Эмульсионная система, полученная при помощи волокна

008671 Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится главным образом к флюидам, используемым в технологической обработке подземного пласта. Более точно, этим изобретением является эмульсионная система, полученная при помощи волокна. Описание уровня техники Струйная технология транспортировки, получаемая при помощи волокна становится более и более применяемой в нефтедобывающей промышленности при гидравлическом разрыве нефтесодержащих пластов, особенно диатомовых пластов. Один из флюидов, который используется в настоящее время является смесь 75 фунтов/1000 галлонов полиэфирного штапельного волокна в 30 фунтах/1000 галлонов базового флюида на основе гуаровой смолы. Эта технология сокращает стоимость затрат и увеличивает чистую выгоду, получаемую от операций по гидравлическому разрыву пласта, в первую очередь за счет сокращения расклинивающего агента, требуемого для поддержания производства на надлежащих уровнях. Как правило, эмульсия определяется как смесь частиц одной жидкости со второй жидкостью. Обычно одна жидкость является водосодержащей, в то время как вторая водонесодержащей (т.е. нерастворимое вещество в водосодержащей жидкости). Таким образом, два общих типа эмульсий включают эмульсию типа масло-в-воде в которой водная фаза является дисперсионной, и эмульсию типа вода-вмасле, в которой фаза водонесодержащего жидкость является дисперсионной. В большинстве случаев просто объединение водосодержащей жидкости с водонесодержащей жидкостью даже при достаточном смешивании не способствует образованию эмульсии, или, как альтернатива, будут получены нестабильные, с коротким периодом жизни эмульсии. Эмульгирующий реагент или поверхностно-активное вещество также требуются, чтобы дать возможность эмульсии образоваться и оставаться относительно стабильной. Использование частиц для стабилизации эмульсий не является новостью, маргарин служит хорошим примером предшествующего открытия. Относительно нефтедобывающей промышленности патент США 5294353 (Укроп) описывает использование твердых частиц для стабилизации эмульсий в рабочих буровых жидкостях на нефтяной основе. Кремниевая мука также применяется для стабилизации эмульсий типа вода-в-масле, используемой в кислотной обработке скважины или пласта и при кислотном гидравлическом разрыве пласта. В целом, твердые частицы, используемые в этих примерах, достаточно маленькие и, за исключением их возможного действия как добавок для снижения водоотдачи, они могут быть бесполезны при применении для возбуждения скважины. В действительности, эти частицы могли бы вероятно повредить проницаемость слоя расклинивающего агента, сетчатых фильтров или даже скелета породы без каких-либо дополнительных преимуществ. С целью сокращения расходов и минимизации полимерных убытков в нефтяных резервуарах низкого давления было бы выгодно развивать эмульсионную систему, которая использует сырую нефть местного производства (также известную как кустовая нефть) как базовый флюид. Сущность изобретения Настоящее изобретение обеспечивает новый способ получения как масло-в-воде (м/в), так и водав-масле (в/м) эмульсий и гиперэмульсий посредством использования волокон. Добавление волокон во время приготовления эмульсий, уменьшает требуемое время и требуемую энергию (т.е. усилие приготовления смеси или перемешивания), чтобы образовать эмульсию. По способу настоящего изобретения волокна смешиваются с водосодержащей фазой, нефтяной фазой и соответствующим поверхностноактивным веществом. Компоненты затем перемешиваются и образуется эмульсия. После эмульгирования волокна могут быть удалены при помощи фильтрации перед использованием эмульсии. Добавление гидрофильного волокна и соответствующего поверхностно-активного вещества значительно ускоряет скорость образования эмульсий с водяной внешней составляющей, в то время как добавление гидрофобных волокон и соответствующего поверхностно-активного вещества ускоряет образование эмульсий с масляной внешней составляющей. Во многих случаях определенная эмульсия не могла быть легко получена без добавления волокон, и во всех случаях время и энергия, требуемые для получения эмульсии, были сокращены при добавлении волокон. Эмульсии, полученные способом, описанным здесь, обычно относительно стабильны (т.