КОМПОЗИЦИИ И СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ ПРОНИЦАЕМОСТИ ТРЕЩИН
COMPOSITIONS AND METHODS FOR INCREASING FRACTURE CONDUCTIVITY

ДАННЫЕ О РОДСТВЕННЫХ ЗАЯВКАХ
[001] Нет.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[002] Утверждения в данном разделе обеспечивают лишь общую информацию, имеющую отношение к настоящему изобретению, и могут не определять известный уровень техники.
[003] Разрыв пласта используют для повышения проницаемости подземных пород. Разрывающую текучую среду закачивают в ствол скважины, проходящий через подземный пласт. В трещину закачивают расклинивающий агент (проппант) для предотвращения смыкания трещины и обеспечения, таким образом, улучшенного извлечения добываемых текучих сред, таких как нефть, газ или вода.
[004] Проппант поддерживает расстояние между стенками трещины, создавая в пласте проницаемые каналы. Однако осаждение частиц проппанта может снижать проницаемость трещины.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[005] Описанное в настоящей заявке изобретение обеспечивает способы обработки подземных пластов, через которые проходит ствол скважины, обеспечивающие неравномерное осаждение, в результате которого образуются области с высоким содержанием кластеров твердых частиц, окруженные областями по существу не содержащими твердых частиц.
[006] Описанное в настоящей заявке изобретение дополнительно обеспечивает композиции, которые посредством осаждения могут превращаться из первого состояния, в котором они являются по существу однородно смешанными, во второе состояние, содержащее части с высоким содержанием твердых частиц и части по существу не содержащие твердых частиц.
[007] Данное краткое описание представлено для ознакомления с вариантами концепций, которые дополнительно описаны ниже в разделе «Подробное описание изобретения». Данное краткое описание не предназначено для определения главных или существенных особенностей заявленного изобретения, а также не предназначено для использования в качестве вспомогательного средства для ограничения объема заявленного изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[008] Указанные и другие особенности и преимущества станут лучше понятны со ссылкой на следующее подробное описание при рассмотрении вместе с сопровождающими чертежами.
[009] На фиг. 1 схематически изображены состояния осаждения для коэффициентов образования каналов 0-3. На фиг. 1a изображен коэффициент образования каналов 0, на фиг. 1b изображен коэффициент образования каналов 1, на фиг. 1c изображен коэффициент образования каналов 2; и на фиг. 1d изображен коэффициент образования каналов 3.
[0010] Фиг. 2 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую зависимость связывания для смеси, содержащей 0,6% раствор гуара, PLA волокно и песок 20/40 меш (размер частиц 0,84-0,43 мм), где буква A означает отсутствие песка, а B означает отсутствие волокна.
[0011] На фиг. 3 представлен пример результатов, полученных в лаборатории, и соответствующая кривая для одного набора значений при постоянных параметрах в уравнении (1), как описано в Примере 3.
[0012] На фиг. 4 изображена возможная методика количественного определения степени гетерогенности концентрации проппанта в пустотах, как описано в Примере 4. На фиг. 4a изображен лабораторный слот 1. На фиг. 4 представлено графическое изображение слота 1, где заполненные проппантом области показаны закрашенными, а не содержащие проппант области показаны прозрачными. На фиг. 4c показана зависимость фактора гетерогенности, рассчитанного по всей высоте слота.
[0013] На фиг. 5 схематически изображен один из способов количественного определения образования каналов, как описано в Примере 5.
[0014] На фиг. 6 представлен расчетный профиль средней ширины трещины в зоне ствола скважины для созданного гидравлического разрыва при смыкании трещины, как описано в Примере 6.
[0015] На фиг. 7 изображены зависимости реологических свойств несущих текучих сред, перечисленных в Таблице 4, как описано в Примере 8.
[0016] На фиг. 8 представлена временная зависимость коэффициента образования каналов для двух различных суспензий для обработки, отличающихся плотностью проппанта, как описано в Примере 12.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НЕКОТОРЫХ ИЛЛЮСТРАТИВНЫХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0017] Для облегчения понимания принципов настоящего описания далее сделана ссылка на некоторые иллюстративные варианты реализации настоящей заявки.
[0018] Некоторые варианты реализации раскрытого изобретения могут быть описаны в терминах обработки вертикальных скважин, но они могут быть использованы также в отношении скважин любой ориентации. Варианты реализации изобретения могут быть описаны в отношении скважин по добыче углеводородов, но следует понимать, что указанные варианты реализации могут быть использованы и для скважин по добыче других текучих сред, таких как вода или диоксид углерода или, например, для нагнетательных скважин или шахт-хранилищ. Также следует понимать, что если в тексте настоящего описания диапазон концентрации или количества указан как пригодный или подходящий, или т.п., то следует считать, что указана любая и каждая концентрация или количество в пределах указанного диапазона, включая конечные точки. Кроме того, каждое числовое значение следует один раз читать как измененное термином «примерно» (если такое изменение уже не указано в явном виде), а затем читать еще раз как не измененное таким термином, если в контексте не указано иное. Например, «диапазон от 1 до 10» следует читать как указывающий каждое и любое возможное число в непрерывном диапазоне от примерно 1 и до примерно 10. Другими словами, если указан определенный диапазон, даже если в пределах этого диапазона указаны или упомянуты только некоторые конкретные точки данных или даже если в пределах этого диапазона не указаны никакие точки данных, то следует понимать, что авторы настоящего изобретения подразумевают и понимают, что в указанном диапазоне рассмотрению подлежат все точки данных, и что права авторов настоящего изобретения распространяются на весь диапазон и все точки в пределах диапазона. Также следует понимать, что смыкание трещины включает частичное смыкание трещины.
[0019] При использовании в настоящем документе термин «обработка гидравлическим разрывом» означает процесс закачивания текучей среды в ствол скважины при помощи мощных гидравлических насосов для создания достаточного давления в скважине для разлома или разрыва пласта. Это обеспечивает возможность закачивания текучей среды содержащей проппант в пласт, создавая, таким образом, область высокопроницаемого песка, через который могут течь текучие среды. После снятия гидравлического давления проппант остается на месте и, следовательно, проппанты открывают трещину и усиливают поток в ствол скважины или из нее.
[0020] При использовании в настоящем документе термин «пустота» означает любое открытое пространство в геологическом пласте, включая природные открытые пространства и открытые пространства, образованные между геологическим пластом и одним или более объектами, помещенными в геологический пласт. Пустота может быть трещиной. В некоторых вариантах реализации изобретения пустота может быть трещиной с наименьшей шириной от 1 микрона до 20 мм. В настоящем документе включены и описаны все значения и промежуточные диапазоны от 1 микрона до 20 мм; например, наименьшая ширина трещины может составлять от минимального предела 1 микрона, 300 микрон, 600 микрон, 900 микрон, 10 мм или 15 мм до верхнего предела 15 микрон, 500 микрон, 800 микрон, 2 мм, 12 мм или 20 мм. Например, наименьшая ширина трещины может составлять от 1 микрона до 20 мм или от 1 микрона до 1 мм, от 1 мм до 20 мм или от 1 мм до 10 мм, или от 10 мм до 20 мм.
[0021] Термин «твердые частицы» включает, например, проппанты.
