Композиция эмульгатора и способ осуществления работ в скважине
Формула / Реферат
1. Эмульсия масло-в-воде, содержащая
диспергирующую фазу соляного раствора и
маслянистую дисперсную фазу, стабилизированную композицией эмульгатора, где композиция эмульгатора содержит
эмульгатор с гидрофобно-липофильным балансом более 11 и
амфотерный хемотроп, где амфотерный хемотроп выбирают из одного или нескольких соединений аммония формулы

где R1 является алкильной или алкенильной группой, включающей по меньшей мере 8 атомов углерода, или производным, полученным из масляной кислоты, гексановой кислоты, октановой кислоты, декановой кислоты, додекановой кислоты, тетрадекановой кислоты, гексадекановой кислоты и октадекановой кислоты;
R2 является алкильной группой, включающей 2-6 атомов углерода;
R3 является алкильной группой, включающей по меньшей мере 4 атома углерода;
n равно 2 или 3;
x+y имеют значение 5-20;
значение z находится в диапазоне от 0 до 3;
В означает водород, оксиалкил или алкил, включающий от 1 до 4 атомов углерода;
М представляет собой галогенид.
2. Эмульсия по п.1, в которой композиция эмульгатора дополнительно содержит взаимный растворитель.
3. Эмульсия по п.1, в которой эмульгатор содержит по меньшей мере один алканолэтоксилат на основе углеводородной цепи длиной в 8-18 атомов углерода и алкилфенолэтоксилат с химической формулой RC6H4(OC2H4)nOH, где R является углеводородной цепью, которая может быть разветвленной или неразветвленной, содержащей 8-12 атомов углерода, и количество повторяющихся этоксилированных звеньев n находится в диапазоне от 2 до 15.
4. Эмульсия по п.1, в которой эмульгатор содержит по меньшей мере одну алкиларилсульфоновую кислоту, C4, C6, C8, C10, C12, C14, C16, C18 или С22 жирную кислоту или сульфоновое или фосфоновое производное C4, С6, C8, С10, С12, С14, С16, C18 или С22 жирной кислоты.
5. Эмульсия по п.1, в которой амфотерный хемотроп содержит хлорид алкоксилированного четвертичного аммония.
6. Композиция эмульгатора, содержащая
эмульгатор с гидрофобно-липофильным балансом более 11;
амфотерный хемотроп, где амфотерный хемотроп выбирают из одного или нескольких соединений аммония формулы

где R1 является алкильной или алкенильной группой, включающей по меньшей мере 8 атомов углерода, или производным, полученным из масляной кислоты, гексановой кислоты, октановой кислоты, декановой кислоты, додекановой кислоты, тетрадекановой кислоты, гексадекановой кислоты и октадекановой кислоты;
R2 является алкильной группой, включающей 2-6 атомов углерода;
R3 является алкильной группой, включающей по меньшей мере 4 атома углерода;
n равно 2 или 3;
x+y имеют значение 5-20;
значение z находится в диапазоне от 0 до 3;
В означает водород, оксиалкил или алкил, включающий от 1 до 4 атомов углерода;
М представляет собой галогенид.
7. Композиция по п.6, где композиция эмульгатора дополнительно содержит взаимный растворитель.
8. Композиция по п.6, в которой эмульгатор содержит по меньшей мере один алканолэтоксилат на основе углеводородной цепи длиной 8-18 атомов углерода и алкилфенолэтоксилат с химической формулой RC6H4(OC2H4)nOH, где R является углеводородной цепью, которая может быть разветвленной или неразветвленной, содержащей 8-12 атомов углерода, и количество повторяющихся этоксилированных звеньев n находится в диапазоне от 2 до 15.
9. Композиция по п.6, в которой эмульгатор содержит по меньшей мере одну алкиларилсульфоновую кислоту, C4, C6, C8, C10, C12, C14, C16, C18 или С22 жирную кислоту или сульфоновое или фосфоновое производное С4, С6, С8, C10, С12, С14, C16, С18 или С22 жирной кислоты.
10. Композиция по п.6, в которой амфотерный хемотроп содержит хлорид алкоксилированного четвертичного аммония.
11. Способ осуществления работ в скважине, включающий закачивание в ствол скважины скважинной жидкости, содержащей композицию эмульгатора, где композиция эмульгатора содержит
эмульгатор с гидрофобно-липофильным балансом более 11 и
амфотерный хемотроп, где амфотерный хемотроп выбирают из одного или нескольких соединений аммония формулы

где R1 является алкильной или алкенильной группой, включающей по меньшей мере 8 атомов углерода, или производным, полученным из масляной кислоты, гексановой кислоты, октановой кислоты, декановой кислоты, додекановой кислоты, тетрадекановой кислоты, гексадекановой кислоты и октадекановой кислоты;
R2 является алкильной группой, включающей 2-6 атомов углерода;
R3 является алкильной группой, включающей по меньшей мере 4 атома углерода;
n равно 2 или 3;
x+y имеют значение 5-20;
значение z находится в диапазоне от 0 до 3;
В означает водород, оксиалкил или алкил, включающий от 1 до 4 атомов углерода;
М представляет собой галогенид.
12. Способ по п.11, в котором скважинная жидкость дополнительно содержит
диспергирующую фазу соляного раствора;
маслянистую дисперсную фазу, стабилизированную композицией эмульгатора.
13. Способ по п.11, в котором после закачивания в ствол скважины, взаимодействия с соляным раствором и маслянистой жидкостью образуется стабильная дисперсная фаза маслянистой жидкости, диспергированной в соляном растворе.