е. существуют много дней при комнатной температуре) даже после того, как волокна были отфильтрованы или удалены из смеси другим путем. Более того, используя волокна, эмульсия с такой маленькой внешней водосодержащей фазой как 3-4%, может быть образована, применяя тоже самое поверхностно-активное вещество, которое используется в существующих коммерческих эмульсионных системах. Обычно коммерчески доступные эмульсионные системы будут инвертировать, то есть дисперсная фаза становится дисперсионной фазой и наоборот, резко теряется вязкость, если водосодержащая фаза падает ниже 28%. Это значит, что использование волокон значительно расширяет предел эмульсионной стабильности. Краткое описание чертежей Фиг. 1 представляет реограмму эмульсий типа масло-в-воде, образованных в дизельном топливе,используя две различных концентрации смеси этоксилированных спиртов как поверхностно-активного вещества и полиэфирных волокон.-1 008671 Фиг. 2 представляет реограмму эмульсии типа масло-в-воде, образованной в дизельном топливе,используя две различные концентрации катионного поверхностно-активного вещества и полиэфирных волокон. Фиг. 3 представляет реограмму эмульсий типа масло-в-воде, образованных в дизельном топливе,используя две различные концентрации натрийлаурилового поверхностно-активного вещества и полиэфирных волокон. Фиг. 4 представляет реограмму эмульсий типа масло-в-воде, образованных в сырой нефти, используя катионное поверхностно-активное вещество и полиэфирные волокна. Фиг. 5 представляет реограмму эмульсии типа масло-в-воде такой же, как в фиг. 4 с уменьшенным количеством поверхностно-активного вещества. Фиг. 6 представляет реограмму эмульсии типа масло-в-воде такой же, как для фиг. 5 с уменьшенной загрузкой волокна. Фиг. 7 представляет реограмму эмульсии такой же, как для фиг. 6 без волокон. Фиг. 8 представляет реограмму эмульсии подобной эмульсии, испытанной для фиг. 6, но с другой сырой нефтью. Фиг. 9 представляет реограмму эмульсий типа масло-вводе, образованных в сырой нефти, используя двойную смесь этоксилированных спиртов, как поверхностно-активных веществ и полиэфирных волокон. Подробное описание предпочтительного варианта осуществления Эмульсии и способы настоящего изобретения могут использовать любые приемлемые начальные компоненты или материалы. Обычно составные части, необходимые для приготовления эмульсии в соответствии с настоящим изобретением, включают водосодержащий компонент или фазу, водонесодержащий компонент или фазу, эмульгирующий реагент или поверхностно-активное вещество и волокна. В предпочтительном варианте осуществлении изобретения водосодержащим компонентом является рассол. Такой рассол может содержать любое приемлемое количество соли, также и других элементов и соединений. В частности, предпочтительными являются рассолы, обычно из скважин, найденные по местоположению нефтяных месторождений или используемые при разработке нефтяных месторождений. Другие приемлемые водосодержащие компоненты включают полимеры. Например, гуары, модифицированные гуары, полиакриламидные полимеры и сополимеры, модифицированные целлюлозные полимеры в растворимом состоянии, такие как гидроксиэтилцеллюлоза (ГЭЦ), или ксантан. Там, где водосодержащим компонентом эмульсии является полимер, может быть полезным сшивать водосодержащий компонент. Водонесодержащим компонентом настоящего изобретения может быть любая приемлемая жидкость или соединение. В предпочтительном варианте осуществления водонесодержащий компонент выбирается из дизельного топлива, керосина, минерального масла, растительного масла или сырой нефти. Поверхностно-активные вещества, приемлемые для образования м/в эмульсий, включают этоксилированные спирты, четвертичные амины, анионные поверхностно-активные вещества и натрийлаурил сульфонат. Гидрофильно-липофильный баланс и температурный подход обращения фаз могут быть использованы при определении пригодности некоторых поверхностно-активных веществ для применения их в настоящем изобретении. Используя разумный выбор типов поверхностно-активных веществ и концентрации, может быть образована эмульсия, которая будет диспергировать в условиях забоя. Волокна, используемые в настоящем изобретении, обычно не симметричные, с размером по меньшей мере одним, в пределах приблизительно 2-100 мкм, и со вторым размером в пределах приблизительно 50 мкм или больше. В зависимости от специфического типа получаемой эмульсии (т.