[0022] Варианты реализации описанного изобретения обеспечивают возможность повышения проницаемости твердых частиц или проппанта, заполняющего пустоту, за счет образования высокопроницаемых каналов в результате осаждения проппанта в присутствии связующего вещества. Образование указанных каналов происходит за счет перераспределения проппанта в разрывной текучей среде при неравномерном осаждении под действием связующего вещества. Указанное неравномерное осаждение вызывает образование «островков» кластеров с высоким содержанием проппанта, окруженных текучей средой по существу не содержащей проппанта. Смыкание пустоты обусловливает образование каналов между кластерами проппанта. При взаимном соединении указанных каналов пустота имеет значительно более высокую проницаемость, чем проницаемость пустоты, обработанной суспензией для обработки, демонстрирующим равномерное осаждение проппанта.
[0023] Суспензии для обработки могут быть испытаны в лаборатории при помощи искусственных пустот, созданных между двумя пластинами с определенным зазором. Ширина моделируемой трещины может быть от 3 до 6 мм, а пластины могут иметь размеры от 15,2 см на 20,3 см (6 на 8 дюймов) до 101,6 см до 101,6 см (40 на 40 дюймов). Следует понимать, что могут быть использованы пластины других размеров. Пластины могут быть изготовлены из прозрачного материала, такого как акриловое стекло, чтобы с течением времени можно было наблюдать осаждение и распределение суспензии для обработки. При этом количественно измеряют образование каналов, используя коэффициент от 0 до 3. Число 0 означает, что суспензия для обработки не демонстрирует ни осаждения, ни образования каналов; 1 означает осаждение без образования каналов; 2 означает небольшое образование каналов при отсутствии взаимного соединения областей, не содержащих твердого вещества; и 3 означает образование каналов, причем области, не содержащие твердого вещества, являются взаимосвязанными. На фиг. 1 схематически изображены коэффициенты образования каналов 0-3.
[0024] Коэффициент образования каналов 0 соответствует сценарию, в котором суспензия для обработки внутри пустоты (например, гидравлической трещине) является однородной, и не происходит никакого разделения или осаждения твердых частиц.
[0025] Коэффициент образования каналов 1 соответствует сценарию, в котором твердые частицы (области, выделенные штриховкой накрест) суспензии для обработки внутри пустоты (например, гидравлической трещины) равномерно оседают без заметного разделения компонентов.
[0026] Коэффициент образования каналов 2 соответствует сценарию, в котором суспензия для обработки внутри пустоты (например, гидравлической трещины) разделяется с образованием областей, которые состоят по существу из твердых частиц (области, выделенные штриховкой накрест), и областей по существу или совсем не содержащих твердых частиц (закрашенные области), и при этом области, не содержащие твердых частиц, не связаны друг с другом.
[0027] Коэффициент образования каналов 3 соответствует сценарию, в котором суспензия для обработки внутри пустоты (например, гидравлической трещины) разделяется с образованием областей с высоким содержанием твердых частиц (области, выделенные штриховкой накрест) и взаимосвязанных областей, не содержащих твердых частиц (закрашенные области). В таком сценарии стенки пустоты по меньшей мере однажды связаны друг с другом по текучей среде, не содержащей твердых частиц.
[0028] В некоторых вариантах реализации изобретения описаны способы обработки подземного пласта, через который проходит ствол скважины; указанные способы включают обеспечение суспензии для обработки, содержащей несущую текучую среду, твердые частицы и связующее вещество; закачивание суспензии для обработки в трещину с образованием по существу равномерно распределенной смеси твердых частиц и закачивание связующего вещества; и превращение по существу равномерной смеси в области с высоким содержанием твердых частиц и области по существу не содержащие твердых частиц, при этом твердые частицы и связующее вещество имеют по существу разное осаждение, т.е. течение или скорость в трещине, и указанное превращение возникает из-за указанных по существу разных скоростей. Такие различные скорости в некоторых вариантах реализации могут частично или полностью быть результатом взаимодействия связующего вещества со стенкой трещины, указанное взаимодействие включает, например, взаимодействие в результате трения. При использовании в настоящем документе «по существу различные» означает отличающиеся по меньшей мере на 20%. В настоящем документе включены и описаны все значения и промежуточные диапазоны от примерно 20%. Например, скорости осаждения твердых частиц и связующего вещества могут отличаться по меньшей мере на 20% или отличаться по меньшей мере на 50%, отличаться по меньшей мере на 75% или отличаться по меньшей мере на 100%, или отличаться по меньшей мере на 150%.
[0029] В дополнительных вариантах реализации изобретения описаны композиции, содержащие: несущая текучая среда; множество твердых частиц; и связующее вещество; где указанная композиция посредством осаждения может превращаться из первого состояния, в котором она является по существу однородно смешанной, во второе состояние, содержащее части с высоким содержанием твердых частиц и части по существу не содержащие твердых частиц. Указанное превращение в некоторых вариантах реализации частично или полностью может возникать из-за различных скоростей осаждения связующего вещества и твердых частиц. В некоторых вариантах реализации различные скорости осаждения частично или полностью являются результатом взаимодействия связующего вещества со стенкой трещины, и указанное взаимодействие включает, например, взаимодействие в результате трения.
[0030] В дополнительных вариантах реализации изобретения описаны способы, включающие: обеспечение суспензии, содержащей несузую текучую среду, твердые частицы и связующее вещество; закачивание суспензии в пустоты с образованием по существу равномерно распределенной смеси твердых частиц и связующего вещества; и превращение по существу равномерно распределенной смеси в области с высоким содержанием твердых частиц и области, которые по существу не содержат твердых частиц, при этом твердые частицы и связующее вещество имеют по существу различные скорости оседания или течения в пустотах, и причем указанное превращение возникает из-за указанных по существу различных скоростей. В некоторых вариантах реализации изобретения указанные различные скорости частично или полностью могут быть обусловлены взаимодействием связующего вещества со стенкой трещины, и указанное взаимодействие включает, например, взаимодействие в результате трения.
[0031] В дополнительных вариантах реализации изобретения описаны способы планирования обработки, включающие: учет размеров трещины; выбор связующего вещества, имеющего размеры частиц, сравнимые с размерами трещины; выбор твердых частиц, имеющих по существу другую скорость осаждения из связующего вещества; составление композиции суспензии для обработки, содержащей твердые частицы и связующее вещество, так чтобы суспензия для обработки могла превращаться посредством осаждения из первого состояния, в котором он является по существу однородно смешанным, во второе состояние, содержащие части с высоким содержанием твердых частиц и части, которые по существу не содержат твердых частиц; и закачивание суспензия для обработки в скважину для создания и/или увеличения трещины.
[0032] При использовании в настоящем документе выражение «по существу не содержащий какого-либо компонента» означает содержание указанного компонента менее 40%. В настоящем документе включены и описаны все отдельные значения и промежуточные диапазоны менее 40%. Например, по существу не содержащий указанного компонента, может содержать менее 40% указанного компонента или менее 20% указанного компонента, или менее 10% указанного компонента, или менее 5% указанного компонента, или менее 2,5% указанного компонента, или менее 1,25% указанного компонента, или менее 0,625% указанного компонента.
[0033] При использовании в настоящем документе выражение «с высоким содержанием компонента» означает содержание указанного компонента более 40%. В настоящем документе включены и описаны все отдельные значения и промежуточные диапазоны более 40%. Например, с высоким содержанием указанного компонента может содержать более 40% указанного компонента или более 60% указанного компонента, или более 90% указанного компонента, или более 95% указанного компонента, или более 97% указанного компонента, или более 98% указанного компонента.
