СПОСОБ УПЛОТНЕНИЯ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ ВО ВРЕМЯ ПОДЗЕМНЫХ ОПЕРАЦИЙ ПО ОБРАБОТКЕ
METHOD OF PACKING SOLID MATERIALS DURING UNDERGROUND TREATMENT OPERATIONS

РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет на основании предварительной заявки на патент США №61/905340, поданной 18 ноября 2013 года (11/18/2013) (18.11.2013) и частично продолжающихся заявок на патент США №12/690292, поданной 20.1.2010, №13/914513, поданной 10.6.2013, №13/914526, поданной 10.6.2013, №14/308160, поданной 18.6.2014 и №12/247985, поданной 28.9.2011.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
1. Область техники
[0002] Варианты реализации настоящего изобретения относятся к композициям расклинивающего агента со сшитым изменяющим дзета-потенциал покрытием и к способам уплотнения слоем песка, гидроразрыва с установкой гравийных фильтров, гидроразрыва, уплотнения пласта и добычи флюидов из подземного пласта с помощью расклинивающего агента со сшитым изменяющим дзета-потенциал покрытием и способам добычи из пласта путем формирования сети столбов, кластеров, колонн или островков расклинивающего агента в трещинах в пласте во время и/или после гидроразрыва пласта, к сетям расклинивающего агента, столбам расклинивающего агента, композиции для сшивания покрытий, сшитым покрытиям и сшитым расклинивающим агентам с покрытием.
[0003] Более конкретно, варианты реализации настоящего изобретения относятся к композициям расклинивающего агента со сшитым изменяющим дзета-потенциал покрытием и способам уплотнения слоем песка, гидроразрыва с установкой гравийных фильтров, гидроразрыва, уплотнения пласта и добычи флюидов из подземного пласта с помощью расклинивающего агента со сшитым изменяющим дзета-потенциал покрытием и к способам добычи флюидов из подземных пластов путем формирования сети столбов, кластеров, колонн или островков расклинивающего агента в трещинах в пласте во время и/или после гидроразрыва пласта, к сетям расклинивающего агента, столбам расклинивающего агента, композиции для сшивания покрытий, сшитым покрытиям и сшитым расклинивающим агентам с покрытием, при этом указанные способы включают последовательность стадий введения расклинивающего агента, разработанную для формирования сетей расклинивающего агента и столбов расклинивающего агента, увеличивающих проводимость трещины. Указанный вариант реализации настоящего изобретения также относится к предотвращению выноса расклинивающего агента и мелкозернистых частиц, при этом указанный пласт или барьер из расклинивающего агента обрабатывают с помощью изменяющего дзета-потенциал материала согласно настоящему изобретению, и затем к уплотнению с помощью сшивающего агента для придания прочности барьеру из расклинивающего агента или пласту, а также для предотвращения миграции мелкозернистых частиц за счет изменения дзета-потенциала мелкозернистых частиц для добычи флюида при гораздо большем показателе депрессии в скважине.
2. Описание уровня техники
[0004] Было предложено множество методов, относящихся к регулированию поступления песка в скважину, направленных на уменьшение выноса расклинивающего агента для поддержания трещин с высокой проводимостью, образующихся после гидравлического разрыва. Один из методов включает применение в трещине осажденных термически отвержденных расклинивающих агентов Халлибертона и покрытого смолой гравия, например, для создания трещин с высокой проводимостью. Указанные расклинивающие агенты с покрытием смолой спроектированы с возможностью предотвращения выноса расклинивающего агента и уменьшения образования и миграции мелкозернистых частиц при отверждении при высоких температуре и давлении. Второй метод включает нанесение на расклинивающий агент покрытия в виде жидкой смолы, содержащей сшивающий агент, нагнетание расклинивающего агента с покрытием в скважину во время гидроразрыва и обеспечение затвердевания термореактивной смолы под действием температуры для создания барьера из связанного расклинивающего агента. Уплотнение расклинивающего агента в пласте путем нагнетания жидкой термореактивной смолы, которая цементирует расклинивающие агенты в пласте, приводит к плохой проводимости и используется не часто. В большинстве коммерчески доступных систем используют фенольные, фурановые или эпоксидные смолы, смешанные со сшивающим агентом, который активируется под действием пластовой температуры. Указанные методы обеспечивают связывание частиц породы, что приводит к получению стабильной матрицы из проницаемых, сцементированных зерен. Третий метод включает применение фильтров с предварительной набивкой и хвостовиков со щелевидными продольными отверстиями, в частности, для ломких или полностью несцементированных пластов, при этом фильтры с предварительной набивкой и хвостовики с щелевидными продольными отверстиями позволяют осуществить недорогое внутрискважинное фильтрование и многие другие методы, применяемые для предотвращения выноса расклинивающих агентов, что тем самым увеличивает продуктивность при применении гидроразрыва.