е. м/в или в/м) волокна могут быть гидрофобные или гидрофильные. Для использования в приготовлении эмульсий типа м/в гидрофильные волокна предпочтительнее, а для приготовления эмульсий типа в/м предпочтительнее гидрофобные волокна. В предпочтительном варианте осуществления используемые волокна выбираются из группы состоящей из новолоидов, арамидов, стекол, полиэтилентерефталатов и полиамидов. Волокна настоящего изобретения могут далее быть диспергируемыми в водосодержащем компоненте. Особенно предпочтительным волокном является сложный полиэфир, который легко диспергируется в сырой нефти и будет удерживать песок во взвешенном состоянии. Волокна, используемые для образования эмульсий настоящего изобретения могут не оставаться в эмульсии после ее образования, но, что предпочтительнее, могут быть удалены, например, при помощи фильтрации после образования эмульсии. Эмульсия будет оставаться стабильной, после того как волокна будут удалены. В дополнениек водосодержащему компоненту, водонесодержащему компоненту, поверхностно-активному веществу и волокнам эмульсия может содержать любое число дополнительных компонентов, как требуется при специфическом применении. Например, агент, повышающий вязкость, может быть включен в тех случаях,когда требуется более вязкая эмульсия. Предпочтительно агентом, повышающим вязкость, является полимер, растворимый в водосодержащей фазе. Более предпочтительно увеличителем вязкости является гуар, модифицированный гуар, полиакриламидный полимер, полиакриламидный сополимер, ГЭЦ или ксантан. Другие дополнительные компоненты могут включать, например, реакционноспособные вещества.-2 008671 Этими реакционноспособными веществами могут быть любые приемлемые вещества, требуемые для работы жидкости разрыва, которые не препятствуют образованию эмульсии. Например, подходящие глинистые стабилизаторы или биоциды являются реакционноспособными веществами, используемыми в практике настоящего изобретения. В предпочтительном варианте осуществления реакционноспособным веществом является сшивающий агент. Более предпочтительно, что сшиватели выбираются из следующего: борная кислота, борат натрия, комплекс титана, комплекс циркония или диальдельгид. В еще одном предпочтительном варианте осуществления реакционноспособным веществом является замедлитель схватывания цемента. Как альтернатива реакционноспособным веществом может быть рН модификатор. Материал в виде (форме) частиц тоже может быть включен в эмульсию. В предпочтительном варианте осуществления материалом в виде частиц является расклинивающий агент. Более предпочтительно,что материал в виде частиц включает песок или керамические частицы. При приготовлении эмульсии в соответствии с настоящим изобретением должно быть понятно, что назначение добавки различных компонентов может варьироваться, как это необходимо. Например, водосодержащий компонент может быть соединен с волокнами и поверхностно-активным веществом до соединения с водонесодержащим компонентом. Подобным образом волокна и поверхностно-активное вещество могут быть объединены с водонесодержащим компонентом до объединения с водосодержащим компонентом. В дополнение могут использоваться любые приемлемые способы смешивания для объединения компонентов. Например, могут быть использованы непрерывный способ смешивания или периодический. Применения гидравлического разрыва пласта Особенный интерес представляет использование эмульсий настоящего изобретения при разработках нефтяного месторождения. В частности, обе м/в и в/м эмульсии используются при применениях гидравлического разрыва пласта, хотя это должно быть понятным, что использование этих эмульсий не ограничено гидравлическим разрывом пласта. Кроме своей роли