14. Способ по п.11, в котором композиция эмульгатора дополнительно содержит взаимный растворитель.
15. Способ по п.11, в котором эмульгатор содержит по меньшей мере один алканолэтоксилат на основе углеводородной цепи длиной в 8-18 атомов углерода и алкилфенолэтоксилат с химической формулой RC6H4(OC2H4)nOH, где R является углеводородной цепью, которая может быть разветвленной или неразветвленной, содержащей 8-12 атомов углерода, и количество повторяющихся этоксилированных звеньев n находится в диапазоне от 2 до 15.
16. Способ по п.11, в котором эмульгатор содержит по меньшей мере одну алкиларилсульфоновую кислоту, С4, С6, C8, C10, С12, С14, C16, C18 или С22 жирную кислоту или сульфоновое или фосфоновое производное С4, С6, С8, C10, C12, C14, C16, C18 или С22 жирной кислоты.
17. Способ по п.11, в котором амфотерный хемотроп содержит хлорид алкоксилированного четвертичного аммония.
Текст
КОМПОЗИЦИЯ ЭМУЛЬГАТОРА И СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ РАБОТ В СКВАЖИНЕ В изобретении описана эмульсия типа масло-в-воде, включающая диспергирующую фазу соляного раствора, маслянистую дисперсную фазу, стабилизированную композицией эмульгатора; эта композиция эмульгатора содержит эмульгатор с HLB более 11 и амфотерный хемотроп. Также описаны композиции эмульгатора, содержащие эмульгатор с HLB более 11, амфотерный хемотроп и способы использования композиций эмульгатора. Область техники, к которой относится изобретение Описанные в настоящем документе варианты осуществления изобретения относятся, в целом, к эмульгаторам, используемым при проходке ствола скважины. В частности, описанные в настоящем документе варианты осуществления изобретения относятся, вообще, к образованию эмульсий типа маслов-воде. Уровень техники При бурении ствола скважины обычно в скважине используют различные жидкости, выполняющие разнообразные функции. Эти жидкости могут циркулировать через бурильную трубу и буровую коронку в стволе скважины, а затем подниматься вверх по стволу скважины к поверхности. В ходе такой циркуляции буровая жидкость может удалять буровой шлам с забоя скважины и выносить его на поверхность,удерживать во взвешенном состоянии буровой шлам и утяжелитель, когда циркуляция прервана, регулировать подземное давление, поддерживать целостность ствола скважины до тех пор, пока этот интервал ствола скважины не будет обсажен и зацементирован, изолировать пластовые флюиды путем обеспечения достаточного гидростатического давления с целью предотвращения поступления пластовых флюидов в ствол скважины, охлаждать и смазывать колонну бурильных труб и буровую коронку и/или увеличивать до максимальной скорость проходки скважины. В большинстве роторных способов бурения буровая жидкость принимает форму "глинистого раствора", то есть жидкости с взвешенными в ней твердыми частицами. Эти твердые частицы придают буровой жидкости нужные реологические свойства, а также увеличивают ее плотность с целью обеспечения надлежащего гидростатического давления на забое скважины. Буровой глинистый раствор может быть на водной основе или на масляной основе. Выбор типа буровой жидкости, используемой при бурении, включает необходимость сбалансировать положительные и отрицательные особенности буровых жидкостей в конкретном случае применения и типа подлежащей бурению скважины. К важнейшим преимуществам выбора буровой жидкости на масляной основе, также известной как глинистый раствор на масляной основе, относятся стабильность скважины, особенно в пластах глинистых сланцев, образование более тонкой глинистой корки по сравнению с глинистой коркой, получаемой в случае глинистого раствора на водной основе, отличная смазка колонны бурильных труб и скважинного оборудования, проходка соляных пластов без обрушения стенок скважины или расширения ствола, а также другие преимущества, которые известны специалистам в данной области. Несмотря на многочисленные преимущества использования глинистых растворов на масляной основе, имеются и некоторые недостатки, в том числе высокие начальные и эксплуатационные расходы, а также экологические соображения. Глинистые растворы на масляной основе обычно содержат некоторое количество воды; вода либо входит в состав самой буровой жидкости, либо может добавляться ненамеренно, ухудшая свойства буровой жидкости или глинистого раствора. В таких эмульсиях типа вода-в-масле, также известных как инвертные эмульсии, для стабилизации эмульсии используют эмульгатор. В целом, инвертная эмульсия может содержать и растворимые в воде, и растворимые в масле эмульгирующие вещества. К типичным примерам таких эмульгаторов относятся мыла с многовалентным металлом, жирные кислоты и мыла жирных кислот или другие подобные им пригодные соединения, которые известны специалистам в данной области. Таким образом, поскольку и маслянистые, и немаслянистые жидкости используются в составе скважинных жидкостей, существует постоянная потребность в усовершенствовании эмульгаторов, которые могут быть использованы для стабилизации одной жидкости, являющейся дисперсной фазой в жидкости другого типа. Сущность изобретения В одном из аспектов описанные в настоящем документе варианты осуществления изобретения относятся к эмульсии типа масло-в-воде, которая включает диспергирующую фазу соляного раствора; и маслянистую дисперсную фазу, стабилизированную композицией эмульгатора, эта композиция эмульгатора содержит эмульгатор с HLB (гидрофильно-липофильный баланс) более 11 и амфотерный хемотроп. В еще одном аспекте описанные в настоящем документе варианты осуществления изобретения относятся к композиции эмульгатора, которая содержит эмульгатор с HLB более 11 и амфотерный хемотроп. В еще одном аспекте