и/или экранирование заряда ионных полимеров.

Полимерные загустители. В вариантах осуществления полимер является в достаточной мере растворимым или диспергируемым в текучей среде-носителе для корректирования реологических характеристик, например водорастворимым или гидратируемым в случае текучих сред, имеющих водную фазу или растворимых в масле или растворителях, где текучая среда имеет несмешивающуюся с водой фазу из масла или растворителя.

Полимерный загуститель в варианте осуществления представляет собой водорастворимый полисахарид с высокой молекулярной массой, содержащий цис-гидроксильные и/или карбоксилатные группы, которые могут формировать комплекс с боратом, металлом или другим сшивающим реагентом. Без ограничения, применимые полисахариды для практической реализации настоящего изобретения имеют молекулярные массы в диапазоне от около 200000 до около 3000000. Галактоманнаны представляют вариант осуществления, в котором полисахариды, имеющие вицинальные цис-гидроксильные группы, соответствуют целям изобретения. Термин «галактоманнаны» в различных аспектах имеет отношение к встречающимся в природе полисахаридам, происходящим из эндосперма разнообразных семян. Они главным образом составлены D-маннозой и D-галактозой. В общем они имеют сходные физические свойства, такие как растворимость в воде с образованием густых высоковязких растворов, которые обычно могут образовывать гели (сшиваться) при добавлении таких неорганических солей, как бура. Примеры некоторых производимых растениями семян, содержащих галактоманнановые камеди, включают цезальпинию колючую (тара), акацию Фарнеза, плоды рожкового дерева, дерево пало верде, делоникс царственный, бобы гуарового дерева, гледичию сладкую, люцерну, бобы кентуккского кофейного дерева, софору японскую, индигоферу, дженну, кроталярию ситниковую, клевер, семена растения Fenergruk, оболочку соевых бобов и тому подобные. Камедь поставляется в удобной диспергированной форме. Из других полисахаридов конкретный вариант исполнения представляют гуар и его производные. Таковые включают гуаровую смолу, карбоксиметилгуар, гидроксиэтилгуар, карбоксиметилгидроксиэтилгуар, гидроксипропилгуар (HPG), карбоксиметилгидроксипропилгуар (CMHPG), хлорид гуаргидроксиалкилтриаммония и комбинациии таковых. В качестве галактоманнана гуаровая смола представляет собой разветвленный сополимер, содержащий маннозный скелет с галактозными ответвлениями.

В качестве гидратируемого полимера могут быть использованы гетерополисахариды, такие как диутан, ксантан, смесь диутана с любыми другими полимерами и склероглюкан. Для высокотемпературных вариантов применения типично употребляют синтетические полимеры, такие как, но не ограничивающиеся таковыми, полиакриламидные и полиакрилатные полимеры и сополимеры.

Гидратируемый полимер может присутствовать в любой пригодной концентрации. В разнообразных вариантах осуществления гидратируемый полимер может присутствовать в количестве от около 1,2 до менее чем около 7,2 г/л (от 10 до 60 фунтов на тысячу галлонов или ppt) жидкой фазы, или от около 15 (1,8 г/л) до менее чем около 40 фунтов (4,8 г/л) на тысячу галлонов, от около 1,8 г/л (15 ppt) до около 4,2 г/л (35 ppt), от 1,8 г/л (15 ppt) до около 3 г/л (25 ppt), или даже от около 2 г/л (17 ppt) до около 2,6 г/л (22 ppt). В общем гидратируемый полимер может присутствовать в количестве от около 1,2 г/л (10 ppt) до менее чем около 6 г/л (50 ppt) жидкой фазы с нижним пределом полимера на уровне не менее чем около 1,2, 1,32, 1,44, 1,56, 1,68, 1,8, 1,92, 2,04, 2,16 или 2,18 г/л (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 или 19 ppt) жидкой фазы и верхним пределом на уровне менее чем около 7,2 г/л (60 ppt), не более чем 7,07, 6,47, 5,87, 5,27, 4,67, 4,07, 3,6, 3,47, 3,36, 3,24, 3,12, 3, 2,88, 2,76, 2,64, 2,52 или 2,4 г/л (59, 54, 49, 44, 39, 34, 30, 29, 28, 27, 26, 25, 24, 23, 22, 21 или 20 ppt) жидкой фазы. В некоторых вариантах осуществления полимеры могут присутствовать в количестве около 2,4 г/л (20 ppt) или около 3,6 г/л (30 ppt).