в образовании эмульсии волокна помогают в транспортировке расклинивающего агента и/или в регулировании обратного потока расклинивающего агента. Эти эмульсии имеют адекватную вязкость для создания ширины излома и транспортировки расклинивающего агента. Определенные рецепты смеси способны на получение эмульсий стабильных при температурах выше 250F. В течение операций по гидравлическому разрыву пласта эмульсия может быть приготовлена, используя любой приемлемый способ. В одном варианте предпочтительного осуществления компоненты эмульсии могут быть объединены в стволе скважины или непосредственно перед поступлением в ствол скважины. В подобном случае эмульсия будет образована в самом стволе скважины. При необходимости для образования эмульсии в стволе скважины может быть обеспечено надлежащее смешивание. Эмульсия также может быть образована внутри скважины. Например, отдельные эмульсионные компоненты могут быть закачаны или размещены внутри скважины до смешивания или перемешивания. В предпочтительном варианте осуществления внутрискважинный агрегат, смесительная машина, гидромонитор или промывочная насадка могут обеспечить надлежащее перемешивание внутри скважины. Примеры дизельного топлива и минерального масла Следующие примеры были проведены, используя упрощенный процесс получения многих вода-вмасле (в/м) и масло-в-воде (м/в) эмульсий. При этом способе, надлежащее сочетание, волокно/поверхностно-активное вещество, добавляется в сосуд, содержащий как водосодержащую, так и масляную фазы. Жидкость, находящаяся в котле, затем перемешивается. Уровень перемешивания - время смешивания, интенсивность смешивания или оба параметра - требуемый для образования эмульсии меньше того, который требуется для образования эмульсии без присутствия волокон. В самом деле,эмульсии не могли быть образованы без добавления волокон в ряде изученных составов. Этот процесс перерабатывает широкий ассортимент масел, воды и концентраций стабилизирующего поверхностноактивного вещества. Более того, был приготовлен ряд обоих в/м и м/в составов, которые остаются стабильными от нескольких часов до нескольких дней, после отделения волокон от эмульсии путем фильтрации. В большинстве испытаний, обсужденных ниже, флюид был приготовлен в 1000 мл пластиковых треугольных лабораторных стаканах. Если не заявлялось другого, смешивание выполнялось при помощи трехлопастного пропеллера, диаметром 3-дюйма, вращаемого со скоростью 900 об/мин, смесительной машиной, установленной вверху. Обычные составы использовали 100 мл масла, 5-20 мл водосодержащей фазы и добавки. В определенных случаях 200 мл порция была приготовлена для определения наличия любых объемных эффектов при приготовлении эмульсии. Составы масло-в-воде Один состав, изученный и используемый для демонстрационных целей, содержит следующее: Минеральное масло 100 мл Раствор 3% хлорида калия в воде 10 мл Поверхностно-активные вещества (ГЛБ-13) 0,15 мл Полиэфирное волокно 0,90 г Эта смесь перемешивалась трехлопастным пропеллером, размером лопасти 3 дюйма, вращаемым со-3 008671 скоростью 900 об/мин смесительной машиной, установленной вверху. Без волокон вязкая эмульсия не образовывалась даже после 5 мин смешивания. С волокнами эмульсия образовалась через 60 с. Из этого состава получена эмульсия с 9% внешней фазой. Фиг. 1-3 представляют вязкость составов, приготовленных с различными поверхностно-активными веществами и с различными концентрациями в определенном интервале времени. Температура подобрана так, чтобы имитировать промысловые условия, как показано с кривыми, выполненными визирными линиями. Существующие пики из-за коэффициента сдвига скорости неконтролируемого медленного изменения температуры. Фиг. 1 представляет влияние концентрации поверхностно-активного вещества на стабильность эмульсии. В этом примере эмульсия включает 100 мл дизельного топлива, 10 мл 3%-ного рассола типаKСl и 0,90 гр полиэфирных волокон. Поверхностно-активным веществом является смесь этоксилированного спирта с концентрацией 6,8 мл на литр (черная кривая), или 9,0 мл на литр (серая кривая). На фиг. 2 эмульсия включает 100 мл дизельного топлива, 10 мл 3%-ного