[0005] Хотя существует несколько решений трудности выноса расклинивающего агента, такие решения либо требуют применения специальных расклинивающих агентов, либо обязательного цементирования в пласте расклинивающего агента с помощью смолы. Указанные методы имеют различные недостатки, так как повышенные расходы на расклинивающий агент и значительное изменение свойств пласта из-за внутреннего цементирования. Такие методы также приводят к уменьшению пористости и проводимости барьера из расклинивающего агента или несцементированного пласта. Кроме того, указанные методы трудно использовать при ремонтно-восстановительной обработке барьера из расклинивающего агента в пласте вследствие накапливания указанных смол в порах. Таким образом, в данной области техники существует потребность в другом методе решения проблемы выноса расклинивающего агента. Кроме того, систему термореактивных смол, описанную выше, нельзя использовать при контроле за миграцией мелкозернистых частиц, так как смола может отверждаться в порах и будет закупоривать пласт. Указанные методы также не позволяют улавливать мелкозернистые частицы, поскольку они располагаются в твердом покрытии, не проявляющем сродства к материалу мелкозернистых частиц.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0006] Варианты реализации настоящего изобретения обеспечивают композиции, включающие: (1) агрегирующие композиции, способные образовывать деформируемые частичные или полные покрытия на поверхностях пласта, поверхностях пластовых частиц, поверхностях твердой фазы скважинного флюида и/или поверхностях расклинивающих агентов, при этом указанные покрытия увеличивают склонность к агрегации и/или агломерации частиц и поверхностей таким образом, что образуются кластеры или столбы частиц, имеющие деформируемые покрытия, и (2) композиции, стабилизирующие и/или усиливающие агрегацию, способные изменять свойства покрытых кластеров или столбов таким образом, что образуются сцементированные, стабилизированные и/или упрочненные кластеры или столбы. Стабилизированные и/или упрочняющие расклинивающие материалы можно использовать при гидроразрыве, при гидроразрыве с установкой гравийных фильтров, при применении реагента на водной основе для снижения поверхностного натяжения, при применении песчаных пробок, при цементировании пласта для уплотнения несцементированных или слабо сцементированных пластов или при любом другом применении, при котором можно использовать расклинивающий агент, имеющий упрочненное покрытие (частичное или полное), изменяющее дзета-потенциал. Во всех из перечисленных вариантов применения агрегирующие композиции и композиции для сшивания покрытий можно добавлять к жидкостям для обработки пласта в любое время в процессе обработки, по отдельности или в комбинации. Кроме того, композиции для сшивания покрытий будут использоваться после применения композиций для изменения дзета-потенциала или после введения расклинивающего агента, обработанного с помощью композиций для изменения дзета-потенциала. В некоторых случаях сшивающие композиции можно тщательно смешать с композицией для изменения дзета-потенциала с возможностью обработки в качестве однокомпонентной системы. Такая композиция специально разработана для обеспечения замедленного уплотнения или сшивающего действия, которые оба можно инициировать с помощью тепла или времени.
[0007] Варианты реализации настоящего изобретения обеспечивают способы стабилизации кластеров или столбов агрегированных частиц путем (1) обработки частиц с помощью агрегирующей композиции с образованием агрегированных кластеров или столбов, и (2) обработки кластеров или столбов агрегированных частиц с помощью стабилизирующей или упрочняющей композиции с образованием сцементированных, стабилизированных и/или упрочненных кластеров или столбов.
[0008] Варианты реализации настоящего изобретения обеспечивают способы формирования столбов расклинивающего агента в пласте во время гидроразрыва пласта, при этом указанные способы включают последовательность нагнетаний одной жидкости для гидроразрыва или множества различных жидкостей для гидроразрыва, при этом указанные жидкости для гидроразрыва выбирают из группы, состоящей из жидкостей, содержащих расклинивающий агент и композицию для изменения дзета-потенциала или агрегирующую композицию, жидкостей, не содержащих расклинивающий агент и композицию для изменения дзета-потенциала или агрегирующую композицию, жидкостей, содержащих композицию для изменения дзета-потенциала или агрегирующую композицию, но не содержащих расклинивающий агент, и жидкостей, содержащих расклинивающий агент, но не содержащих композицию для изменения дзета-потенциала или агрегирующую композицию. Указанные последовательности могут включать нагнетания в одну скважину каждой жидкости в любом порядке или нагнетания в несколько скважин каждой жидкости в любом порядке. Таким образом, одна последовательность может включать нагнетание первой жидкости, не содержащей расклинивающий агент, нагнетание второй жидкости, содержащей композицию для изменения дзета-потенциала или агрегирующую композицию, но не содержащей расклинивающий агент, и нагнетание третьей жидкости, содержащей расклинивающий агент и композицию для изменения дзета-потенциала или агрегирующую композицию. Жидкости, содержащие расклинивающий агент, могут содержать необработанный расклинивающий агент, обработанный расклинивающий агент, содержащий частицы, покрытые или частично покрытые композицией для изменения дзета-потенциала или агрегирующей композицией, или их смеси. Другая последовательность может включать множество нагнетаний первой жидкости, множество нагнетаний второй жидкости и множество нагнетаний третьей жидкости. Другая последовательность может включать нагнетания в одну скважину первой, второй и третьей жидкости, повторяемые несколько раз во время стадии размещения расклинивающего агента при операции гидроразрыва. Другая последовательность может включать нагнетания в несколько скважин каждой жидкости в любом заданном порядке. Указанная последовательность также может включать период выдержки между каждым нагнетанием. Таким образом, последовательность может включать нагнетание первой жидкости, первое время выдержки, нагнетание второй жидкости, второе время выдержки и нагнетание третьей жидкости и третье время выдержки, при этом первая, вторая и третья жидкость может представлять собой любую из жидких композиций, перечисленных выше.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0009] Настоящее изобретение может быть лучше понято со ссылкой на следующее подробное описание вместе с прилагаемыми иллюстративными чертежами, в которых одинаковые элементы пронумерованы одинаковым образом:
[0010] На фигуре 1А изображен вариант реализации профиля гидроразрыва согласно настоящему изобретению.