-1
-1
[0034] Альтернативно, все варианты реализации изобретения, описанные в настоящем документе, могут содержать суспензию для обработки, которая во время закачивания обладает свойством несовместимости с образованием каналов, а затем превращается, становясь совместимым с образованием каналов. Например, суспензия для обработки во время закачивания может иметь вязкость, которая обеспечивает возможность заполнения пустот твердыми частицами, например, более 50 сП при 100 с, и в то же время вязкость, которая минимизирует возможность образования каналов посредством осаждения, например, более 500000 сП при 0,001-1 с. Затем вязкость может меняться, например, за счет введения понизителя вязкости, так что вязкость становится совместимой с образованием каналов. В дополнительном варианте реализации изобретения суспензия для обработки может содержать комбинацию двух или более текучих сред, например, поперечно-сшитого геля и линейного геля, где во время закачивания по меньшей мере одна из этих текучих сред несовместима с образованием каналов и по меньшей мере одна из этих текучих сред совместима с образованием каналов. В таких вариантах реализации после закачивания текучей среды, несовместимые с образованием каналов, могут разрушаться, обеспечивая возможность образования каналов. Примерами таких систем могут быть растворы поперечно-сшитого гуара и вязкоупругих поверхностно-активных веществ, где разрыв поперечных связей может происходить при понижении рН или при добавлении окислительных понизителей вязкости. Другим примером могут быть растворы поперечно-сшитого гуара с боратными и полиакриламидными полимерами.
[0035] Несущие текучие среды, подходящие для применения во всех вариантах реализации описанного изобретения включают любые текучие среды, подходящие для применения в разрывающих текучих средах, включая, без ограничения, гели, пены, текучие среды с понизителями трения, активированные текучие среды и вязкоупругие поверхностно-активные вещества. В дополнительных вариантах реализации несущие текучие среды могут содержать линейные текучие среды, например, текучие среды без поперечного сшивания.
[0036] Альтернативно, все описанные варианты реализации изобретения могут содержать несущие текучие среды, содержащую поперечно-сшитую текучую среду, такую как поперечно-сшитый полисахарид и/или поперечно-сшитый полиакриламид. Для получения поперечно-сшитой текучей среде могут быть использованы любые подходящие поперечно-сшивающие агенты, включая, например, бор и его соли, соли или другие соединения переходных металлов, таких как хром и медь, титан, сурьма, алюминий, циркон, а также органические сшивающие агенты, такие как глутаральдегид.
[0037] Альтернативно, все описанные варианты реализации изобретения могут содержать несущую текучую среду, представляющую собой вязко-эластичное поверхностно-активное вещество (VES) или эмульсию. В дополнительных вариантах реализации указанная суспензия или композиция дополнительно содержит одну или более добавок-понизителей для понижения вязкости жидкой фазы.
[0038] В дополнительных вариантах реализации изобретения твердые частицы имеют аспектное отношение (отношение наибольшего размера к наименьшему размеру) менее или ровно 6. В настоящем документе включены и описаны все значения и промежуточные диапазоны от менее или ровно 6. Например, аспектное отношение твердых частиц может быть менее или ровно 6, или менее или ровно 5,5, или менее или ровно 5.
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
[0039] В дополнительных вариантах реализации изобретения твердые частицы имеют плотность от 0,1 г/см до 10 г/см. В настоящем документе включены и описаны все значения и промежуточные диапазоны от 0,1 г/см до 10 г/см. Например, плотность твердых частиц может быть от нижнего значения 0,1, 1, 3, 5, 7 или 9 г/см до верхнего значения 2, 4, 6, 8 или 10 г/см. Например, плотность твердых частиц может быть от 1 г/см до 5 г/см или от 2 г/см до 4 г/см.
[0040] В дополнительных вариантах реализации изобретения плотность твердых частиц больше плотности несущей текучей среды.
[0041] В дополнительных вариантах реализации изобретения частицы связующего вещества выбрано из группы твердых частиц, имеющих аспектное отношение более 6. В настоящем документе описаны и включены все значения и промежуточные диапазоны от более 6. Например, частицы связующего вещества могут иметь аспектное отношение более 6, или более или ровно 20, или более или ровно 40, или более или ровно 50.
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
[0042] В дополнительных вариантах реализации изобретения связующее вещество имеет плотность от 0,1 г/см до 10 г/см. В настоящем документе включены и описаны все значения и промежуточные диапазоны от 0,1 г/см до 10 г/см. Например, плотность связующего вещества может быть от нижнего значения 0,1, 1, 3, 5, 7 или 9 г/см до верхнего значения 2, 4, 6, 8 или 10 г/см. Например, плотность связующего вещества может быть от 1 г/см до 5 г/см или от 2 г/см до 4 г/см.
[0043] В дополнительных вариантах реализации изобретения плотность связующего вещества меньше плотности несущей текучей среды.
[0044] Твердые частицы и частицы связующего вещества могут иметь любой размер или распределение частиц по размеру в диапазоне от 10 нм до 5 мм. В настоящем документе включены и описаны все значения и промежуточные диапазоны от 10 нм до 5 мм. Например, твердые частицы и/или частицы связующего вещества могут иметь размер от 10 нм до 5 мм или от 0,1 мм до 2 мм, или от 0,1 мм до 5 мм, или от 10 нм до 0,001 мм, или от 0,001 мм до 5 мм, или от 0,0005 мм до 5 мм, или от 1000 нм до 1 мм.
[0045] Твердые частицы и частицы связующего вещества могут иметь любую форму, при условии соблюдения аспектного отношения, включая волокна, трубки, неправильные гранулы, чешуйки, ленты, пластинки, стержни, трубочки или любые комбинации двух или более из них.
[0046] Может быть использован любой расклинивающий материал, удовлетворяющий аспектному отношению менее или ровно 6 и подходящий для суспензий для обработки. Иллюстративные проппанты включают керамический проппант, песок, боксит, стеклянный бисер, молотые ореховые скорлупы, полимерный проппант и их смеси.
[0047]В дополнительных вариантах реализации изобретения твердые частицы имеют средний размер частиц от 1 микрона до 5000 микрон. В настоящем документе включены и описаны все значения и промежуточные диапазоны от 1 до 5000 микрон; например, твердые частицы имеют средний размер от нижнего предела 1, 300, 900, 2000, 2400, 3300 или 4800 микрон до верхнего предела 200, 700, 1500, 2200, 2700, 3500 или 5000 микрон. Например, твердые частицы имеют средний размер от 1 до 5000 микрон или от 1 до 2500 микрон, или от 2500 до 5000 микрон, или от 1 микрона до 1 мм, или от 10 микрон до 800 микрон. При использовании в настоящем документе термин «средний размер частиц» относится к среднему размеру наибольшей стороны твердой частицы.
[0048] В дополнительных вариантах реализации изобретения наибольший размер связующих частиц сравним с наименьшей шириной пустоты или трещины. При использовании в настоящем документе «сравнимый» означает отличающийся не более чем в 20 раз. Например, твердые частицы и/или частицы связующего вещества могут иметь размер, который в 0,05-20 раз больше наименьшей ширины пустоты (например, ширины трещины) или в 0,1-10 раз больше наименьшей ширины пустоты (например, ширины трещины), или в 0,33-3 раза больше наименьшей ширины пустоты (например, ширины трещины). Наибольший размер частиц связующего вещества также может быть сравним с наименьшей шириной пустоты или трещины. Например, если наименьшая ширина трещины, т.е. ширина равна 2 мм, то средний наибольший размер частиц связующего вещества может быть от 0,1 до 40 мм. В различных вариантах реализации изобретения предполагаемая ширина пустот варьируется от 1 микрона до 20 мм. В настоящем документе описаны и включены все отдельные значения и промежуточные диапазоны от 1 микрона до 20 мм.