Текучие среды, включающие гидратируемый полимер, могут до сшивания и сверхсшивания иметь любую пригодную вязкость, и в разнообразных вариантах осуществления значение вязкости около 50 мПа^.с или больше при скорости сдвига около 100 с^-1 при температуре обработки около 75 мПа·с или больше при скорости сдвига около 100 с^-1 и около 100 мПа·с или больше. При упомянутых концентрациях скорость гидратации не зависит от концентрации гуара. При применении более низких уровней содержания проявляется тенденция к недостаточному развитию вязкости, тогда как высокие концентрации ведут к расточительному расходованию материала. Там, где этих недостатков можно избежать, применимы более высокие и более низкие концентрации.

Когда полимер упоминают как включающий мономер или сомономер, то мономер присутствует в полимеризованной форме мономера или в виде производного мономера. Однако для простоты при таком упоминании в качестве условного обозначения может быть использована фраза «включающий (соответствующий) мономер» или тому подобная.

Сшивающие реагенты. В варианте осуществления сшивающие реагенты выполняют два последовательных действия. Во время введения или другого применения обрабатывающей текучей среды, где требуется высоковязкая текучая среда, первую порцию сшивающего реагента вносят для традиционного сшивания полимера с дальнейшим загущением обрабатывающей текучей среды. После первичных операций обработки, которые могут включать гидравлический разрыв пласта или транспортирование расклинивающего наполнителя в трещину, в конкретных неограничивающих вариантах осуществления, когда желательно удаление обрабатывающей текучей среды, в одном варианте осуществления вторая порция сшивающего реагента создает избыток сшивающего реагента, действующего для разрушения полимера или обрабатывающей текучей среды. Первая и вторая порции сшивающего реагента могут быть одинаковыми или различными, например, один сшивающий реагент может быть использован для модификации реологических характеристик текучей среды-носителя во время обработки и еще один сшивающий реагент для сверхсшивания и разрушения текучей среды.

Избыток имеющегося сшивающего реагента существует, когда при постепенном увеличении количества сшивающего реагента раствор полимера начинает проявлять снижение эффективной молекулярной массы, вязкости или обеих таковых. Сверхсшивание, как применяемое здесь, не ограничивается каким-то конкретным механизмом или явлением, соответственно которому избыточный сшивающий реагент производит снижение эффективной молекулярной массы и/или вязкости.

Сшивание часто, но не всегда, обусловливается поливалентной молекулой или комплексом сшивающего реагента, реагирующими с реакционными центрами на двух или более полимерных цепях. Когда сшивающий реагент представляет собой ключевой компонент реакции в растворе или дисперсии полимера и реакционные центры полимера легкодоступны на соседствующих полимерных цепях, сшивание может связывать полимерные цепи и эффективно повышать молекулярную массу полимера и вязкость раствора. Когда содержание сшивающего реагента возрастает относительно центров связывания в полимере, степень сшивания увеличивается и эффективная молекулярная масса возрастает; но когда концентрация сшивающего реагента еще более повышается, в одном варианте осуществления может наступить момент, когда молекулы сшивающего реагента начинают соединять центры связывания только одного полимера и препятствуют связыванию с цепью еще одного полимера, поскольку соседние центры связывания уже прореагировали с еще одной молекулой сшивающего реагента, эффективно подавляя образование сшивок, так что дополнительный сшивающий реагент будет эффективно снижать молекулярную массу полимера и вязкость раствора.

Далее, в одном варианте осуществления одинаковая полярность моновалентного сшивающего реагента может также обусловливать отталкивание зарядов, далее способствуя подавлению перекрывания и/или доступности соседствующих центров связывания на полимерных цепях. Когда в варианте осуществления сшивающий реагент необратимо связывается с полимерными цепями, добавление избыточного сшивающего реагента может разрушать полимер путем замещения поливалентно связанных молекул сшивающего реагента или комплексов моновалентными таковыми.