[0011] На фигуре 1В изображен другой вариант реализации профиля гидроразрыва согласно настоящему изобретению.
[0012] На фигуре 1С изображен другой вариант реализации профиля гидроразрыва согласно настоящему изобретению.
[0013] На фигуре 1D изображен другой вариант реализации профиля гидроразрыва согласно настоящему изобретению.
[0014] На фигуре 2А изображен вариант реализации системы или сети расклинивающего агента внутри широкой трещины.
[0015] На фигуре 2В изображен вариант реализации системы или сети расклинивающего агента внутри узкой трещины.
[0016] На фигуре 2С изображен вариант реализации системы или сети расклинивающего агента внутри иллюстративной квадратной трещины.
[0017] На фигуре 2D изображен вариант реализации системы или сети расклинивающего агента внутри разветвленной трещины.
[0018] На фигуре 2Е изображен вариант реализации системы или сети расклинивающего агента внутри трещины, образованной путем гидроразрыва с установкой гравийных фильтров.
[0019] На фигурах 3A-I изображены девять различных иллюстративных кластеров расклинивающего агента.
[0020] На фигурах 4A-J изображены десять различных групп кластеров расклинивающего агента.
[0021] На фигурах 5A-D изображены четыре различные системы перфорационных отверстий.
[0022] На фигуре 6 приведена таблица, содержащая значения дзета-потенциала и склонности к агрегации, и диаграмма дзета-потенциалов для необработанного кремнезема и угля и обработанного кремнезема и угля.
[0023] На фигуре 7А приведена фотография необработанного кремнеземного песка с размером частиц 200 меш.
[0024] На фигуре 7В приведена фотография кремнеземного песка с размером частиц 200 меш, обработанного раствором 7 масс. % SandAid™.
[0025] На фигуре 7С приведена фотография кремнеземного песка с размером частиц 200 меш, обработанного раствором 7 масс. % SandAid™ и сшивающей композицией SandAid™.
[0026] На фигуре 8А приведена фотография песка с размером частиц 200 меш, обработанного SandAid™, покрытого сверху водой, в бутылке массой 4 унции (примерно 227 г).
[0027] На фигуре 8В приведена фотография песка с размером частиц 200 меш, обработанного SandAid™ и сшивающей композицией SandAid™, покрытого сверху водой, в бутылке массой 4 унции (примерно 227 г).
[0028] На фигуре 8С приведена фотография перевернутой бутылки, показанной на фигуре 8А, на которой видно, что часть агрегированного песка выпала на закрытый колпачком конец бутылки.
[0029] На фигуре 8D приведена фотография перевернутой бутылки, показанной на фигуре 8В, на которой видно, что выпадение песка на закрытый колпачком конец бутылки не происходит.

[0030] На фигуре 9А изображены фотографии керамического расклинивающего агента CARBOLITE (Карболит), обработанного SandAid, покрытого сверху водой, в бутылке массой 4 унции (примерно 227 г) в вертикальном положении.
[0031] На фигуре 9В изображены фотографии бутылки, показанной на фигуре 9А, после обработки с применением высокой температуры (137°C) и давления (420 psi (примерно 2896 кПа)) в бутылке массой 4 унции (примерно 227 г) в вертикальном положении.

[0032] На фигуре 9С изображены фотографии сшитого керамического расклинивающего агента CARBOLITE (Карболит), обработанного SandAid™, покрытого сверху водой, в перевернутой бутылке массой 4 унции (примерно 227 г).
[0033] На фигуре 9D изображены фотографии бутылки, показанной на фигуре 9С, после обработки с применением высокой температуры (137°C) и давления (420 psi (примерно 2896 кПа)) в перевернутой бутылке массой 4 унции (примерно 227 г).
[0034] На фигуре 10 приведена фотография песка с размером частиц 200 меш, обработанного SandAid™ (верхний цилиндрический блок), и сшитого песка с размером частиц 200 меш, обработанного SandAid™ (нижний цилиндрический блок), установленных один поверх другого, после испытания MSFR (MSFRT).
[0035] На фигуре 11А приведена фотография стержня из песка, обработанного SandAid™, после испытания на восстановление проницаемости.
[0036] На фигуре 11В приведена фотография сшитого стержня из песка, обработанного SandAid™, после испытания на восстановление проницаемости.
ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕРМИНОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В НАСТОЯЩЕМ ИЗОБРЕТЕНИИ
[0037] Следующие определения приведены, чтобы помочь специалистам в данной области техники понять подробное описание настоящего изобретения.
[0038] Термин «примерно» означает, что значение находится в пределах примерно 10% от указанного значения. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения значение находится в пределах примерно 5% от указанного значения. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения значение находится в пределах примерно 2,5% от указанного значения. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения значение находится в пределах примерно 1% от указанного значения. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения значение находится в пределах примерно 0,5% от указанного значения.