[0049] В дополнительных вариантах реализации изобретения наибольший размер частиц связующего вещества составляет от 0,5 микрона до 50 мм. Включены все значения и промежуточные диапазоны от 0,5 микрона до 50 мм; например, наибольший размер частиц связующего вещества может быть от нижнего предела 0,5 микрона, 100 микрон, 500 микрон, 900 микрон, 20 мм или 40 мм до верхнего предела 10 микрон, 250 микрон, 750 микрон, 10 мм, 30 мм или 50 мм. Например, наибольший размер частиц связующего вещества может быть от 0,5 микрона до 50 мм или от 1 мм до 20 мм, или от 0,5 микрона до 20 мм, или от 20 до 50 мм, или от 0,5 микрона до 30 мм.
[0050] В дополнительных вариантах реализации изобретения твердые частицы содержат смесь двух или более твердых частиц. Например, твердые частицы могут содержать первый тип твердых частиц, имеющий первый средний размер частиц, второй тип твердых частиц, имеющий второй средний размер частиц, третий тип твердых частиц, имеющий третий средний размер частиц и т.д. Альтернативно, два или более типов твердых веществ могут иметь различные плотности, формы, аспектные отношения, структуры, состав и/или химические свойства.
3
2
[0051] В дополнительных вариантах реализации изобретения некоторые или все твердые частицы и/или частицы связующего вещества получены из разлагаемых, плавких, растворимых или разжижающихся материалов. В другом варианте реализации суспензия для обработки дополнительно содержит один или более агентов, ускоряющих или регулирующих разложение разлагаемых твердых частиц. Например, в суспензию для обработки могут быть добавлены NaOH, CaCO и Ca(OH) для регулирования разложения твердых частиц, содержащих полимолочную кислоту. Точно так же, для ускорения разложения твердых частиц, содержащих полисахариды и полиамиды, может быть использована кислота.
[0052] В дополнительных вариантах реализации изобретения твердые частицы и/или связующее вещество содержат полимерные волокна. Могут быть использованы любые подходящие полимерные волокна, включая, например, волокна, содержащие сложный полиэфир, полимолочную кислоту (PLA), полигликолевую кислоту (PGA), полиэтилентерефталат (PET), поликапролактам, полиамидные сополимеры, целлюлозу, шерсть, базальт, стекло, каучук, закостренные волокна и их смеси.
[0053] В дополнительных вариантах реализации изобретения твердые частицы могут быть проппантом. Может быть использован любой расклинивающий материал, включая, например, песок, стеклянный бисер, керамические проппанты, полимерные шарики или полые стеклянные сферы, а также их комбинации.
[0054] В дополнительных вариантах реализации изобретения скорости представляют собой скорости осаждения.
[0055] В дополнительных вариантах реализации изобретения превращение по существу равномерной смеси в области с высоким содержанием твердых частиц и области, которые по существу не содержат твердых частиц, происходит во время принудительного смыкания трещины или во время отработки скважины.
[0056] В дополнительных вариантах реализации изобретения твердые частицы и частицы связующего вещества имеют разные формы, размеры, плотности или их комбинации.
[0057] В дополнительных вариантах реализации изобретения связующее вещество представляет собой волокно, чешуйку, ленту, пластинку, стержень или их комбинацию.
[0058] В дополнительных вариантах реализации изобретения связующее вещество представляет собой волокно.
[0059] В дополнительных вариантах реализации изобретения связующее вещество представляет собой разлагаемый материал.
[0060] В дополнительных вариантах реализации изобретения некоторые или все твердые частицы и/или частицы связующего вещества изготовлены из разлагаемых, плавких, растворимых или разжижаемых материалов.
[0061] В дополнительных вариантах реализации изобретения связующее вещество выбрано из группы, состоящей из полимолочной кислоты, сложного полиэфира, поликапролактама, полиамида, полигликолевой кислоты, политерефталата, целлюлозы, шерсти, базальта, стекла, каучука или их комбинации.
[0062] В дополнительных вариантах реализации изобретения некоторые или все твердые частицы и/или частицы связующего вещества содержат разлагаемые, плавкие, растворимые или разлагаемые материалы.
[0063] В дополнительных вариантах реализации изобретения превращение обеспечивают путем обеспечения возможности осаждения равномерно диспергированных твердых частиц (и связующего вещества) в трещине в течение некоторого периода времени.
[0064] В дополнительных вариантах реализации закачивание обеспечивают путем нагнетания суспензии для обработки под давлением, достаточным для раскрытия трещины в подземном пласте или сохранения трещины в открытом состоянии.
[0065] В дополнительных вариантах реализации указанное превращение происходит до возвращения суспензии для обработки .
[0066] В дополнительных вариантах реализации изобретения указанное превращение до смыкания трещины.
[0067] В дополнительных вариантах реализации изобретения равномерно распределенную смесь формируют по меньшей мере в части пустоты или трещины.
[0068] В дополнительных вариантах реализации изобретения превращение по существу равномерной смеси в области с высоким содержанием твердых частиц и области, которые по существу не содержат твердых частиц, происходит по меньшей мере в части пустоты (например, трещины).
[0069] В дополнительных вариантах реализации изобретения связующее вещество имеет по существу другие характеристики осаждения, чем твердые частицы. Не ограничиваясь какой-либо конкретной теорией, в настоящее время предполагают, что различные характеристики осаждения могут быть результатом одного или более из: различия форм, плотности или размера, а также взаимодействия между стенками пустоты и связующим веществом и/или твердыми частицами, а также их комбинаций.
[0070] В дополнительных вариантах реализации твердые частицы содержатся в суспензии в количестве менее 22 об. %. В настоящем документе включены и описаны все значения и промежуточные диапазоны менее 22 об. %. Например, твердые частицы могут содержаться в количестве 22 об. % или менее 18 об. %, или менее 15 об. %, или менее 12 об. %.
[0071] В дополнительных вариантах реализации изобретения связующее вещество содержится в суспензии для обработки в количестве менее 5 об. %. В настоящем документе включены и описаны все отдельные значения и промежуточные диапазоны от менее 5 об. %. Например, количество связующего вещества может составлять от 0,05 об. %, менее 5 об. % или менее 1 об. %, или менее 0,5 об. %. Содержание связующего вещества может составлять от 0,5 об. % до 1,5 об. % или от 0,01 об. % до 0,5 об. %, или от 0,05 об. % до 0,5 об. %.
[0072] В дополнительных вариантах реализации изобретения связующее вещество представляет собой волокно длиной от 1 до 50 мм или, более конкретно, от 1 до 10 мм, и диаметром от 1 до 50 микрон или, более конкретно, от 1 до 20 микрон. В настоящем документе включены и описаны все значения и промежуточные диапазоны от 1 до 50 мм. Например, длина связующего волокна может быть от нижнего предела 1, 3, 5, 7, 9, 19, 29 или 49 мм до верхнего предела 2, 4, 6, 8, 10, 20, 30 или 50 мм. Длина связующего волокна может быть в диапазоне от 1до 50 мм или от 1 до 10 мм, или от 1 до 7 мм, или от 3 до 10 мм, или от 2 до 8 мм. В настоящем документе включены и описаны все значения от 1 до 50 микрон. Например, диаметр связующего волокна может быть от нижнего предела 1, 4, 8, 12, 16, 20, 30, 40 или 49 микрон до верхнего предела 2, 6, 10, 14, 17, 22, 32, 42 или 50 микрон. Диаметр связующего волокна может быть от 1 до 50 микрон или от 10 до 50 микрон, или от 1 до 15 микрон, или от 2 до 17 микрон.