Еще один вариант исполнения сверхсшивания включает сжатие полимера или распутывание, например синерезис. В этом варианте осуществления избыток сшивающего реагента может вызывать прочное сцепление полимерных цепей друг с другом и сжатие в дискретную частицу, вытесняя воду и препятствуя сплетанию свободных цепей с цепями других полимерных молекул. Полимер уже больше не может образовывать перекрывающуюся сетчатую структуру, так что, хотя это необязательно связано со снижением молекулярной массы чрезмерно сшитого полимера, реологические эффекты текучей среды-носителя сводятся к минимуму. Далее, полимерные цепи и/или центры сшивания могут быть чувствительными к сдвигу, который может обусловливать разрыв цепей или сшивок, что в этом варианте осуществления, особенно в случае избытка необратимо действующих сшивающих реагентов, может далее способствовать разрушению текучей среды. В вариантах осуществления разрушенная текучая среда имеет вязкость в условиях формации, подобную или меньшую таковой для текучей среды, в которой полимер является несшитым, или подобную текучей среде-носителю как таковой без полимера, например такую, как значение вязкости около 100 мПа·с или менее при скорости сдвига около 100 с^-1 при температуре формации, около 75 мПа·с или менее при скорости сдвига около 100 с^-1 или около 50 мПа·с или менее.

Сверхсшивание в вариантах осуществления может быть обусловлено присутствием избытка сшивающего реагента самого по себе или изменением условий, которые благоприятствуют образованию реакционноспособной формы активных частиц сшивающего реагента. Например, повышение значения рН может иметь результатом преобразование борной кислоты, которая представляет собой вид сшивающего реагента, который по существу инертен в отношении сшивания, в борат, который легко реагирует, сшивая такие полимеры, как гуар и его производные. Надлежащее замедление сверхсшивания может быть достигнуто, например, инкапсулированием избытка сшивающего реагента или соединения, служащего источником гидроксид-ионов, путем введения в медленно растворяющуюся или разлагающуюся матрицу или другую физическую форму, применением замедляющих сшивание реагентов или тому подобного.

Боратные сшивающие реагенты. В случае сшитых боратами гелей повышение величины рН и тем самым увеличение эффективной концентрации активного сшивающего средства, боратного аниона, обратимо создает боратные сшивки. Снижение значения рН может простейшим путем снизить содержание наличествующего бората и тем самым подавить образование связей «борат-полимер». Боратный ион существует при высоком значении рН, выше 8, и доступен для сшивания и инициирования гелеобразования. При более низкой величине рН борат связан с протоном и не может участвовать в сшивании, тем самым гелеобразование, обусловленное боратным ионом, становится обратимым. Источник(-ки) бората может(-гут) быть использован(-ны) в варианте осуществления в качестве сшивающего средства или вспомогательного сшивающего реагента и/или избыточного сшивающего реагента для сверхсшивания.

В одном варианте осуществления при низкой температуре обратимое сшивание с использованием источника бората используется в общем для непрерывного повышения вязкости перед тем, как полимер будет подвергнут сшиванию металлическим соединением, или одновременно с таковым. Водная смесь может тем самым включать источник бората, который может быть либо включен как растворимый борат либо как прекурсор бората, такой как борная кислота, или же он может быть введен как суспензия твердых источников бората для замедления боратного сшивания, пока текучая среда находится вблизи выхода из трубной системы в формацию у забоя скважины. По определению «суспензия» представляет собой смесь суспендированных твердых веществ и жидкостей. В одном варианте осуществления суспензия может быть получена на месте расположения буровой скважины или поблизости от такового или же может быть приготовлена в отдаленном месте и доставлена к месту предполагаемого употребления. Способы получения суспензий известны в технологии. В одном варианте осуществления суспензию готовят вне места применения, поскольку этим можно сократить расходы, связанные с доставкой оборудования, материалов и экспертизой для получения суспензии на месте.

Термин «меш», как применяемый в настоящей заявке, означает размер ячейки сита по шкале Тайлера. Размер ячейки сита по Тайлеру представляет собой шкалу размеров частиц в порошках. Частицы могут быть классифицированы по размеру просеиванием или сортировкой, то есть пропусканием образца через сито с конкретной величиной отверстий. Частицы могут быть разделены на две или более фракций с помощью набора сит с определением тем самым гранулометрического состава частиц.

Твердые боратные сшивающие реагенты, пригодные в определенных вариантах осуществления настоящего изобретения, являются реакционноспособными по отношению к воде и нерастворимыми в неводной суспензии, но становятся растворимыми, когда суспензию смешивают с водной средой. В определенных вариантах осуществления твердые вещества будут включать медленно растворяющийся содержащий бор минерал. Таковые могут включать бораты, такие как безводная бура и гидрат бората, например тетрабората натрия.