описанные в настоящем документе варианты осуществления изобретения относятся к способу осуществления работ в скважине, включающему закачивание в скважину скважинной жидкости, содержащей композицию эмульгатора, эта композиция эмульгатора содержит эмульгатор сHLB более 11 и амфотерный хемотроп. Другие аспекты и преимущества настоящего изобретения станут ясны из следующего описания и формулы изобретения. Подробное описание изобретения В одном из аспектов описанные в настоящем документе варианты осуществления изобретения относятся к композициям эмульгатора, используемым для формирования эмульсий типа масло-в-воде. В частности, описанные в настоящем документе варианты осуществления изобретения относятся к исполь-1 018710 зованию композиций эмульгатора для формирования эмульсий типа масло-в-воде, когда диспергирующая водная фаза включает в себя соли. Эмульгирующие жидкости могут состоять из нескольких компонентов, включая эмульгирующее вещество, амфотерный хемотроп и, необязательно, взаимный растворитель. Сочетание первых двух компонентов может обеспечить стабилизацию эмульсии маслянистой жидкости в соляном растворе. Термин "эмульсия типа масло-в-воде" относится к эмульсиям, в которых диспергирующая фаза является водной фазой, а дисперсная фаза представляет собой масло, которое диспергировано в диспергирующей фазе. При соединении двух несмешивающихся жидкостей (водной и маслянистой) без использования стабилизирующего эмульгатора, хотя сначала и возможно диспергировать или эмульгировать одну жидкость в другой, спустя некоторое время начинается слияние капель дисперсной жидкости, например,из-за нестабильности образовавшейся эмульсии. Следовательно, чтобы стабилизировать эмульсию, можно использовать эмульгатор. Преобразуется ли эмульсия в эмульсию типа вода-в-масле или в эмульсию типа масло-в-воде зависит от объемной доли обеих фаз и от типа эмульгатора. В целом, к состоянию эмульсий применимо правило Банкрофта (Bancroft): эмульгаторы и эмульгирующие частицы проявляют тенденцию к поддержанию дисперсии той фазы, в которой они не растворяются полностью; например, соединение, которое лучше растворяется в воде, чем в масле, проявляет тенденцию к образованию эмульсий типа масло-в-воде (то есть такие вещества поддерживают дисперсию капель масла в диспергирующей водной фазе, которой является вода). Эмульгаторы, как правило,амфифильны. То есть в них есть и гидрофильная часть, и гидрофобная часть. Химизм и сила заряда гидрофильной полярной группы относительно липофильной неполярной группы определяют тип образующейся эмульсии - либо масло-в-воде, либо вода-в-масле. В частности, эмульгаторы могут быть оценены на основании величины их HLB. Термин "HLB" (гидрофильно-липофильный баланс) относится к отношению гидрофильности полярных групп поверхностно-активных молекул к гидрофобности липофильной части этих же молекул. В целом, для образования эмульсии типа масло-в-воде желательно, чтобы эмульгатор (или смесь эмульгаторов) обладал высоким HLB, например больше 11. В конкретном варианте осуществления изобретения величина HLB эмульгатора может лежать в диапазоне от 11 до 16. Кроме того, специалистам в данной области ясно, что может быть использовано любое эмульгирующее вещество, включая неионогенные, катионогенные или анионогенные эмульгирующие вещества,при условии, что гидрофильно-липофильный баланс достаточен для получения стабильной эмульсии типа масло-в-воде. К примерам эмульгирующих веществ, которые могут образовывать эмульсию типа масло-в-воде, можно отнести алкиларилсульфонаты, алкилсульфонаты, алкилфосфаты, алкиларилсульфаты, этоксилированные жирные кислоты, этоксилированные амины, этоксилированные фенолы, полиоксиэтиленовые эфиры жирных кислот, сложные эфиры, простые эфиры и их сочетания. Композиции из этих материалов, равно как и других эмульгаторов, также могут быть использованы с указанной целью. К пригодным ионогенным эмульгаторам можно отнести алкиларилсульфонаты, например додецилбензилсульфоновую кислоту. В другом варианте осуществления изобретения могут быть использованы жирные кислоты, такие как масляная кислота (С 4), капроновая кислота (C6), каприловая кислота (С 8),каприновая кислота (C10), лауриновая кислота (С 12), миристиновая кислота (С 14), пальмитиновая кислота (С 16), стеариновая кислота (С 18) и т.д., в дополнение к ненасыщенным жирным кислотам, таким как миристолеиновая кислота (С 14), пальмитолеиновая кислота (С 16), олеиновая кислота (С 18), линолевая кислота (С 18), альфа-линолевая кислота (С 18), эруковая кислота (С 22) и т.д., или их смесям. Помимо этих жирных кислот также пригодны соединения с небольшой степенью замещения/разветвления или их сульфоновые или фосфоновые производные. К другим эмульгаторам можно отнести, например, гидроксилированные простые эфиры, такие как получаемые по реакции присоединения между алканолами или алкилфенолами и алкилоксидами. В одном из конкретных вариантов осуществления изобретения эмульгирующая жидкость может включать по меньшей мере один из алканолэтоксилатов и алкилфенолалкоксилатов. Это, например, алконолэтоксилаты на основе углеводородной цепи длиной в 8-18 атомов углерода. В одном конкретном варианте осуществления изобретения величина HLB эмульгатора, который обеспечивает эмульгирование масла в воде,может лежать в диапазоне от 11 до 16. Примеры алкилфенолэтоксилатов могут включать соединения с химической формулой RC6H4(OC2H4)nOH, где R содержит 8-12 атомов углерода и может быть разветвленным или неразветвленным. Желательная степень этоксилирования как алканолэтоксилатов, так и алкилфенолэтоксилатов, n, может лежать в диапазоне от 2 до 15, в других вариантах осуществления изобретения - от 4 до 8. Однако специалистам в данной области ясно, что также возможно дополнительное этоксилирование. Кроме того, специалистам в данной области ясно, что выбор между алканолэтоксилатом и алкилфенолэтоксилатом, отчасти, может основываться на экологических соображениях. К примерам выпускаемых серийно гидроксилированных простых эфиров, пригодных для использования в контексте настоящего описания, относятся IGEPAL CO-630, нонилфенолэтоксилат и BIO-SOFT N1-7 иN91-6, этоксилаты спиртов, которые поставляются фирмой Stephan Company (Northfield, Иллинойс). Выбор из этих эмульгирующих веществ может зависеть, например, от того, какую конкретно маслянистую жидкость нужно эмульгировать (в части величины HLB, необходимой для эмульгирования этой жидкости), от присутствия зависящих от рН растворенных веществ (и является ли повышение рас-2 018710 творимости этих растворенных веществ предпочтительным или нежелательным). Так, например, может быть особенно желателен неионогенный эмульгатор, если повышение растворимости твердых частиц в жидкости не нужно, как, например, в случае использования эмульгатора, описанном в патентной заявке США 60/991352 (юридический регистрационный номер 05542/228001), озаглавленной "Methods ofCleaning Wellbores and Analyzing Wellbore Fluids" (Способы очистки ствола скважины и анализа скважинных жидкостей), принадлежащей правообладателю настоящей заявки и во всей своей полноте включаемой в настоящий документ путем ссылки. Однако в других вариантах осуществления изобретения может быть желательным увеличить растворимость некоторых солей, например, при очистке глинистой корки, следовательно, может быть предпочтительным ионогенный эмульгатор, такой как кислый алкиларилсульфонат, как в случае использования эмульгатора, описанном в патентных заявках США 60/991362 и 61/088878 (юридические регистрационные номера 05542/229001 и 05542/229002), озаглавленных "Breaker Fluids and Methods of Using the Same" (Жидкости, разжижающие гель гидроразрыва,и способы их использования), принадлежащих правообладателю настоящей заявки и во всей своей полноте включаемых в настоящий документ путем ссылки. В присутствии водной жидкости с высоким содержанием соли, такой как морская вода, обычные эмульгирующие вещества не стабилизируют маслянистую жидкость в водной жидкости, содержащей соли. Нестабильность этой эмульсии типа масло-в-соляном растворе можно объяснить с привлечением принципов коллоидной химии. Стабильность коллоидной дисперсии (эмульсии для случая дисперсии жидкость-жидкость) определяется характеристиками поверхности частицы, выражаемыми через поверхностный заряд и близкодействующие ван-дер-ваальсовы силы межмолекулярного взаимодействия. Из-за электростатического отталкивания диспергированные частицы не могут объединяться в соответствующую термодинамически наиболее стабильному агрегатному состоянию макроскопическую форму, поэтому дисперсии пребывают в метастабильном состоянии. Эмульсии являются метастабильными системами, для которых разделение фаз масла и воды соответствует переходу в наиболее стабильное термодинамическое состояние, вызванному добавлением поверхностно-активного вещества, уменьшающего энергию на поверхности раздела фаз масла и воды. Эмульсии типа масло-в-воде обычно стабилизируют посредством как электростатической стабилизации (двойной электрический слой между двумя фазами), так и стерической стабилизации (ван-дерваальсовы силы отталкивания), тогда как инвертные эмульсии (вода-в-масле) обычно стабилизируют только посредством стерической стабилизации. Добавление солей, однако, может привести к уменьшению двойного электрического слоя. При уменьшении двойного электрического слоя и сокращении расстояния между двумя каплями масла увеличивается вероятность столкновения этих капель масла друг с другом и их слияния. Таким образом, увеличение концентрации соли в эмульсии повышает электропроводность и, в свою очередь, дестабилизирует эмульсии. К другим механизмам, по которым соли могут оказывать на эмульсии потенциально дестабилизирующее воздействие, относятся обратимая флоккуляция, необратимая флоккуляция, изменение концентрации протонов и т.д. Таким образом, если соли добавляют в эмульсию типа масло-в-воде, стабилизированную обычным эмульгатором, то соли, водная жидкость и маслянистая жидкость разделяются на три индивидуальные фазы. Однако использование эмульгатора с большим HLB в сочетании с амфотерным хемотропом может обеспечить стабилизацию эмульсии посредством образования/стабилизации двойного слоя(слоев). В контексте настоящего документа термин "амфотерный хемотроп" относится к соединению, обладающему двоякими свойствами, будучи амфотерным (веществом, которое может вступать в реакцию как с кислотой, так и с основанием) и хемотропным (по способу, которым вещество ориентируется относительно других химических веществ). В конкретном варианте осуществления изобретения амфотерный хемотроп может быть гидротропным (по способу, которым вещество ориентируется относительно воды). Используя этот класс соединений, можно достичь стабилизации эмульсии типа масло-в-соляном растворе, которую иначе, при помощи обычного эмульгатора, стабилизировать нельзя. Следовательно, амфотерный хемотроп также можно считать вспомогательным эмульгатором или веществом, обеспечивающим совместимость с соляным раствором, благодаря его способности преобразовывать в иных условиях нестабильную смесь в стабилизированную эмульсию. В конкретном варианте осуществления изобретения амфотерный хемотроп может представлять собой соединение четвертичного аммония, которое может быть представлено следующими формулами: где R1 может быть алкильной или алкенильной группой включающей