Гелеобразующие агенты на нефтяной основе

Для увеличения вязкости дизеля, керосина и сырой нефти имеются в распоряжении различные добавки. Процесс гелеобразования для жидкостей на нефтяной основе обычно включает в себя использование жидкого эфира на основе фосфорной кислоты и щелочных компонентов. Как и для жидкостей на водной основе загущение нефти снижает потери давления на трение при закачке жидкости. Хотя операции с применением загущенной нефти производились в пластах с температурами, достигающими 300^o F, практический предел применения существующих систем составляет 250^o F.

 

Стабилизаторы глин

Так как пластовые глины обычно присутствуют в песчаных пластах, в основную жидкость разрыва обычно добавляют хлорид калия (KCl) или органический стабилизатор глин. Так или иначе, использование каких-либо добавок и их влияние на свойства жидкости должны быть учтены. Например, редко когда необходимо использование как хлорида калия, так и органического стабилизатора глин. Набухание глин предотвращается путем компенсирования несбалансированных зарядов ионов в глиняных пропластках. Если для этого используется KCl, то дополнительный стабилизатор глин вряд ли необходим. Для определения подходящей концентрации хлорида калия, добавляемого в основную жидкость, настоятельно рекомендуется повести исследования его совместимости с породой с использованием образцов керна. Эти исследования помогут определить восстановленную после контакта с различными жидкостями проницаемость породы. Набухание глин не вызывает беспокойства в известняках и доломитах, особенно при кислотном ГРП.

 

Бактерициды

Бактерициды являются химикатами, используемыми для уничтожения бактерий, присутствующих в источниках воды. Бактерициды являются наиболее эффективными, когда добавляются в пустые емкости перед разбавлением водой. Когда емкости, наполненные жидкостью, отстаиваются несколько дней, может быть необходимым проведение повторной их обработки. Бактерии теплого климата также могут вызвать проблемы в холодных жидкостях. Постоянная модернизация сервисными компаниями технологии подготовки жидкости (использование полимерных концентратов, подготовка геля перед его закачкой в пласт) позволяет минимизировать проблемы, вызванные бактериальным разложением.

 

Добавки для контроля pH

Качественная подготовка жидкости и ее закачка в пласт значительно зависит от кислотно-щелочного баланса жидкости. Например, когда используется жидкий полимерный концентрат, pH жидкости должен быть подобран так, чтобы полимер гидратизировал и обеспечивал необходимую вязкость. pH жидкости также должен быть подогнан к определенному интервалу, в котором происходит процесс сшивания. Контроль уровня pH достигается с помощью буферных агентов, таких как кислые соли, органические кислоты, и базируется на совместимости с гелеобразными системами.

 

Сшиватели

Как было сказано, гелеобразующие агенты являются полимерами. Полимеры, используемые при ГРП, представляют собой длинные молекулярные цепи, имеющие узлы для присоединения специальных добавок, называемых сшивателями. Сшиватели связывают полимерные молекулы друг с другом, образуя вязкий гель.

 

Обычными сшивателями являются бораты и органо-металлические сшиватели (такие как хроматы, титанаты и др.). Механизм сшивания изображен на рис.28.

 

Рис.28. Механизм сшивания жидкостей для а) боратных и b) органо-металлических сшивателей

 

Примечание: PSD - полисахарид, название химической группы для молекулы Маннозы (Целлюлозы)

 

Благодаря повышенной вязкости сшитые жидкости имеют высокую транспортирующую способность и определенные свойства водоотдачи. Для минимизации загрязнения трещины остатками полимера возможно снижение его концентрации (фунт/1000 галлонов). Современные сшитые жидкости создаются с помощью замедленных сшивателей, это позволяет закачивать жидкость практически до забоя перед началом процесса их сшивания. Это свойство позволяет снизить потери давления на трение при закачке жидкости в пласт и повысить термическую стабильность системы жидкости после завершения сшивания.

 

Понизители водоотдачи

Понизители водоотдачи добавляются в жидкость разрыва для обеспечения контроля водоотдачи. Добавки могут быть как твердыми, так и жидкими. Твердые понизители водоотдачи (такие как производные полимеров, бензинорастворимые резины или кварцевая мука) иногда необходимы для контроля начальных потерь жидкости в пласт при создании трещины. Так как твердые понизители водоотдачи вызывают некоторое повреждение проницаемости трещины, они должны быть использованы с осторожностью. Однако эффективная трещина с небольшим повреждением проницаемости вследствие контроля водоотдачи намного привлекательнее, чем короткая неразвитая трещина с минимальным количеством помещенного в нее проппанта, обусловленного преждевременным экранированием, вызванным повышенной водоотдачей.

 

Дизель и другие углеводороды, разработанные специально для контроля водоотдачи, могут быть успешно использованы с основной жидкостью в объемной концентрации 1-5%. Капли углеводородов диспергируются в жидкости разрыва и обеспечивают контроль водоотдачи, заполняя поровое пространство стенки трещины при фильтрации жидкости в пласт. В таком случае углеводороды извлекаются на поверхность вместе с деградированной жидкостью разрыва, обеспечивая минимальное загрязнение системы трещины.

 

Разрушители вязкости

Каждая гелеобразная жидкость, используемая при ГРП, имеет определенный тип разрушителя вязкости. Разрушители вязкости обычно представляют собой энзимы, окислители, органические кислоты или их комбинации. Разрушение геля – сложное событие, при котором разрушитель должен с одной стороны - достаточно медленно реагировать с жидкостью разрыва для поддержания стабильности при повышенных температурах, с другой стороны - действовать достаточно быстро для скорейшего возвращения скважины в эксплуатацию. Разрушение геля - это химическая реакция, которая зависит от температуры, времени и концентрации разрушителя.

 

Когда жидкость разрыва закачивается при температуре окружающей среды, происходят два события, влияющих на разрушение вязкости: 

 

· нагрев закачиваемой в пласт жидкости

· охлаждение забоя и призабойной зоны при закачке холодной жидкости 

 

Поэтому в заключительной стадии закачки жидкости концентрация разрушителя обычно увеличивается для облегчения разрушения вязкости жидкости и обеспечения возможности скорейшего возврата скважины в эксплуатацию после завершения ГРП.

 

Важно удостовериться в факте разрушения вязкости жидкости разрыва, для чего используются ее образцы, содержащие все химические добавки, проппант и разрушитель вязкости. Некоторые резиновые оболочки, используемые для покрытия проппанта, могут оказать пагубное влияние на вязкость жидкости, препятствуя действию сшивателей или разрушителей. (Обычно производится полевой тест на разрушение вязкости жидкости разрыва, при котором в водяную ванну помещается образец геля и наблюдается характер его разрушения при повышенных температурах.).

 

Температурные стабилизаторы

Для эффективного использования жидкостей разрыва на водной основе при температурах выше 250^o F в их состав включаются температурные стабилизаторы. Так как гидролиз (разрушение) загущенной жидкости обычно происходит как окислительная реакция, температурные стабилизаторы и химические реагенты (такие как тиосульфаты или спирты) действуют как поглотители растворенного кислорода. Связывание кислорода, растворенного в жидкости, помогает замедлить разрушение ее вязкости и, следовательно, улучшить термическую стабильность. При использовании температурных стабилизаторов график добавления разрушителя должен быть подобран таким образом, чтобы обеспечить стабильность геля с хорошими деградирующими свойствами.