Термин «неводный», как применяемый в настоящей заявке, в одном смысле имеет отношение к композиции, к которой не была добавлена вода, и в еще одном смысле имеет отношение к составу жидкой фазы, которая включает не более 1, 0,5, 0,1 или 0,01 весового процента воды, в расчете на вес жидкой фазы. Жидкая фаза боратной суспензии в вариантах осуществления может представлять собой углеводород или масло, такое как лигроин, керосин или дизельное топливо, или немасляную жидкость. В случае гидрофобных жидкостей, таких как углеводороды, растворение твердых боратов замедляется, поскольку вода должна проникать сквозь гидрофобную оболочку на твердых частицах.

В одном варианте осуществления жидкая фаза боратной суспензии может включать гигроскопическую жидкость, которая в общем является неводной и немасляной. Жидкость может иметь сильное сродство к воде, удерживая воду вне контакта с любым сшивающим реагентом, который в противном случае сократил бы желательное замедление сшивания, то есть ускорил бы гелеобразование. Один класс гигроскопических жидкостей представляют гликоли, в том числе простые эфиры гликолей и в особенности включающие частичные простые эфиры гликолей. Конкретные показательные примеры этилен- и пропиленгликолей включают этиленгликоль, диэтиленгликоль, триэтиленгликоль, пропиленгликоль, дипропиленгликоль, трипропиленгликоль, моноалкиловые простые С₁-С₈-эфиры таковых и тому подобные. Дополнительные примеры включают 1,3-пропандиол, 1,4-бутандиол, 1,4-бутендиол, тиодигликоль, 2-метил-1,3-пропандиол, пентан-1,2-диол, пентан-1,3-диол, пентан-1,4-диол, пентан-1,5-диол, пентан-2,3-диол, пентан-2,4-диол, гексан-1,2-диол, гептан-1,2-диол, 2-метилпентан-2,4-диол, 2-этилгексан-1,3-диол, моноалкиловые простые С₁-С₈-эфиры таковых и тому подобные.

В одном варианте осуществления гигроскопическая жидкость может включать простые эфиры гликолей с молекулярной формулой R-OCH₂CHR¹OH, где R представляет собой замещенный или незамещенный углеводородный фрагмент с числом атомов углерода от около 1 до 8, и R¹ представляет собой водород или алкил с числом атомов углерода от около 1 до 3. Конкретные показательные примеры включают растворители, основанные на алкиловых простых эфирах этилен- и пропиленгликоля, имеющиеся в продаже на рынке под торговым наименованием CELLOSOLVE, DOWANOL и тому подобные. Следует отметить, что в промышленности является общепринятым именовать или употреблять такие алкоксиэтанолы, как «растворители», но в варианте осуществления настоящего изобретения суспендированные твердые бораты не должны быть растворимыми в жидкости(тях), используемой(ых) в боратной суспензии.

Жидкая фаза боратной суспензии может иметь низкую вязкость, которая облегчает смешение и закачивание, например менее 50 сП (50 мПа^.с), менее 35 сП (35 мПа^.с) или менее 10 сП (10 мПа^.с) в различных вариантах осуществления. В одном варианте осуществления жидкая суспензия может содержать количество гликоля, достаточное для поддержания характеристик гигроскопичности в зависимости от влажности и температуры окружающего воздуха, с которым она контактирует, то есть гигроскопическая жидкость может содержать гликоль в пропорции, соответствующей относительному показателю гигроскопичности этой жидкости или, в одном варианте осуществления, превышающей таковой. Как применяемый в настоящем описании, термин «относительный показатель гигроскопичности» представляет равновесную концентрацию в процентах по весу гликоля в водном растворе в контакте с воздухом при температуре и влажности окружающей среды, например, 97,2 весовых процентов пропиленгликоля для воздуха при температуре 48,9°С (120°F) и 10%-ной относительной влажности или 40 весовых процентов пропиленгликоля для воздуха при температуре 4,4°С (40°F) и 90%-ной относительной влажности. В других вариантах осуществления гигроскопическая жидкость может включать по меньшей мере 50 процентов по весу гликоля в жидкой фазе суспензии (за исключением любых нерастворимых или суспендированных твердых веществ), по меньшей мере 80 процентов по весу, по меньшей мере 90 процентов по весу, по меньшей мере 95 процентов по весу или по меньшей мере 98 процентов по весу.