[0039] Термин «по существу» означает, что значение находится в пределах примерно 10% от указанного значения. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения значение находится в пределах примерно 5% от указанного значения. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения значение находится в пределах примерно 2,5% от указанного значения. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения значение находится в пределах примерно 1% от указанного значения. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения значение находится в пределах примерно 0,5% от указанного значения.
[0040] Термин «столб расклинивающего агента, островок расклинивающего агента, кластер расклинивающего агента, агрегат расклинивающего агента или агломерат расклинивающего агента» означает, что множество частиц расклинивающего агента образуют агрегаты, кластеры, агломераты или иным образом соединяются вместе с образованием дискретных структур.
[0041] Термин «подвижный столб расклинивающего агента, подвижный островок расклинивающего агента, подвижный кластер расклинивающего агента, подвижный агрегат расклинивающего агента или подвижный агломерат расклинивающего агента» обозначает столб расклинивающего агента, островок расклинивающего агента, кластер расклинивающего агента, агрегат расклинивающего агента или агломерат расклинивающего агента, способные изменять положение во время операций гидроразрыва, добычи или нагнетания.
[0042] Термин «самовосстанавливающийся столб расклинивающего агента, самовосстанавливающийся островок расклинивающего агента, самовосстанавливающийся кластер расклинивающего агента, самовосстанавливающийся агрегат расклинивающего агента или самовосстанавливающийся агломерат расклинивающего агента» обозначает столб расклинивающего агента, островок расклинивающего агента, кластер расклинивающего агента, агрегат расклинивающего агента или агломерат расклинивающего агента, способные распадаться и воссоединяться во время операций гидроразрыва, добычи или нагнетания.
[0043] Термин «амфотерный» относится к поверхностно-активным веществам, имеющим как положительные, так и отрицательные заряды. Полный заряд поверхностно-активного вещества может быть положительным, отрицательным или нейтральным в зависимости от pH раствора.
[0044] Термин «анионный» относится к таким вязкоупругим поверхностно-активным веществам, которые обладают чистым отрицательным зарядом.
[0045] Термин «гидроразрыв» относится к процессу и способам разрушения геологического пласта, т.е. горной породы вокруг ствола скважины, путем закачивания жидкости при очень высоких давлениях для повышения темпов отбора нефти или газа из коллектора углеводородов. В способах гидроразрыва согласно настоящему изобретению общепринятые методы, известные в данной области техники, используют иным образом.
[0046] Термин «расклинивающий агент» относится к зернистому веществу, суспендированному в жидкости для гидроразрыва при операции гидроразрыва, которое предназначено для предотвращения закрытия пласта после сброса давления. Расклинивающие агенты, предложенные в настоящем изобретении, включают, но не ограничиваются ими, общепринятые расклинивающие агенты, знакомые специалистам в данной области техники, такие как песок, песок с размером частиц от 20 до 40 меш, песок, покрытый смолой, спеченный боксит, стеклянные шарики и похожие материалы.
[0047] Аббревиатура «RPM» относится к модификаторам относительной проницаемости.
[0048] Термин «поверхностно-активное вещество» относится к растворимому или частично растворимому соединению, уменьшающему поверхностное натяжение жидкостей или уменьшающему натяжение на поверхности раздела между двумя жидкостями или жидкостью и твердым веществом за счет скапливания и ориентирования такого соединения на указанных поверхностях раздела.
[0049] Термин «вязкоупругий» относится к таким вязким жидкостям, которые имеют эластичные свойства, т.е. жидкость по меньшей мере частично возвращается в свою первоначальную форму при снятии приложенного напряжения.
[0050] Выражение «вязкоупругие поверхностно-активные вещества» или «VES» относится к такому классу соединений, которые в водных растворах в присутствии противоионов могут образовывать мицеллы (сферолитовые, анизометрические, пластинчатые или жидкокристаллические), что тем самым придает жидкости вязкость. В частности, предпочтительными являются анизометрические мицеллы, так как их поведение в раствор максимально напоминает поведение полимера.
[0051] Аббревиатура «VAS» относится к вязкоупругому анионному поверхностно-активному веществу, которое можно использовать в операциях по гидроразрыву и гидроразрыву с установкой гравийных фильтров. Как описано в настоящем документе, указанные вещества с предпочтительными противоионами калия, аммония, натрия, кальция или магния имеют анионную природу.
[0052] Термин «вспениваемая» обозначает композицию, которая при смешивании с газом образует устойчивую пену.
[0053] Термин «растрескивающийся слой» используют для обозначения слоя или слоев породы, предназначенных для растрескивания при однократном гидроразрыве. Важно понимать, что «растрескивающийся слой» может содержать один или более одного слоев или пластов породы, которые обычно характеризуются различиями в проницаемости, типе породы, пористости, размере зерна, модуле Юнга, содержании флюидов или в любом из многих других параметров. То есть «растрескивающийся слой» представляет собой слой или слои породы, находящиеся в контакте со всеми перфорационными отверстиями, через которые жидкость нагнетают в породу при данной обработке. Оператор может выбрать для проведения разрыва, в одно время, «растрескивающийся слой», содержащий водяные зоны и углеводородные зоны и/или зоны с высокой проницаемостью и низкой проницаемостью (или даже непроницаемые зоны, такие как сланцевые зоны) и т.п. Таким образом, «растрескивающийся слой» может содержать несколько участков, которые условно называют отдельными слоями, пластами, зонами, прожилками, продуктивными зонами и т.п., и в настоящем документе такие термины используют в их общепринятом смысле для описания частей растрескивающегося слоя. Как правило, растрескивающийся слой содержит коллектор углеводородов, но предложенные способы можно также использовать для гидроразрыва водозаборной скважины, скважины-хранилища, нагнетательных скважин и т.п. Отметим также, что некоторые варианты реализации изобретения описаны применительно к обычным круглым перфорационным отверстиям (например, созданным с применением кумулятивным зарядов), обычно имеющим перфорационные каналы. Тем не менее настоящее изобретение можно также реализовать на практике с помощью других типов «перфорационных отверстий», например, отверстий или щелей, врезанных в трубопровод путем гидравлического бурения.