рассола типа KСl и 0,90 гр полиэфирных волокон. Поверхностно-активное вещество катионное с концентрацией 0,90 мл на литр(черная кривая) и 1,8 мл на литр (серая кривая). На фиг. 3 эмульсия включает 100 мл дизельного топлива, 10 мл 3%-ного рассола типа KСl и 0,90 гр полиэфирных волокон. Поверхностно-активным веществом является натрийлауриловый сульфонат с концентрацией 0,45 мл на литр (черная кривая) и 2,70 мл на литр (серая кривая). Волокна с гидрофильными поверхностями обычно служат лучше таких же волокон с гидрофобными поверхностями, при образовании эмульсий типа м/в. Несколько различных типов волокон было представлено при образовании и стабилизации эмульсий, включая сложные полиэфиры (т.е. ПЭТ), полиамиды, новолоиды, арамиды, стекла и штапельные известняковые волокна, которые имеют или обработаны так, чтобы иметь гидрофильную поверхность. Преимущество волокон в образовании эмульсии легко демонстрируется на следующем примере. Базовый флюид: Дизельное топливо 100 мл Раствор 3% хлорида калия в воде 5 мл Катионное эмульгирующее поверхностно-активное вещество для эмульсии типа м/в 0,10 мл В четырех отдельных испытаниях вышеуказанная смесь была перемешана трехлопастным пропеллером, диаметром 3 дюйма, вращаемым со скоростью 900 об/мин, смесительной машиной, установленной сверху. В каждом испытании было добавлено различное количество полиэфирного волокна. Результаты этих испытаний суммированы в таблице представленной ниже: Волокна Время для полного образования эмульсии Масса (г) 0,25 Волокна, скрученные вместе жгутами,однако, после 5 мин перемешивания эмульсия не образовалась 0,50 Эмульсия образовалась за 90 с 1,00 Эмульсия образовалась за 40-60 с 2,00 Эмульсия образовалась за 40 с Эти испытания показывают, что при определенных составах, увеличенное количество волокна сокращает время образования отдельных эмульсий. Составы вода-в-масле При выборе гидрофобного волокна и использовании соответствующего поверхностно-активного вещества волокна тоже могут применяться для облегчения образования эмульсий типа вода-в-масле. Следующие примеры демонстрируют это. Раствор 3% хлорида калия в воде 100 мл Минеральное масло 5 мл Приготовленная смесь поверхностно-активного вещества для образования эмульсий типа в/м 0,15 мл Полипропиленовое волокно (2,2 денье) 0,90 гр Эта смесь перемешивалась трехлопастным пропеллером, диаметром 3 дюйма, вращаемым со скоростью 900 об/мин смесительной машиной, установленной вверху. Как альтернатива смесь может энергично встряхиваться в бутылке. Без волокон вязкая эмульсия не образовывалась даже после 5 мин перемешивания на вышеуказанном оборудовании. Гиперэмульсия была образована без волокон, после усиленного смешивания на смесительной машине Сильверсона с большими сдвиговыми усилиями. Волокна с гидрофобными поверхностями, такие как полипропилен работают лучше всего в данном процессе. В одном испытании, когда использовались гидрофильные полиэфирные волокна, эмульсия была образована через 2-3 мин смешивания. Возможно, что при такой обработке гидрофильный верхний слой на волокне сдирается, оставляя гидрофобную поверхность.-4 008671 Примеры сырой нефти Следующие примеры были подготовлены, используя сырую нефть как водонесодержащий компонент. Эмульсии, последовательно образованные в сырой нефти, испытывались, если: 1) полимерный состав с большим чем 10 фунтов/1000 галлонов гуара был использован для водосодержащей фазы, 2) водная фаза была больше чем 10-17% от общего объема эмульсии и 3) волокна или маленькая доля волокон были смочены водосодержащей фазой прежде ввода сырой нефти. Фиг. 4-9 представляют вязкость составов, приготовленных с различными поверхностно-активными веществами в определенном интервале времени. Температура подобрана так, чтобы имитировать промысловые условия, как показано с кривыми, выполненными визирными линиями. Пики образуются из-за скорости сдвига при взбросах. На фиг. 4 эмульсия включает 200 мл Бельгийской сырой нефти, 40 мл жидкости гидравлического разрыва пласта на водной основе (нагруженной гуаром в отношении 15 галлонов/1000 галлонов базового флюида) и 1,8 г полиэфирных волокон и 0,40 мл катионного