по меньшей мере 8 атомов углерода, или производным, полученным из масляной кислоты, гексановой кислоты, октановой кислоты,декановой кислоты, додекановой кислоты, тетрадекановой кислоты, гексадекановой кислоты и октадекановой кислоты;R2 может быть алкильной группой, включающей 2-6 атомов углерода;R3 может быть алкильной группой, включающей по меньшей мере 4 атома углерода;n может быть равно 2 или 3;x+y имеют значение 5-20; значение z находится в диапазоне от 0 до 3; В означает водород, оксиалкил или алкил, включающий от 1 до 4 атомов углерода; М представляет собой галогенид. Однако специалистам в данной области следует учитывать, что может существовать баланс между цепью R1/R2 и суммой x+y. То есть, если в цепи R1/R2 имеется более 22 атомов углерода, может оказаться желательным увеличить число алкоксильных групп более чем до 20, чтобы данное соединение оставалось амфифильным, и наоборот. В конкретных вариантах осуществления изобретения R1 может являться производным различных жирных кислот, таких как масляная кислота (С 4), гексановая кислота(С 6), октановая кислота (С 8), декановая кислота (C10), додекановая кислота (С 12), тетрадекановая кислота (С 14), гексадекановая кислота (С 16), октадекановая кислота (С 18) и т.д. Кроме того, противоанионы четвертичных соединений настоящего описания могут включать ряд противоанионов типа сопряженного основания любой неорганической или сильной органической кислоты, например галогенид-ион, нитрат-ион, сульфат-ион, ацетат-ион, алкилсульфонат-ион, галогеналкилсульфонат-ионы и т.п. Кроме того, специалистам в данной области следует понимать, что могут существовать дополнительные варианты, такие как наличие заместителей и т.д., если они не изменяют природы соединения в отношении стабилизации масла в соляном растворе (или стабилизации других химических соединений (основных эмульгаторов), стабилизирующих масло в соляном растворе). К примерам пригодных амфотерных хемотропов можно отнести соли четвертичного аммония, в том числе галогениды четвертичного аммония, такие как хлориды. В одном из конкретных вариантов осуществления изобретения амфотерный хемотроп может представлять собой хлорид алкоксилированного четвертичного аммония (этоксилированного или пропоксилированного), в том числе хлорид четвертичного аммония, производного от аминов жирного ряда. Примерами таких хлоридов алкоксилированного четвертичного аммония являются хлорид изотридецилоксипропилполи(5)оксиэтиленметиламмония или хлорид кокополи(15)оксиэтиленметиламмония. К примерам выпускаемых серийно пригодных амфотерных хемотропов относятся Q-17-5 и Q-C-15, являющиеся хлоридами этоксилированного четвертичного аммония, которые поставляет фирма Air Products and Chemicals (Allentown, Пенсильвания). Эмульгирующая жидкость также может содержать, необязательно, взаимный растворитель, который способствует смешиванию эмульгирующих и амфотерных хемотропов в скважинной жидкости. Специалистам в данной области следует понимать, что при введении веществ во взаимном растворителе может облегчаться смешивание этих веществ в скважинной жидкости. Однако использование таких растворителей необязательно и вещества могут быть введены в скважинную жидкость без такого растворителя. Одним из примеров пригодного взаимного растворителя может быть простой эфир гликоля или глицерин. В конкретном варианте осуществления изобретения взаимный растворитель представляет собой монобутиловый эфир этиленгликоля (EGMBE). Использование термина "взаимный растворитель" включает его обычное значение, как понятно специалистам в данной области, то есть вещество растворимое и в водных, и в маслянистых жидкостях. В некоторых вариантах осуществления изобретения этот растворитель может быть, по существу, полностью растворим в каждой фазе, тогда как в других избранных вариантах осуществления изобретения может быть приемлема меньшая степень растворимости. Кроме того, в одном конкретном варианте осуществления изобретения выбор взаимного растворителя может зависеть от таких факторов, как тип и количество соли, присутствующей в данной жидкости. Например, в насыщенной солью жидкости бромид кальция может обладать большей совместимостью с монобутиловым эфиром этиленгликоля, тогда как хлорид кальция может обладать большей совместимостью с глицерином. Специалистам в данной области следует учитывать, что причиной такого различия в совместимости может быть разница электроотрицательности различных солей и относительная способность данного растворителя распределять заряды. Композиция данной жидкости может включать 25-70 об.% амфоретного хемотропа, 10-40 об.% эмульгирующего вещества и 0-40 об.% взаимного растворителя. Однако в других вариантах осуществления изобретения более низкой концентрации амфотерного хемотропа и эмульгирующего вещества может оказаться достаточно для образования эмульсии типа масло-в-воде при условии, что используемое количество амфотерного хемотропа больше, чем эмульгирующего вещества. В одном конкретном варианте осуществления изобретения может быть желательно отношение количеств амфотерного хемотропа/эмульгирующего вещества от 2:1 до 10:1. Однако специалистам в данной области следует учитывать,что необходимое количество амфотерного хемотропа зависит от того, насколько данный эмульгатор несовместим с соляным раствором. Например, если эмульгатор отчасти несовместим с соляным раствором,может быть достаточно отношения количеств вещества, повышающего совместимость с соляным раствором/эмульгатора от 2:1 до 4:1, тогда как при менее совместимом эмульгаторе может потребоваться отношение количеств вещества, повышающего совместимость с соляным раствором/эмульгатора от 3:1 до 10:1. Кроме того, в зависимости от требующихся отношений также может оказаться желательным использовать разбавитель, чтобы данная жидкость была более экономичной. Специалистам в данной области следует учитывать, что отрицательное действие на стабильность эмульсии могут оказывать другие факторы, такие как время, температура, размер частиц и эмульгированный материал. Специалисты в данной области должны принимать во внимание, что в зависимости от требований, обусловленных конкретной скважиной или целевым назначением, данная композиция эмульгатора (и скважинной жидкости, в которую добавлена данная композиция эмульгатора) может быть модифицирована с целью улучшения стабилизации. Например, такая модификация может относиться к количествам компонентов эмульсии (концентрации и соотношению), дополнительным поверхностноактивным веществам или другим добавкам и т.