[0054] Термин MSFR обозначает максимальный дебит скважины без выноса песка, представляющий собой максимальный дебит скважины, который можно обеспечить в скважине в отсутствии совместного выноса песка или пластовых твердых частиц.
[0055] Термин кавитация или кавитирование обозначает образование полостей вблизи насосно-компрессорной колонны, обсадной колонны или зацементированной обсадной колонны, т.е., создание не содержащего песка объема, окружающего насосно-компрессорную колонну, обсадную колонну или зацементированную обсадную колонну.
[0056] Термин кавитационный пласт представляет собой пласт, содержащий полость или полости, окружающие насосно-компрессорную колонну, обсадную колонну или зацементированную обсадную колонну.
[0057] Термин перепад давления на забое скважины обозначает понижение давления, которое требуется для перемещения содержимого, такого как, но не ограничиваясь ими, нефть, газ и/или вода, пласта или зоны в обсадную колонну, потайную колонну или трубопровод.
[0058] Термин критический перепад давления на забое скважины обозначает понижение давления, которое требуется для получения пластовых твердых частиц, таких как, но не ограничиваясь ими, кремнезем, глина, песок и/или мелкозернистые частицы, в обсадной колонне или потайной колонне или трубопроводе.
[0059] Термин агрегированный, агломерированный или конгломерированный пласт означает, что слабо сцементированный, полусцементированный или несцементированный пласт был обработан с помощью композиции, вызывающей агрегацию, агломерацию или конгломерацию, в результате чего пласт стал достаточно стабильным для добычи нефти или газа без разрушения при снижении давления ниже критического перепада давления на забое скважины.
[0060] Термин относительный перепад давления на забое скважины обозначает перепад давления на забое скважины на единицу площади продуктивного пласта или зоны.
[0061] Термин «gpt» обозначает галлоны на тысячу галлонов.
[0062] Термин «ppt» обозначает фунты на тысячу галлонов.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0063] Авторы изобретения обнаружили новое и другое решение проблемы борьбы с поступлением песка в скважину или выноса расклинивающего агента, не основанное на термическом затвердевании пластмассовых расклинивающих агентов или нагнетании смолы в пласте. Новый подход включает стабилизацию металлами агрегирующих композиций, которые образуют частичные или полные покрытия на поверхностях пласта, пластовых твердых частицах, расклинивающих агентах или их смесях, что приводит к повышению их склонности к агрегации. Агрегирующие композиции содержат 1) амино/фосфатные продукты реакции, 2) аминовый компонент и амино/фосфатные продукты реакции, 3) полимерные амины; 4) полимерные амины и амино/фосфатные продукты реакции, 5) полимерные амины, аминовый компонент и амино/фосфатные продукты реакции, 6) аминовый компонент или 7) их смеси и комбинации. Авторы изобретения полагают, что переходные металлы в покрытии из агрегирующей композиции связываются в комплексы и образуют стабилизированные металлом, сцементированные и/или упрочненные покрытия из агрегирующей композиции. Таким образом, после нанесения солей металлов на покрытие из агрегирующей композиции или расклинивающие агенты с покрытием, текстура и/или химические/физические свойства и характеристики обработанных расклинивающих агентов изменяются. Текстура и/или химические/физические свойства становятся сцементированными, стабилизированными и/или упрочненными благодаря образованию сетчатой структуры комплексов металлов в покрытиях из агрегирующей композиции. Авторы изобретения обнаружили, что добавление солей металлов в покрытия из агрегирующей композиции улучшает как термические и/или механические свойства, так и характеристики покрытий из агрегирующей композиции, применяемых в настоящем изобретении. Дополнительную подробную информацию об агрегирующих композициях, применяемых в настоящем изобретении, читатель может найти в патентах США №№7392847; 7956017; 8466094; и 8871694; и публикациях США №№20100212905 и 20130075100.