Если желательно, в одном варианте осуществления боратная суспензия может также содержать суспендирующую добавку, способствующую отдалению взвешенных твердых частиц друг от друга, тем самым препятствуя слипанию твердых веществ и выпадению из суспензии в осадок. Суспендирующая добавка может включать оксид кремния, органофильную глину, полимерные суспендирующие средства, прочие тиксотропные вещества или комбинацию таковых. В определенных вариантах осуществления суспендирующая добавка может включать полиакриловую кислоту, простое эфирное производное целлюлозы, поливиниловый спирт, карбоксиметилметилцеллюлозу, поливинилацетат, кристаллическую тиомочевину или комбинацию таковых. В качестве полимера на основе сшитой акриловой кислоты, который может быть использован как суспендирующая добавка, можно упомянуть жидкие или порошкообразные полимеры, имеющиеся в продаже на рынке под торговым наименованием CARBOPOL. В качестве простого эфирного производного целлюлозы можно упомянуть гидроксипропилцеллюлозу. Пригодные органофильные глины включают каолинит, галлоизит, вермикулит, хлорит, аттапульгит, смектит, монтмориллонит, бентонит, гекторит или комбинацию таковых.

В разнообразных вариантах осуществления компонент боратной суспензии может включать замедляющие сшивание реагенты, такие как полиольное соединение, включающее сорбит, маннит, глюконат натрия и комбинации таковых. Замедляющий сшивание реагент может обеспечивать повышение эффективности системы, увеличивая замедление сшивания при начальном загущении текучей среды, повышая прочность геля, когда полимер еще неполностью гидратирован, и увеличивая скорость восстановления после сдвиговой нагрузки. Альтернативно или дополнительно, замедляющий сшивание реагент в одном варианте осуществления может служить для замедления доступности источника бората или части такового для сверхсшивания. В одном варианте осуществления полиол может присутствовать в количестве, эффективном для улучшения восстановления после сдвиговой нагрузки. Далее, полиол может присутствовать в количестве, которое недостаточно для действия в качестве средства, разрушающего суспензию или способствующего этому.

Металлические сшивающие реагенты. В одном варианте осуществления сшивающий реагент представляет собой металлическое соединение, например такое, как комплекс металла Группы 4 и лиганда. Молярное отношение металла к лиганду в комплексе может варьировать от 1:1 до 1:10. В вариантах осуществления отношение металла к лиганду может варьировать от 1:1 до 1:6 или от 1:1 до 1:4. Эти комплексы, в том числе смеси таковых, могут быть использованы для сшивания и/или сверхсшивания гидратируемых полимеров. Для данного полимера сшивание и/или сверхсшивание металлом или металлическим комплексом происходит при значительно более высоких температурах, чем металлическими комплексами, сформированными без какого-либо лиганда, или только слабо связывающими лигандами. Разнообразные варианты исполнения лигандов могут включать: алканоламины, такие как триэтаноламин; альфа-гидроксикарбоксилаты, такие как лактат; аминокислоты, такие как D,L-глутаминовая кислота, L-глутаминовая кислота, D-глутаминовая кислота, D,L-аспарагиновая кислота, D-аспарагиновая кислота, L-аспарагиновая кислота, бета-аланин, D,L-аланин, D-аланин, L-аланин; фосфоновые кислоты, такие как фосфонуксусная кислота; и подобные соединения, которые также известны как замедляющие сшивание реагенты, в том числе комбинации и смеси таковых.

Когда лиганды описываются как включающие нейтральные стабильные формы или ионные формы соединений, например, при получении комплексных сшивающих реагентов, квалифицированному специалисту в этой области технологии вполне понятно, что ионная форма или другая дериватизированная форма компонента представляет собой форму, которая реагирует со сшивающим реагентом. Когда сшивающие реагенты используют в текучих средах при обработке буровых скважин с подземным применением, в одном варианте осуществления водорастворимый полимер помещают в смеситель и гидратируют в нем водой, которая может содержать другие ингредиенты, такие как поверхностно-активные вещества, соли, буферные реагенты и температурные стабилизаторы. Концентрированный раствор сшивающего реагента, включающий, например, от 1000 миллионных долей (ppm) металл-лигандного комплекса до уровня насыщения, добавляют перед закачиванием смеси текучей среды в скважину для обеспечения желательной концентрации металла во вводимой смеси текучей среды. Концентрации жидких сшивающих добавок для целей загущения типично варьируют