д. Образование эмульсии типа масло-в-воде может происходить на поверхности или непосредственно на месте, в скважине, при нагнетании эмульгирующей жидкости. Если эмульгирующую жидкость используют для образования эмульсии типа масло-в-воде на поверхности, для приготовления жидкостей с прямой эмульсией могут быть использованы обычные способы, аналогичные тем, которые, как правило,используют для приготовления эмульгированных буровых жидкостей. В частности, либо в маслянистую жидкость, либо в соляной раствор могут быть добавлены различные вещества, при этом композицию эмульгатора вводят в любую из этих двух жидкостей, но предпочтительно в водную фазу, после чего интенсивно встряхивают, перемешивают или подвергают воздействию сдвиговых усилий эти жидкости маслянистую и немаслянистую - с образованием стабильной эмульсии типа масло-в-воде (соляном растворе). Специалистам в данной области понятно, что эмульсия типа масло-в-воде, образованная на поверхности, может быть закачана в скважину с целью ее использования при различных работах, в том числе, например, в качестве бурового раствора, жидкости для заканчивания скважин, вытесняющей и/или промывочной жидкости. В качестве альтернативы в объем настоящего изобретения также входит вариант, в соответствии с которым композиция эмульгатора может быть закачана в скважину с целью образования эмульсии типа масло-в-воде в скважине. В других вариантах осуществления изобретения композиция эмульгатора может быть использована для эмульгирования жидкостей, возвратившихся на поверхность. Водные жидкости, которые могут образовывать диспергирующую фазу стабилизированной эмульсии типа масло-в-воде, могут включать по меньшей мере одну из следующих жидкостей: пресная вода,морская вода, соляной раствор, смеси воды и водорастворимых органических соединений и их смеси. Например, водная жидкость может быть составлена из смесей нужных солей в пресной воде. Такие соли могут включать, помимо прочего, хлориды, гидроксиды или карбоксилаты щелочных металлов, например. В различных вариантах осуществления буровой жидкости, описываемой в настоящем документе,соляной раствор может включать морскую воду, водные растворы, в которых концентрация соли меньше, чем в морской воде, или водные растворы, в которых концентрация соли больше, чем в морской воде. К солям, которые могут присутствовать в морской воде, относятся, помимо прочего, такие соли натрия, кальция, серы, алюминия, магния, калия, стронция, кремния, лития и фосфора, как хлориды, бромиды, карбонаты, йодиды, хлораты, броматы, формиаты, нитраты, оксиды и фториды. Соли, которые могут быть введены в соляной раствор, включают одну или более из тех, которые имеются в природной морской воде, или любые другие органические или неорганические растворимые соли. Кроме того, соляные растворы, которые могут быть использованы в буровых жидкостях, описываемых в настоящем документе, могут быть природными или синтетическими, при этом состав синтетических соляных растворов, как правило, намного проще. В одном из вариантов осуществления плотность буровой жидкости можно регулировать путем увеличения концентрации соли в этом соляном растворе (до насыщения). В одном из конкретных вариантов осуществления соляной раствор может включать галогениды или карбоксилаты моно- и двухвалентных катионов металлов, таких как цезий, калий, кальций, цинк и/или натрий. Маслянистая жидкость, которая может образовывать дисперсную фазу стабилизированной эмульсии типа масло-в-воде, может представлять собой жидкость, более предпочтительно природное или синтетическое масло, более предпочтительно маслянистую жидкость, подбираемую из группы, в которую входят дизельное масло; минеральное масло; синтетическое масло, такое как гидрированные и негидрированные олефины, в том числе поли-альфа-олефины, линейные и разветвленные олефины и т.п., полидиорганосилоксаны, силоксаны или органосилоксаны, сложные эфиры жирных кислот, особенно алкилэфиры жирных кислот - с прямой цепью, разветвленные или циклические; аналогичные соединения,известные специалистам в данной области; их смеси. Концентрация маслянистой жидкости не должна быть настолько большой, чтобы образовывалась инвертная эмульсия, и может быть меньше примерно 40 об.% относительно всей эмульсии в одном из вариантов осуществления и менее 30 об.% в другом варианте осуществления. Маслянистая жидкость в одном из вариантов осуществления может включать по меньшей мере 5 об.