[0064] Варианты реализации настоящего изобретения относятся к композициям, содержащим: (1) композицию для изменения дзета-потенциала или агрегирующую композицию, способную образовывать деформируемые частичные или полные покрытия на поверхностях пласта, поверхностях пластовых частиц, поверхностях твердой фазы скважинного флюида и/или поверхностях расклинивающих агентов, при этом указанные покрытия увеличивают склонность к агрегации и/или агломерации частиц и поверхностей таким образом, что образуются кластеры или столбы частиц, имеющие деформируемые покрытия, и (2) композиции, стабилизирующие и/или усиливающие агрегацию, способные изменять свойства покрытых кластеров или столбов таким образом, что образуются сцементированные, стабилизированные и/или упрочненные кластеры или столбы, при этом стабилизированные и/или упрочняющие расклинивающие материалы можно использовать при гидроразрыве, при гидроразрыве с установкой гравийных фильтров, при применении реагента на водной основе для снижения поверхностного натяжения, при применении песчаных пробок, при цементировании пласта для уплотнения несцементированных или слабо сцементированных пластов или при любом другом применении, при котором можно использовать расклинивающий агент, имеющий упрочненное покрытие (частичное или полное), изменяющее дзета-потенциал, при этом в любое время в процессе обработки к жидкостям для обработки пласта можно добавлять агрегирующую композицию и композицию для сшивания покрытий, по отдельности или в комбинации, при условии, что указанные композиции для сшивания покрытий используют после применения композиций для изменения дзета-потенциала или после введения расклинивающего агента, обработанного с помощью композиций для изменения дзета-потенциала.
[0065] Гидравлические трещины образуются при закачивании жидкости для гидроразрыва в ствол скважины со скоростью, достаточной для повышения давления в скважине в целевой зоне до величины, вызывающей или инициирующей образование трещин в целевой зоне пласта. Мелкие гранулы применяемых при гидроразрыве расклинивающих агентов, нагнетаемые вначале или во время гидроразрыва, действуют таким образом, что удерживают образовавшиеся под давлением трещины в раскрытом положении, предотвращая смыкание трещин после прекращения нагнетания и сбрасывания гидравлического давления жидкости. Однако плохо сцементированные расклинивающие агенты могут со временем легко подвергаться выносу, что, таким образом, приводит к уменьшению ширины трещины и, соответственно, потере проводимости. Вынос песка или мелкозернистых частиц может привести к эрозии перфорационных отверстий и также трубчатых элементов и насосов, что приводит к дорогостоящему ремонту. Цель настоящего изобретения состоит в повышении эффективности борьбы с поступлением песка в скважину путем уплотнения применяемых для гидроразрыва расклинивающих агентов для устранения возможности выноса расклинивающего агента и максимизирования пропускной способности трещины.
[0066] В настоящем изобретении описано обеспечение трещины с высокой проводимостью путем применения химии сшивания для уплотнения структуры амино-фосфатного агрегирующего покрытия, нанесенного на применяемые при гидроразрыве расклинивающие агенты. Как правило, жидкости для гидроразрыва вместе с расклинивающими агентами, обработанными амино-фосфатной агрегирующей композицией, будут закачиваться в скважину во время операции гидроразрыва с образованием кластеров агломерированного расклинивающего агента. При последующем промывании агломерированных кластеров растворами солей переходных металлов текстура кластеров расклинивающего агента может резко измениться в сторону увеличения степени их уплотнения и образования сцементированных кластеров расклинивающего агента, состоящих из стабилизированных металлами агрегатов расклинивающих агентов, покрытых амино-фосфатным продуктом реакции. Расклинивающие агенты, обработанные амино-фосфатным продуктом реакции, представляют собой податливые кластеры, что означает, что указанные покрытия легко деформируются и являются мягкими на ощупь. После обработки раствором соли переходного металла покрытия превращаются в твердые и комковатые кластеры расклинивающего агента, устраняющие возможность выноса расклинивающего агента, а также улучшающие проводимость трещин при последующей добыче.
[0067] Утверждения, приведенные в настоящем разделе, просто предоставляют общую информацию в отношении настоящего изобретения и не могут представлять известный уровень техники.
[0068] Настоящее изобретение относится к добыче флюидов из подземных пластов. Более конкретно, изобретение относится интенсификации потока флюидов через пласты за счет гидравлического разрыва. Более конкретно, изобретение относится к способам оптимизации проводимости трещины путем расклинивания трещин в пласте месторождения таким образом, чтобы расклинивающий агент был распределен в трещине гетерогенно, и согласно некоторым вариантам реализации изобретения, указанная трещина содержит значительное количество пустот с небольшим количеством расклинивающего агента или без него.
[0069] Варианты реализации способов согласно настоящему изобретению обеспечивают стадию размещения расклинивающего агента, включающую нагнетание через несколько групп перфорационных отверстий чередующихся порций жидкостей, не содержащих расклинивающий агент, и жидкостей, содержащих расклинивающий агент, в трещины растрескивающегося слоя при давлении выше давления гидроразрыва. Порции жидкостей, содержащих расклинивающий агент, образуют в трещинах столбы, кластеры или островки расклинивающего агента во время гидроразрыва и/или после гидроразрыва, когда трещины закрываются.
[0070] Варианты реализации способов согласно настоящему изобретению обеспечивают стадию размещения расклинивающего агента, включающую нагнетание чередующихся порций жидкостей, не содержащих расклинивающий агент, и жидкостей, содержащих расклинивающий агент, в трещины растрескивающегося слоя при давлении выше давления гидроразрыва через несколько групп перфорационных отверстий в стволе скважины и вынужденное перемещение последовательностей порций жидкостей, не содержащих расклинивающий агент, и жидкостей, содержащих расклинивающий агент, нагнетаемых через соседние группы перфорационных отверстий, через трещины с различными скоростями. Порции жидкостей, содержащих расклинивающий агент, снова образуют столбы, кластеры или островок расклинивающего агента в трещинах во время гидроразрыва и/или после гидроразрыва, когда трещины закрываются.