[0073] В дополнительных вариантах реализации изобретения связующее вещество выбрано из группы, состоящей из полимолочной кислоты, сложного полиэфира, поликапролактама, полиамида, полигликолевой кислоты, политерефталата, целлюлозы, шерсти, базальта, стекла, каучука или их комбинации.
[0074] В дополнительных вариантах реализации изобретения связующее вещество представляет собой волокно длиной от 0,001 до 1 мм и диаметром от 50 нанометров (нм) до 10 микрон. В настоящем документе описаны и включены все отдельные значения от 0,001 до 1 мм. Например, длина связующего волокна может быть от нижнего предела 0,001, 0,01, 0,1 или 0,9 мм до верхнего предела 0,009, 0,07, 0,5 или 1 мм. В настоящем документе включены и описаны все отдельные значения от 50 нанометров до 10 микрон. Например, диаметр связующего волокна может быть от нижнего предела 50, 60, 70, 80, 90, 100 или 500 нанометров до верхнего предела 500 нанометров, 1 микрон или 10 микрон.
[0075] В дополнительных вариантах реализации изобретения твердые частицы имеют размер от 0,001 до 1 мм. В настоящем документе описаны и включены все отдельные значения от 0,001 до 1 мм. Например, размер твердых частиц может быть от нижнего предела 0,001, 0,01, 0,1 или 0,9 мм до верхнего предела 0,009, 0,07, 0,5 или 1 мм. Здесь размер частиц определен как наибольший размер зерна указанной частицы.
[0076] В дополнительных вариантах реализации изобретения связующее вещество представляет собой волокно, длина которого в 0,5-5 раз больше ширины (т.е. наименьшего размера) подземной пустоты, подлежащей обработке суспензией для обработки. В различных вариантах реализации изобретения предполагаемый диапазон ширины пустоты составляет от 1 микрона до 20 мм. В настоящем документе включены и описаны все отдельные значения и промежуточные диапазоны от 1 микрона до 20 мм.
-1
-1
[0077] В дополнительных вариантах реализации изобретения вязкость несущей текучей среды составляет от 1 Па⋅с до 500 Па⋅с в диапазоне скоростей сдвига от 0,001 до 1 с-1 при превращении указанной композиции из первого состояния во второе. В настоящем документе включены и описаны все отдельные значения и промежуточные диапазоны от 1 Па⋅с до 500 Па⋅с в диапазоне скоростей сдвига от 0,001 до 1 с-1. Например, вязкость несущей текучей среды может быть в диапазоне от нижнего предела 1, 75, 150, 225, 300, 375 или 425 Па⋅с до верхнего предела 50, 125, 200, 275, 325, 400, 475 или 500 Па⋅с в диапазоне скоростей сдвига от 0,001 до 1 с. Например, вязкость несущей текучей среды при превращении может варьироваться от 1 до 500 Па⋅с или от 250 до 500 Па⋅с, или от 1 до 250 Па⋅с, или от 200 до 400 Па⋅с в диапазоне скоростей сдвига от 0,001 до 1 с.
[0078] В дополнительных вариантах реализации изобретения несущая текучая среда демонстрирует ньютоновское или неньютоновское (например, степенная зависимость Гершеля-Балкли, Бингхэма) течение.
[0079] В дополнительных вариантах реализации изобретения вязкость несущей текучей среды зависит от температуры.
[0080] В дополнительных вариантах реализации изобретения вязкость несущей текучей среды при закачивании в пустоту может отличаться от вязкости несущей текучей среды после внесения в пустоту.
[0081] В дополнительных вариантах реализации изобретения количество твердых частиц и связующего вещества рассчитано на предотвращение закупоривания и экранирования. Такое планирование может включать моделирование с применением геотехнической модели, которая устанавливает предполагаемую геометрию (ширину) трещины и условия течения в трещине во время обработки для определения количества твердых частиц и связующего вещества для предотвращения закупоривания и обеспечения возможности гетерогенного образования каналов. См., например, ниже примеры 2 и 3.
-1
-1
-1
[0082] В дополнительных вариантах реализации изобретения предельное напряжение сдвига несущей текучей среды составляет менее 5 Па⋅с в диапазоне скоростей сдвига от 0,001 до 1 с при превращении указанной композиции из первого состояния во второе. В настоящем документе включены и описаны все отдельные значения и промежуточные диапазоны менее 5 Па⋅с в диапазоне скоростей сдвига от 0,001 до 1 с. Например, предел текучести несущей текучей среды при превращении композиции из первого состояния во второе может быть менее 5 Па⋅с или менее 3 Па⋅с, или менее 1 Па⋅с в диапазоне скоростей сдвига от 0,001 до 1 с.
[0083] Несмотря на то, что предшествующее описание представлено со ссылкой на конкретные способы, материалы и варианты реализации, предполагается, что оно не ограничено конкретными элементами, описанными в настоящем документе; напротив, оно распространяется на все функционально эквивалентные структуры, способы и применения, которые входят в границы объема приложенной формулы изобретения.
ПРИМЕРЫ
[0084] Любой элемент в представленных примера может быть заменен любым одним или множеством эквивалентных альтернативных вариантов, из которых в настоящем описании представлены лишь некоторые. Несмотря на то, что выше подробно описаны лишь некоторые иллюстративные варианты реализации, специалистам в данной области техники понятно, что в указанных иллюстративных вариантах реализации возможны многочисленные модификации без существенного отклонения от концепций, описанных в настоящем документе. Описанное изобретение может быть воплощено в других формах без отклонения от его общей идеи и неотъемлемых особенностей и, соответственно, при определении границ объема настоящего изобретения следует ссылаться на приложенную формулу изобретения, а не изложенное выше описание. Соответственно, предусмотрено, что все указанные модификации входят в границы объема настоящего изобретения, определенные в приложенной формуле изобретения. В формуле изобретения пункты «средство плюс функция» предназначены для охвата структур, описанных в настоящем документе, выполняющих указанную функцию, и не только структурные эквиваленты, но и эквивалентные структуры. Так, хотя гвоздь и винт могут не быть структурными эквивалентами в том отношении, что при скреплении деревянных деталей используют цилиндрическую поверхность гвоздя, а в случае винта используют спиральную поверхность, в тех вариантах реализации, которые относятся к скреплению деревянных деталей гвоздь и винт могут быть эквивалентными структурами. Авторы настоящей заявки намерены специально не ссылаться на 6 пункт § 112 раздела 35 Кодекса законов США в отношении каких-либо ограничений пунктов формулы изобретения, представленной в настоящем документе, за исключением тех случаев, в которых в пункте формулы изобретения в явном виде использованы слова «средство для» вместе с его функцией.
Пример 1 и Сравнительный пример 1: Образование кластеров с высоким содержанием проппанта и каналов, не содержащих проппанта, за счет обеспечения возможности осаждения гетерогенного проппанта в присутствии волокна.