% материала, подобранного из группы, в которую входят сложные эфиры, простые эфиры, ацетали, диалкилкарбонаты, углеводороды и их сочетания. Однако тип маслянистой жидкости,которая может быть эмульгирована, не ограничивается приведенным выше перечнем. Напротив, этот перечень включает различные маслянистые жидкости, которые часто используют при проходке ствола скважины. Специалистам в данной области ясно, что другие типы маслянистых жидкостей можно эмуль-5 018710 гировать в соответствии с настоящим описанием. В описываемые в настоящем документе скважинные жидкости могут быть введены другие добавки,в том числе, например, смачивающие вещества, органофильные глины, загустители, поверхностноактивные вещества, диспергаторы, вещества, снижающие межфазное натяжение, буферы рН, взаимные растворители, разжижающие вещества, понизители вязкости и моющие средства. О добавлении таких веществ хорошо известно специалистам в области составления буровых жидкостей и глинистых растворов. Преимущественно варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают по меньшей мере одну из следующих возможностей. Поскольку прямые эмульсии типа масло-в-воде не могут быть стабильными в соляном растворе или другой содержащей соли жидкости, композиция настоящего изобретения обеспечивает образование стабильной эмульсии типа масло-в-воде, которая может быть образована до, во время или после выполнения работ в скважине в зависимости от текущих задач. Кроме того, образование стабильной эмульсии особенно важно, когда другие условия требуют наличия основанной на соляном растворе и/или не содержащей твердых частиц тяжелой жидкости, или когда условия в скважине приводят к образованию частичной эмульсии, нуждающейся в стабилизации. Например, при бурении может быть использована скважинная жидкость, содержащая водную (содержащую соли) диспергирующую фазу и маслянистую дисперсную фазу, где дисперсная фаза стабилизирована при помощи по меньшей мере одного эмульгатора и вещества, обеспечивающего совместимость с соляным раствором. Такая содержащая стабилизированную прямую эмульсию скважинная жидкость преимущественно может быть термодинамически устойчивой, то есть она будет самопроизвольно эмульгироваться, тогда как общепринятые сейчас макроэмульсии могут нуждаться в перемешивании. Кроме того, поскольку прямые эмульсии прозрачны, проще определить, когда жидкость стала переутяжеленной частицами, по повышению мутности. Кроме того, при бурении через глинистые сланцы (которые часто проходят, используя жидкости на масляной основе), осмотическое давление можно регулировать в соответствии с требуемыми показателями. Например, при более высокой концентрации соли в буровой жидкости из глинистых сланцев будет избирательно удаляться вода (что вызывает их обрушение или усадку), поэтому желательно использовать такую жидкость в стволе скважины, в котором труба прихвачена активными глинистыми сланцами,препятствующими подъему буровой коронки из-за блокировки породой. Наоборот, более низкая концентрация соли в буровой жидкости может вызывать избирательное набухание глинистых сланцев, что потенциально может быть желательным, когда происходит потеря жидкости в пласт, и добавление воды может вызвать набухание глинистых сланцев, предотвращающее течение жидкости и прекращающее ее уход в пласт. Кроме того, концентрация свободной воды в буровой жидкости может быть подобрана в соответствии с концентрацией воды в окружающих глинистых сланцах, чтобы не происходило ни усадки, ни набухания глинистых сланцев, и сохранялся постоянный размер скважины. Кроме того, способность вводить растворитель или масло в соляной раствор имеет большой экономический потенциал. Возможность составлять масляную фазу, стабильно эмульгированную в соляном растворе, позволяет изменять давление на забое с целью обеспечения бурения с положительным перепадом давления, с нулевым перепадом давления или бурение при пониженном гидростатическом давлении в стволе скважины, что может быть сделано на данном уровне развития в этой области. Кроме того, такая жидкостная система может обеспечить эмульгирование масла на месте, в скважине, с целью удаления маслянистой жидкости или доставки на забой скважины маслянистых материалов, предназначенных для различных типов обработки или других целей, таких как разрушение вязкоупругой жидкости в случае установки гравийной набивки в необсаженном стволе скважины. Для удаления глинистой корки, например, маслянистая жидкость может быть подобрана в соответствии с нужными свойствами: можно ли ускорить удаление глинистой корки и т.д. В частности, сочетание поверхностно-активных веществ может быть использовано для предпочтительного проникновения в глинистую корку или сохранения жидкости нейтральной по отношению к глинистой корке. Когда глинистую корку нужно удалить, концентрации проникающих поверхностно-активных веществ могут быть увеличены до максимума. Когда глинистую корку нужно оставить нетронутой с целью предотвращения потерь жидкости, добавляют поверхностно-активные вещества с малой/нулевой проникающей способностью. Хотя настоящее изобретение описано в отношении ограниченного количества вариантов его осуществления, специалистам в данной области, извлекающим пользу из данного описания, понятно, что могут быть разработаны другие варианты осуществления настоящего изобретения, которые не выходят за объем настоящего изобретения, описанный в настоящем документе. Следовательно, объем настоящего изобретения ограничивается только прилагаемой формулой изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Эмульсия масло-в-воде, содержащая диспергирующую фазу соляного раствора и маслянистую дисперсную фазу, стабилизированную композицией эмульгатора, где композиция эмульгатора содержит эмульгатор с гидрофобно-липофильным балансом более 11 и амфотерный хемотроп, где амфотерный хемотроп выбирают из одного или нескольких соединений аммония формулы где R1 является алкильной или алкенильной группой, включающей по меньшей мере 8 атомов углерода, или производным, полученным из масляной кислоты, гексановой кислоты, октановой кислоты, декановой кислоты, додекановой кислоты, тетрадекановой кислоты, гексадекановой кислоты и октадекановой кислоты;R3 является алкильной группой, включающей по меньшей мере 4 атома углерода;x+y имеют значение 5-20; значение z находится в диапазоне от 0 до 3; В означает водород, оксиалкил или алкил, включающий от 1 до 4 атомов углерода; М представляет собой галогенид. 