[0071] Варианты реализации способов согласно настоящему изобретению обеспечивают стадию размещения расклинивающего агента, включающую нагнетание чередующихся порций жидкостей, не содержащих расклинивающий агент, и жидкостей, содержащих расклинивающий агент, в трещины растрескивающегося слоя при давлении выше давления гидроразрыва через несколько групп перфорационных отверстий в стволе скважины и вынужденное разделение последовательностей порций жидкостей, не содержащих расклинивающий агент, и жидкостей, содержащих расклинивающий агент, нагнетаемых через по меньшей мере одну пару групп перфорационных отверстий, с помощью участка, содержащего закаченные жидкости, не содержащие расклинивающий агент. И в этом случае порции жидкостей, содержащих расклинивающий агент, образуют в трещинах столбы, кластеры или островки расклинивающего агента во время гидроразрыва и/или после гидроразрыва, когда трещины закрываются.
[0072] Существует много дополнительных вариантов осуществления указанных способов, включающих, без ограничения, (i) варьирование жидкостей, не содержащих расклинивающий агент, в некоторых или всех порциях жидкостей, не содержащих расклинивающий агент, (ii) варьирование жидкостей, содержащих расклинивающий агент, в некоторых или всех порциях жидкостей, содержащих расклинивающий агент, (iii) варьирование композиции расклинивающего агента в некоторых или всех жидкостях, содержащих расклинивающий агент, (iv) варьирование свойств некоторых или всех порций, (v) варьирование последовательности введения порций, (vi) варьирование количества групп перфорационных отверстий, (vii) варьирование способов разделения групп перфорационных отверстий, (viii) варьирование длины некоторых или всех указанных групп, (ix) варьирование количества перфорационных отверстий в некоторых или всех указанных группах или (xii) варьирование других свойств жидкостей, других свойств порций, других свойств гидроразрыва и т.п.
[0073] В других вариантах предложенные способы могут включать еще одну стадию после стадии размещения расклинивающего агента, включающую непрерывное введение жидкости, содержащей расклинивающий агент, в жидкость для гидроразрыва, при этом расклинивающий агент имеет по существу одинаковый размер частиц. Такая следующая стадия может включать применение армирующего материала, материала для переноса расклинивающего агента в трещину, других материалов или их смесей. Жидкости можно загустить с помощью полимера или с помощью вязкоупругого поверхностно-активного вещества. Количество отверстий в каждой группе перфорационных отверстий может быть одинаковым или разным. Диаметр отверстий во всех группах может быть одинаковым или разным. Длины групп перфорационных отверстий и участков, разделяющих указанные группы, могут быть одинаковыми или разными. Можно использовать по меньшей мере два различных способа формирования групп перфорационных отверстий. Некоторые из групп можно получить с помощью метода перфорирования с отрицательным дифференциальным давлением или метода перфорирования с положительным дифференциальным давлением. Ориентации перфорационных отверстий во всех группах относительно предпочтительной плоскости трещины могут быть одинаковыми или разными.
[0074] В другом варианте пары групп, которые генерируют в пласте импульсы давления порций, могут быть разделены группой перфорационных отверстий, имеющей достаточно маленькие перфорационные отверстия, которая образует мост из расклинивающего агента, и жидкость, не содержащая расклинивающий агент, поступает в пласт через указанный мост. Кроме того, количество перфорационных отверстий в каждой группе составляет от 2 до 300; согласно некоторым вариантам реализации изобретения указанное количество может составлять от 2 до 100. В целом, длина группы перфорационных отверстий между соседними группами составляет от 0,15 м до 3,0 м; согласно некоторым вариантам реализации изобретения длина группы составляет от 0,30 м до 30 м. В целом, плотность перфорирования составляет от 1 до 30 выстрелов на 0,3. В целом, объем порций, содержащих расклинивающий агент, составляет от 80 литров до 16000 литров.
[0075] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения последовательность нагнетания жидкости определяют на основе математической модели; и/или последовательность нагнетания жидкости включает корректировку для диспергирования порций; и/или систему перфорационных отверстий определяют на основе математической модели.
[0076] Согласно другим вариантам реализации изобретения по меньшей мере один из параметров, включающих объем порции, состав порции, состав расклинивающего агента, размер расклинивающего агента, концентрацию расклинивающего агента, количество отверстий на группу перфорационных отверстий, длины групп перфорационных отверстий, способ разделения групп перфорационных отверстий, ориентацию группы перфорационных отверстий, плотность перфорирования групп перфорационных отверстий, длины групп перфорационных отверстий, способы перфорации, является постоянным вдоль ствола скважины в растрескивающемся слое или увеличивается или уменьшается вдоль ствола скважины в растрескивающемся слое или то увеличивается, то уменьшается вдоль ствола скважины в растрескивающемся слое.
[0077] Способы согласно настоящему изобретению разработаны с возможностью образования в трещинах столбов, кластеров или островков расклинивающего агента таким образом, чтобы столбы расклинивающего агента не проходили по всему объему трещин параллельно стволу скважины, включая участки столбов, кластеров или островков расклинивающего агента, прерываемые проточными каналами или проходами между столбами, которые образуют проходы, ведущие к стволу скважины, т.е. столбы, кластеры или островки расклинивающего агента разделяются при распределении в трещинах и образуют проточные каналы или проходы. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения композиции расклинивающего агента и стадия размещения расклинивающего агента разработаны с возможностью понижения количества расклинивающего агента, необходимого для обеспечения требуемого уровня проводимости трещины, большего, чем проводимость трещины в отсутствие столбов, кластеров или островков расклинивающего агента, сформированных в трещинах.