[0085] Сравнительный пример 1 представлял собой композицию без связующего вещества, содержащую 0,72% раствор гуара в воде и 6 ppa песка 20/40 меш. Пример 1 содержал связующие волокна и содержал 0,72% раствор гуара в воде, 6 ppa песка 20/40 меш (22 об. %), 20 ppt (2,4 г/л) полиамидных волокон (длиной 6 мм, диаметром 12 микрон). Пример 1 и Сравнительный пример 1 вылили в отдельные экспериментальные слоты размером 4 мм на 6 дюймов (15 см) на 8 дюймов (20 см) из акрилового стекла с шириной слота 4 мм. Первоначально обе текучие среды были однородными. Слоты наблюдали спустя один час. Пример 1 демонстрировал гетерогенное осаждение проппанта в слоте, что привело к образованию кластеров с высоким содержанием проппанта и областей по существу не содержащих проппанта. Пример 1, напротив, демонстрировал однородное осаждение проппанта в нижнюю часть слота.
Пример 2: Определение способности закупоривания.
[0086] Оборудование состояло из накопителя (1'' быстроразъемная трубка объемом 350 мл), подключенного с небольшой 1'' трубкой со слотом внутри. Ширина слота составила 0,08 дюйма (2 мм). Другой конец накопителя подключили к насосу Knauer HPLC K-1800, обеспечивающему постоянное нагнетание. Систему оснастили клапаном для сброса давления и электронным аналоговым датчиком давления, установленным между насосом и накопителем. Измерения давления выполняли при помощи системы сбора данных National Instrument, преобразующей аналоговые данные давления, поступающие от датчика давления, в цифровой формат.
[0087] Текучая среда, содержащую раствор с увеличенной вязкостью, дисперсный материал и волокна, поместили в накопитель (перед внесением суспензии в систему поместили 100 мл 0,6% раствора гуаровой камеди для предотвращения контакта суспензии со слотом). Затем вставили пластиковый разделитель и подключили систему к насосу. Способность суспензии и закупориванию испытывали прокачиванием суспензии, содержащей волокна, через слот с постоянной скоростью течения, которая соответствовала постоянной скорости внутри слота при скорости течения в диапазоне 0,5 фут/с (0,15 м/с).
[0088] Основным критерием закупоривания было наличие в слоте пробки, которую обнаруживали при разборе системы. Время закупоривания определяли по резкому повышению давления в системе в ходе эксперимента.
[0089] На фиг. 2 представлено графическое изображение зависимости закупоривания для смеси, содержащее 0,6% раствор гуара, PLA волокна и песок 20/40 меш. Волокна PLA имели длину 6 мм и диаметр 12 микрон. На диаграмме показаны две отдельные области, разделенные сплошной кривой. Как можно видеть на фиг. 2, верхняя часть графика демонстрирует диапазон концентраций волокна и проппанта, вызывающих закупоривание слота. Область в нижней части графика демонстрирует диапазон концентраций волокна и проппанта, не вызывающих закупоривания, где наблюдали только течение суспензии через слот без закупоривания.
Пример 3: Эмпирическая модель закупоривания текучих сред, содержащих волокна
[0090] В результате регрессии результатов экспериментов закупоривания получили числовые значения подгоняемых параметров в следующем уравнении (1):
Уравнение 1,
где  представляет собой минимальную концентрацию волокнистого материала, необходимую для закупоривания, w представляет собой эффективную ширину трещины, u представляет собой скорость течения текучей среды, и μ представляет собой вязкость при данной скорости сдвига. Параметры α, β, γ являются константами, полученными посредством регрессии данных лабораторных экспериментов. Соответственно, они представляют собой функции от размера, механических свойств закупоривающего материала и природы и состава основы раствора.
[0091] На фиг. 3 представлен пример результатов, полученных в лаборатории, и соответствующая кривая для одного набора значений при постоянных параметрах в уравнении (1). Представлена концентрация волокна, достаточная для закупоривания, в зависимости отскорости течения текучей среды в слотах различной ширины. Как показано на фиг. 3, количество волокна, необходимого для закупоривания, увеличивается со скоростью течения.
Пример 4: Количественное определение гетерогенности распределения проппанта.
проп.
общ.
[0092] В Примере 4 описана возможная методика количественного определения степени гетерогенности концентрации проппанта в пустоте, например, в гидравлической трещине. Указанная степень может быть определена как отношение расклиненной к общей площади поверхности, как показано отношением S/S.
проп.
общ.
[0093] На фиг. 4a-4c представлены графические изображения данного подхода. На фиг. 4a изображен лабораторный слот 1 с кластерами 2 проппанта внутри слота 1, где каждый кластер проппанта содержит волокнистое связующее вещество 3 и проппант 4. На фиг. 4b представлено графическое изображение слота 1, где расклиненные области показаны закрашенными, а нерасклиненные области показаны незакрашенными. На фиг. 4c представлена зависимость фактора гетерогенности S/S, рассчитанного по всей высоте слота. Указанный фактор варьируется в диапазоне от 0 до 1, где 0 соответствует области, не содержащей твердых частиц, а 1 соответствует полностью расклиненной области, не содержащей каналов без проппанта.
Пример 5: Количественное определение степени гетерогенности осаждения и образования каналов:
[0094] Установленный коэффициент определения каналов, описанный в отношении фиг. 1, может быть использован для дифференциации различных сценариев образования каналов в динамических и статических условиях. Состав смесей в указанных примерах был следующим: 0,72% раствор гуара; 12 об. % песка с размером частиц 0,43-0,20 мм; 1,2 г/л (Пример A) и 4,8 г/л (Пример B) волокон полимолочной кислоты (PLA) длиной 6 мм и диаметром 12 микрон. Методика эксперимента и слот были такими же, как в Примере 1. Как можно видеть на фиг. 5, области без твердых частиц в Примере A начинают образовываться спустя ~0,5 часа (коэффициент образования каналов = 2), а взаимосвязанные каналы между зонами, не содержащими твердых частиц (коэффициент образования каналов = 3), образуются спустя примерно 1 час. Области, не содержащие твердых частиц, в Примере B образовались спустя примерно 1 час, а взаимосвязанные каналы, не содержащие твердых частиц, не образовались даже спустя 6 часов.
[0095] В таблице 1 представлены коэффициенты образования каналов нескольких суспензий для обработки при различном содержании волокнистого связующего вещества и различных размерах твердых частиц (песка). Суспензии для обработки содержали 0,72% раствор гуара в воде; концентрация песка составила: 12 об. %; тип песка; как описано в таблице 1, тип связующего вещества; PLA волокно длиной 6 мм и диаметром 12 микрон. Методика эксперимента и использованное оборудование были такими же, как описаны в Примере 1. Каждый эксперимент выполняли в течение 6 часов. В таблице 1 представлены коэффициенты образования каналов и время до достижения указанного коэффициента для каждого типа суспензии для обработки. Например, для суспензии для обработки с песком 20/40 меш и концентрацией волокна 4,8 г/л потребовалось 0,17 часа для образования в системе не связанных друг с другом областей, не содержащих твердых частиц (коэффициент образования каналов 2). В данном эксперименте взаимосвязанные каналы (коэффициент образования каналов 3) не образовались даже спустя 6 часов эксперимента.
Таблица 1
Концентрация волокна (г/л)
Коэффициент образования каналов/время до достижения состояния
Тип песка
20/40
40/70
100 меш
0,0
0/6 ч.
0/6 ч.
0/6 ч.
1,2
3/0,5 ч.
3/0,91 ч.
3/2 ч.
2,4
3/1 ч.
3/1,97 ч.
3/2 ч.
4,8
2/0,17 ч.
2/0,5 ч.
2/0,75 ч.
Пример 6: Определение максимального времени образования каналов.