2. Эмульсия по п.1, в которой композиция эмульгатора дополнительно содержит взаимный растворитель. 3. Эмульсия по п.1, в которой эмульгатор содержит по меньшей мере один алканолэтоксилат на основе углеводородной цепи длиной в 8-18 атомов углерода и алкилфенолэтоксилат с химической формулой RC6H4(OC2H4)nOH, где R является углеводородной цепью, которая может быть разветвленной или неразветвленной, содержащей 8-12 атомов углерода, и количество повторяющихся этоксилированных звеньев n находится в диапазоне от 2 до 15. 4. Эмульсия по п.1, в которой эмульгатор содержит по меньшей мере одну алкиларилсульфоновую кислоту, C4, C6, C8, C10, C12, C14, C16, C18 или С 22 жирную кислоту или сульфоновое или фосфоновое производное C4, С 6, C8, С 10, С 12, С 14, С 16, C18 или С 22 жирной кислоты. 5. Эмульсия по п.1, в которой амфотерный хемотроп содержит хлорид алкоксилированного четвертичного аммония. 6. Композиция эмульгатора, содержащая эмульгатор с гидрофобно-липофильным балансом более 11; амфотерный хемотроп, где амфотерный хемотроп выбирают из одного или нескольких соединений аммония формулы где R1 является алкильной или алкенильной группой, включающей по меньшей мере 8 атомов углерода, или производным, полученным из масляной кислоты, гексановой кислоты, октановой кислоты, декановой кислоты, додекановой кислоты, тетрадекановой кислоты, гексадекановой кислоты и октадекановой кислоты;R3 является алкильной группой, включающей по меньшей мере 4 атома углерода;x+y имеют значение 5-20; значение z находится в диапазоне от 0 до 3; В означает водород, оксиалкил или алкил, включающий от 1 до 4 атомов углерода; М представляет собой галогенид. 7. Композиция по п.6, где композиция эмульгатора дополнительно содержит взаимный растворитель. 8. Композиция по п.6, в которой эмульгатор содержит по меньшей мере один алканолэтоксилат на основе углеводородной цепи длиной 8-18 атомов углерода и алкилфенолэтоксилат с химической формулой RC6H4(OC2H4)nOH, где R является углеводородной цепью, которая может быть разветвленной или неразветвленной, содержащей 8-12 атомов углерода, и количество повторяющихся этоксилированных звеньев n находится в диапазоне от 2 до 15. 9. Композиция по п.6, в которой эмульгатор содержит по меньшей мере одну алкиларилсульфоновую кислоту, C4, C6, C8, C10, C12, C14, C16, C18 или С 22 жирную кислоту или сульфоновое или фосфоновое производное С 4, С 6, С 8, C10, С 12, С 14, C16, С 18 или С 22 жирной кислоты. 10. Композиция по п.6, в которой амфотерный хемотроп содержит хлорид алкоксилированного четвертичного аммония. 11. Способ осуществления работ в скважине, включающий закачивание в ствол скважины скважинной жидкости, содержащей композицию эмульгатора, где композиция эмульгатора содержит эмульгатор с гидрофобно-липофильным балансом более 11 и амфотерный хемотроп, где амфотерный хемотроп выбирают из одного или нескольких соединений аммония формулы где R1 является алкильной или алкенильной группой, включающей по меньшей мере 8 атомов углерода, или производным, полученным из масляной кислоты, гексановой кислоты, октановой кислоты, декановой кислоты, додекановой кислоты, тетрадекановой кислоты, гексадекановой кислоты и октадекановой кислоты;R3 является алкильной группой, включающей по меньшей мере 4 атома углерода;x+y имеют значение 5-20; значение z находится в диапазоне от 0 до 3; В означает водород, оксиалкил или алкил, включающий от 1 до 4 атомов углерода; М представляет собой галогенид. 12. Способ по п.11, в котором скважинная жидкость дополнительно содержит диспергирующую фазу соляного раствора; маслянистую дисперсную фазу, стабилизированную композицией эмульгатора. 13. Способ по п.11, в котором после закачивания в ствол скважины, взаимодействия с соляным раствором и маслянистой жидкостью образуется стабильная дисперсная фаза маслянистой жидкости, диспергированной в соляном растворе. 14. Способ по п.11, в котором композиция эмульгатора дополнительно содержит взаимный растворитель. 15. Способ по п.11, в котором эмульгатор содержит по меньшей мере один алканолэтоксилат на основе углеводородной цепи длиной в 8-18 атомов углерода и алкилфенолэтоксилат с химической формулой RC6H4(OC2H4)nOH, где R является углеводородной цепью, которая может быть разветвленной или неразветвленной, содержащей 8-12 атомов углерода, и количество повторяющихся этоксилированных звеньев n находится в диапазоне от 2 до 15. 16. Способ по п.11, в котором эмульгатор содержит по меньшей мере одну алкиларилсульфоновую кислоту, С 4, С 6, C8, C10, С 12, С 14, C16, C18 или С 22 жирную кислоту или сульфоновое или фосфоновое производное С 4, С 6, С 8, C10, C12, C14, C16, C18 или С 22 жирной кислоты. 17. Способ по п.11, в котором амфотерный хемотроп содержит хлорид алкоксилированного четвертичного аммония.
МПК / Метки
МПК: B01J 13/00, B01F 17/38, C09K 8/28
Метки: работ, скважине, способ, композиция, эмульгатора, осуществления
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/9-18710-kompoziciya-emulgatora-i-sposob-osushhestvleniya-rabot-v-skvazhine.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Композиция эмульгатора и способ осуществления работ в скважине</a>
Предыдущий патент: Пиридоновые агонисты сопряженного с g-белком рецептора gpr119
Случайный патент: Сплав для модифицирования чугуна