поверхносно-активного вещества. Фиг. 5 идентична фиг. 4 за исключением того, что количество повехностно-активного вещества было сокращено до 0,2 мл. На фиг. 6 флюид такой же, как и на фиг. 5, за исключением того, что количество волокон уменьшено до 0,2 г, таким образом соответствуя низкому заполнению волокнами, эквивалентному 6,91 фунтов/1000 галлонов (в сравнении с 62,51 фунтов/1000 галлонов для фиг. 4 и 5). Фиг. 7 показывает контрольный тест с тем же самым флюидом, который был тестирован в фиг. 6,только в отсутствие волокон. Тот же самый процесс измерения был выполнен для фиг. 8 с другой сырой нефтью, но в других отношениях при тех же условиях, что и для фиг. 6. Реограмма черного цвета была определена на флюиде,из которого волокна были удалены при помощи фильтрации. Фиг. 9 представляет реограмму, полученную с эмульсией, образованной с использованием Бельгийской сырой нефти (200 мл), 40 мл базовой жидкости для разрыва гидравлического пласта на водной основе (вода в 15 фунтов/1000 галлонов гуара) и 1 мл (или 4,2 галлона/1000 галлонов) смеси этоксилированных спиртов в калибре поверхностно-активного вещества. Эта эмульсия была приготовлена с низкой загрузкой волокна (6,90 фунтов/1000 галлонов всей эмульсии). Этот флюид легко диспергируется при температуре около 120F. Эти примеры демонстрируют, что использование волокон способствует эмульсионному образованию и эмульсии. Следует понимать, что предшествующие примеры используются в целях демонстрации и не предназначены для показа всех возможных комбинаций компонентов, используемых в настоящем изобретении. Комбинации, специально не раскрытые в примерах, могут по прежнему оставаться в пределах духа и объема упомянутого ранее открытия и следующей формулы изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ обработки подземной формации, включающий получение стабильной эмульсии, при котором берут водонесодержащий компонент, водосодержащий компонент, поверхностно-активное вещество и волокна, имеющие первый размер в пределах приблизительно 2-100 мкм и второй размер в пределах приблизительно 50 мкм или больше, волокна добавляют в количестве 0,1-2 мас.%, затем объединяют водонесодержащий компонент, водосодержащий компонент, поверхностно-активное вещество и волокна, причем процесс объединения можно осуществлять непрерывным или периодическим способом с образованием эмульсии. 2. Способ по п.1, включающий удаление волокон из эмульсии. 3. Способ по п.2, в котором волокна удаляют фильтрацией. 4. Способ по п.1, в котором волокна являются гидрофильными. 5. Способ по п.4, в котором волокна и поверхностно-активное вещество объединяют с водосодержащим компонентом до объединения с водонесодержащим компонентом. 6. Способ по любому из пп.1-5, в котором волокна являются диспергируемыми в водосодержащем компоненте. 7. Способ по любому из пп.1-6, в котором волокна выбирают из группы, состоящей из сложных полиэфиров, полиамидов, новолоидов, арамидов, стекол, полиэтилентерефталатов и полиамидов. 8. Способ по п.1, в котором волокна являются гидрофобными. 9. Способ по п.8, в котором волокна и поверхностно-активное вещество объединяют с водонесодержащим компонентом до объединения с водосодержащим компонентом. 10. Способ по любому из пп.1-9, дополнительно включающий добавление в эмульсию материала в виде частиц. 11. Способ по п.10, в котором материалом в виде частиц является расклинивающий агент. 12. Способ по п.10, в котором материалом в виде частиц является песок или керамические частицы. 13. Способ по любому из пп.1-12, в котором водосодержащий компонент и водонесодержащий компонент объединяют до объединения с поверхностно-активным веществом и волокнами.-5 008671 14. Способ по любому из пп.1-13, в котором волокна включают в количестве приблизительно 0,25-2 мас.%. 15. Способ получения стабильной эмульсии, в котором берут водонесодержащий компонент, водосодержащий компонент, поверхностно-активное вещество и волокна, затем объединяют водонесодержащий компонент, водосодержащий компонент, поверхностно-активное вещество и волокна непрерывным или периодическим способом с образованием эмульсии с последующим удалением волокон из эмульсии.