0,5
3
2
[0096] Расчеты выполнили для суспензии для обработки, содержащего 0,72% раствор гуара; 12 об. % песка с размером частиц 0,43-0,2 мм и 2,4 г/л PLA волокнистого связующего вещества с длиной волокон от 6 мм и диаметром 12 микрон. Дополнительные ограничения включали то, что суспензия помещена в гидравлическую трещину в сланцевом пласте с коэффициентом поглощения в диапазоне Ct = 3,9E-6 - 2,0E-5 м/с и коэффициентом мгновенного поглощения 0,204E-3 м/м. Сланцевый пласт имеет следующие свойства и находится между слоями с высоким градиентом давления гидроразрыва: TVD (истинная вертикальная глубина): 800 м; высота пласта 30 м; градиент давления гидроразрыва в пласте 14,0 кПа/м; модуль Юнга 2e7 кПа; коэффициент Пуассона 0,18. График закачивания представлен в таблице 2.
[0097] Образование каналов должно быть завершено до смыкания трещины, поскольку после смыкания трещины агломерация проппанта невозможна. В то же время, как показано в Примере 11, способность к образованию каналов зависит от концентрации связующего вещества и проппанта и не происходит, если концентрации указанных агентов выше определенных пороговых значений. Например, взаимосвязанные каналы не образуются при осаждении композиций, содержащих >22 об. % песка и 4,8 г/л PLA волокон с длиной 6 мм и диаметром 12 микрон.
[0098] Следует отметить, что концентрация компонентов суспензии, закачиваемой в гидравлическую трещину, со временем увеличивается из-за поглощения текучей среды трещиной. Для используемого состава это означает, что взаимосвязанные каналы должны образоваться до того, как концентрация суспензии увеличится в два раза (то есть до того, как концентрация песка увеличится с 12 об. % до 22 об. %, а концентрация волокон увеличится с 1,2 г/л до 4,8 г/л).
0,5
[0099] Предполагается, что время закачивания (внесения) суспензии относительно невелико, и при закачивании практически не происходит поглощения раствора. В такой ситуации суспензия станет концентрированной после работ по смыканию трещины. На фиг. 6 представлен расчетный профиль вредней ширины трещины в зоне ствола скважины для созданного гидравлического разрыва при смыкании трещины. Расчеты выполнили в программе FracCADE 7.2, используя P3D модель и параметры пласта, описанные выше, и различные коэффициенты поглощения. Например, для коэффициента поглощения 3,9E-06 м/с ширина трещины снижается в 2 раза за 280 минут после внесения суспензии для обработки. Это означает, что за 280 минут приблизительно 50% текучей среды из трещины поглощается пластом и, следовательно, суспензия в трещине становится в два раза более концентрированной. Следовательно, приемлемое время образования каналов для суспензии в данной систуации должно быть менее 280 мин. В таблице 2 показаны результаты аналогичных расчетов приемлемого времени образования каналов для данной смеси суспензии для обработки с другими коэффициентами поглощения, представленными в таблице 2.
Таблица 2
Ct, м/с<sup>0,5</sup>
Время до двукратного уменьшения ширины трещины, мин.
3,9E-06
280
7,8E-06
110
2,0E-05
40
Пример 7. Влияние шероховатости стенок на образование каналов
[00100] В Примере 7 исследовали влияние шероховатости стенок на время образования каналов. При использовании в Примере 7 время образования каналов означает время, необходимое для образования взаимосвязанных каналов из суспензии для обработки, например, коэффициент образования каналов 3. Для Примера 7 использовали такое же оборудование, как в Примере 1, за исключением того, что на пластины наклеили песчаную шлифовальную бумагу различной зернистости. Каждый эксперимент выполняли в течение 6 часов. Суспензия для обработки содержала 0,72% раствор гуара в воде; концентрация песка: 12 об. %; тип песка (представлен в таблице 3), тип связующего вещества: PLA волокна длиной 6 мм и диаметром 12 микрон. В таблице 3 показано время образования каналов (до достижения коэффициента образования каналов 3) для суспензии для обработки при различной ширине слота и степенью шероховатости стенок. Как можно видеть из таблицы 3, взаимодействия со стенками играют важную роль при образовании каналов. Однако образование каналов происходит даже в случае гладких стенок (шероховатость стенок < 1 микрона).
Таблица 3
Ширина слота (мм)
Время до достижения коэффициента образования каналов 3 (часы)
Шероховатость стенок (размер зерна песчаной шлифовальной бумаги), микрон
Без шлифовальной бумаги (менее 1)
22
63
150
700
3
2,1
2,1
0,9
0,2
4
2,3
0,7
5
2,5
Пример 8: Влияние реологии текучей среды на образование каналов.
[00101] Исследовали характер и время образования каналов для ряда различных суспензий для обработки. Использовали такое же оборудование, как в Примере 1, за исключением того, что на стенки слота наклеили песчаную шлифовальную бумагу с размером зерна 22 микрона. Каждый эксперимент выполняли в течение 6 часов. Ширина слота составила 3 мм. Различные суспензии для обработки содержали 0,72% раствор гуара в воде; песок размером 0,43-0,2 мм; концентрация песка: 12 об. %; тип связующего вещества: PLA волокна длиной 6 мм и диаметром 12 микрон. В таблице 4 представлены коэффициенты образования каналов и время до их достижения с применением ряда различных несущих текучих сред.
Таблица 4
Текучая среда
Коэффициент образования каналов/время до достижения (часы)
0,48% гуаровая камедь
3/0,3
0,72% гуаровая камедь
3/2,4
1% полиакриламид ASP 700 *
1/н.д.
3% полиакриламид ASP 700 *
3/1,3
5% полиакриламид ASP 700 *
3/1,3
Вязкоупругое ПАВ (1,2% EADB **, 0,2% CPAPA ***)
0/--
Вязкоупругое ПАВ (0,58% EADB **, 0,1% CPAPA ***)
0/--
Вязкоупругое ПАВ (0,29% EADB **, 0,05% CPAPA ***)
0/н.д.
0,48% ксантановая камедь
2/0,6
0,72% ксантановая камедь
0/--
Поперечно-сшитый гуар (0,24% гуар, 0,01% H<sub>3</sub>BO<sub>3</sub>, 0,1% Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>)
2/5
Поперечно-сшитый гуар (0,24% гуар, 0,005% H<sub>3</sub>BO<sub>3</sub>, 0,1% Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>)
2/0,6
Поперечно-сшитый гуар (0,24% гуар, 0,0025% H<sub>3</sub>BO<sub>3</sub>, 0,1% Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>)
3/0,1
Глицерин
2/1
* означает имеющийся в продаже у компании Nalco;** означает эрукамидопропилдиметилбетамин, имеющийся в продаже у компании Rhodia, члена группы Solvay.*** означает сополимер поливинилацетата/поливинилового спирта, имеющийся в продаже у компании Rhodia, члена группы Solvay.0/-- означает, что текучая среда оставалась в состоянии образования каналов 0 в течение всего периода испытания, 6 часов.
Как можно видеть из таблицы 4, реология несущей текучей среды влияет на образование каналов.
-1
-1
[00102] На фиг. 7 изображены зависимости от реологических свойств несущих текучих сред, перечисленных в Таблице 4. Как можно видеть, образование каналов происходит при осаждения твердых частиц в диапазоне скоростей сдвига от 0,001 до 0,1 с (см. пример 10). Несущие текучие среды с вязкостью более 1000000 сП в указанном диапазоне скоростей сдвига не способны к образованию каналов в выполненных экспериментах. Несущие текучие среды с вязкостью менее 2000 сП не приводят к образованию каналов. Несущие текучие среды с вязкостью от 2000 до 1000000 сП в диапазоне скоростей сдвига 0,001-0,1 с способны к образованию каналов.
Пример 9: Максимально допустимый предел текучести несущей текучей среды для образования каналов.
[00103] Предел текучести несущей текучей среды должен быть достаточно низким для обеспечения возможности агломерации твердых частиц при осаждении с образованием каналов. Указанное значение может быть определено подбором предела текучести по давлению отдельных твердых зерен, суспендированных в несущей текучей среде
,
где  представляет собой максимально допустимый предел текучести,  представляет собой плотность твердого зерна,  представляет собой плотность несущей текучей среды, R представляет собой радиус зерна. Для песка с размером зерна 0,43 мм и загущенной воды данное уравнение дает =1 Па.
Пример 10: Диапазон скоростей сдвига при осаждении твердых частиц
[00104] Диапазон скоростей сдвига при осаждении твердых частиц можно оценить как скорость осаждения по размеру зерна. Минимальная и максимальная скорости осаждения, записанные в выполненных эксперимента, составили 3,3 мм/час и 178 мм/час. Так, для выполненных экспериментов:
Пример 11: Влияние концентрации твердых частиц на образование каналов.
[00105] Исследовали влияние концентрации песка на образование каналов. Использовали такое же оборудование, как в Примере 1, за исключением того, что на стенки слота наклеили песчаную шлифовальную бумагу с размером зерна 22 микрона. Испытывали различные ширины слота, концентрации песка, размеры зерна песка и вязкости несущей текучей среды, как показано в таблице 5. Суспензия для обработки содержала 0,48% и 0,72% раствор гуара в воде; концентрация песка составила 4,3, 12, 22 и 27 об. %; тип связующего вещества: PLA волокна длиной 6 мм и диаметром 12 микрон, добавленные в концентрации 2,4 г/л.
[00106] Данные в таблице 5 представляют собой коэффициент образования каналов/время до достижения указанного коэффициента (часы). Например, для содержания песка 20/40 меш 4,3 об. % в 0,48% гуаровой камеди в экспериментальном приборе с шириной слота 3 мм время достижения коэффициента образования каналов 3 составило 0,1 часа. Как можно видеть из таблицы 5, концентрация песка влияет на образование каналов. Например, при концентрации песка более или равной 22 об. %, независимо от несущей текучей среды, ширины слота и размера зерен песка, каналы не образовывались.
Таблица 5
Размер зерен песка (тип)
Ширина слота, мм
Несущая текучая среда: 0,48% гуаровая камедь
Несущая текучая среда: 0,72% гуаровая камедь
4,3 об. % песка
12 об. % песка
22 об. % песка
27 об. % песка
4,3 об. % песка
12 об. % песка
22 об. % песка
27 об. % песка
0,84-0,43 мм (20/40 меш)
3
3/0,1
3/0,1
2/0,1
0/--
н.д.
3/1,0
н.д.
н.д.
6
3/0,1
3/0,1
0/--
0/--
н.д.
н.д.
н.д.
н.д.
0,43-0,2 мм (40/70 меш)
3
3/0,2
3/0,4
2/0,7
0/--
3/1,1
3/2,1
2/2,5
н.д.
6
3/0,1
3/0,2
2/0,4
0/--
3/1,5
3/1,5
2/1,8
0/--
0,2-0,1 мм (70/140 меш)
3
3/0,1
3/0,4
2/1,2
0/--
3/0,8
2/2,0
2/2,0
н.д.
6
н.д.
н.д.
н.д.
н.д.
н.д.
н.д.
н.д.
н.д.
н.д. означает, что данные не получены. 0/-- означает, что текучая среда оставалась в состоянии образования каналов 0 в течение всего периода испытания, 6 часов.
Пример 12: Влияние плотности твердых частиц на образование каналов
[00107] Исследовали влияние плотности песка на образование каналов. На фиг. 8 представлена временная зависимость коэффициента образования каналов для двух различных суспензий для обработки, отличающихся плотностью проппанта.
3
3
[00108] Пример C содержал проппант с размером зерна 0,84-0,43 мм (20/40 меш) и плотностью 3,58 г/см. Пример D содержал песок с таким же размером зерна и плотностью 2,65 г/см. Оба Примера C и D содержали 0,72% раствор гуара в воде; тип связующего вещества: PLA волокна длиной 6 мм и диаметром 12 микрон в концентрации 2,4 г/л; объемная концентрация проппанта/песка в обоих Примерах C и D составила 12 об. %. Использовали такое же оборудование и методику, как описаны в Примере 1, за исключением того, что на стенки слота наклеили песчаную шлифовальную бумагу с размером зерна 22 микрона.
[00109] Как можно видеть на фиг. 8, повышение плотности проппанта способствует достижению коэффициента образования каналов 3.
Пример 13: Влияние геометрии и концентрации связующего вещества на образование каналов.
3
[00110] Исследовали влияние геометрии и концентрации связующего вещества на образование каналов. Испытывали различные композиции с разными концентрациями связующего вещества, ширинами слота и размерами зерен песка, используя такое же оборудование, как в Примере 1, за исключением того, что на стенки слота наклеили песчаную шлифовальную бумагу с размером зерна 22 микрона. Каждая суспензия для обработки содержала 0,72% раствор гуаровой камеди; 12 об. % песка и волокнистое связующее вещество в концентрации 0-4,8 г/л. Волокнистое связующее вещество представляло собой волокна из полимолочной кислоты (PLA) длиной 6 мм и диаметром 12 микрон, плотностью 1,25 г/см.
[00111] В таблице 6 представлена диаграмма образования каналов, демонстрирующая коэффициенты образования каналов и время до достижения указанного состояния для различных композиций. Как и ранее, н.д. означает отсутствие полученных данных, а 0/-- означает, что текучая среда оставалась в состоянии образования каналов 0 в течение всего периода испытания, 6 часов. Как можно видеть в таблице 6, концентрация волокна влияет на образование каналов. Например, взаимосвязанные каналы, не содержащие твердых частиц, не образовывались при концентрации волокна более или ровно 4,8 г/л (что соответствует 0,38 об. %) при всех ширинах слота и размерах зерен песка.
Таблица 6
Концентрация волокнистого связующего вещества, г/л
Ширина слота 3 мм
Ширина слота 6 мм
Размер зерен песка (меш)
Размер зерен песка (меш)
0,84-0,43 мм (20/40 меш)
0,43-0,2 мм (40/70 меш)
0,2-0,1 мм (70/140 меш)
0,84-0,43 мм (20/40 меш)
0,43-0,2 мм (40/70 меш)
0,2-0,1 мм (70/140 меш)
0
0/--
0/--
0/--
0/--
0/--
0/--
1,2
3/0,5
3/0,9
3/2,0
Н.д.
3/2,6
Н.д.
2,4
3/1
3/2
3/2
Н.д.
3/3,6
Н.д.
4,8
2/0,2
2/0,5
2/0,8
Н.д.
2/0,9
Н.д.
[00112] В таблице 7 представлены характеристики образования каналов для различных композиций с волокнами (связующим веществом) различной геометрии при разной ширине слота. Каждая суспензия для обработки содержала 0,72% раствор гуаровой камеди; 12 об. % песка с размером зерен 0,43-0,20 мм (40/70 меш) и волокна в концентрации 2,4 г/л. Использовали такое же оборудование, как в Примере 11.