[0078] Некоторые варианты реализации, иллюстрирующие настоящее изобретение, будут описаны применительно к вертикальным трещинам в вертикальных скважинах, но в равной степени они применимы к трещинам и скважинам любой ориентации, например, к горизонтальным трещинам в вертикальных или искривленных скважинах или к вертикальным трещинам в горизонтальных или искривленных скважинах. Варианты реализации изобретения будут описаны для одной трещины, но следует понимать, что одновременно может образоваться более одной трещины. Варианты реализации изобретения будут описаны для скважин, в которых добывают углеводороды, но следует понимать, что настоящее изобретение можно использовать для скважин, в которых добывают другие флюиды, такие как вода или диоксид углерода, или, например, для нагнетательных скважин или скважин-хранилищ. Варианты реализации изобретения будут описаны для обычного гидравлического разрыва, но следует понимать, что указанные варианты реализации также могут включать гидроразрыв с использованием воды и гидроразрыв с установкой гравийных фильтров. Кроме того, следует понимать, что в настоящем документе при описании диапазона концентраций или количеств как применимого или подходящего или тому подобное, подразумевают, что все без исключения концентрации или количества внутри указанного диапазона, в том числе конечные точки, следует рассматривать как заявленные значения. Кроме того, каждое численное значение следует рассматривать после того, как оно будет модифицировано термином «примерно» (если оно уже явно не модифицировано таким образом) и затем снова рассматривать как не модифицированное таким образом, если в контексте не указано иное. Например, подразумевают, что «диапазон от 1 до 10» указывает на все без исключения возможные числа в интервале между примерно 1 и примерно 10. Другими словами, при указании определенного диапазона, даже если только несколько конкретных экспериментальных точек явно идентифицированы или упоминаются внутри указанного диапазона или даже когда экспериментальные точки не упоминаются внутри указанного диапазона, следует понимать, что авторы изобретения принимают во внимание и понимают, что все без исключения экспериментальные точки внутри указанного диапазона были определены и что авторы изобретения владеют всем диапазоном и всеми точками внутри указанного диапазона.
[0079] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения размещение расклинивающего агента при гидроразрыве растрескивающихся слоев представляет собой схему гидроразрыва, при этом указанная схема гидроразрыва, включающая систему перфорационных отверстий, последовательность введения жидкостей, составы жидкостей и т.п., позволяет создать превосходное размещение столбов, кластеров или островков расклинивающего агента внутри трещин, направленное на повышение, оптимизацию или максимизирование количества открытого (пустого) пространства или проточных проходов в трещинах. Это, в свою очередь, обеспечивает повышение, оптимизацию или максимизирование гидравлической проводимости трещин и увеличивает добычу углеводородов из коллекторного слоя. Создание и размещение (а) столбов, кластеров или островков расклинивающего агента, (b) участков столбов, кластеров или островков расклинивающего агента, (с) проточных проходов или каналов или (d) участков проточных проходов или каналов в трещинах имеет преимущества, состоящее в образовании (а) более длинных (и/или более высоких) трещин при применении одной и той же массы расклинивающего агента, и (b) более эффективной очистке жидкостей для гидроразрыва из трещин благодаря большему объему трещины, содержащей проточные проходы.
[0080] Варианты реализации изобретения будут описаны для обычного гидравлического разрыва, но следует понимать, что указанные варианты реализации также могут включать гидроразрыв с использованием воды и гидроразрыв с установкой гравийных фильтров. Кроме того, следует понимать, что в настоящем документе при описании диапазона концентраций или количеств как применимого или подходящего или тому подобное, подразумевают, что все без исключения концентрации или количества внутри указанного диапазона, в том числе конечные точки, следует рассматривать как заявленные значения. Кроме того, каждое численное значение следует рассматривать после того, как оно будет модифицировано термином «примерно» (если оно уже явно не модифицировано таким образом) и затем снова рассматривать как не модифицированное таким образом, если в контексте не указано иное. Например, подразумевают, что «диапазон от 1 до 10» указывает на все без исключения возможные числа в интервале между примерно 1 и примерно 10. Другими словами, при указании определенного диапазона, даже если только несколько конкретных экспериментальных точек явно идентифицированы или упоминаются внутри указанного диапазона или даже когда экспериментальные точки не упоминаются внутри указанного диапазона, следует понимать, что авторы изобретения принимают во внимание и понимают, что все без исключения экспериментальные точки внутри указанного диапазона были определены и что авторы изобретения владеют всем диапазоном и всеми точками внутри указанного диапазона.
[0081] Схема перфорации является особенно эффективной при применении в комбинации со смесями порций расклинивающего агента, разработанными для минимизации диспергирования порций во время их транспортировки через трещину, подвергнутую гидравлическому разрыву, что можно обеспечить путем применения композиций расклинивающего агента, агрегирующих композиций и/или композиций для сшивания покрытий согласно настоящему изобретению.
[0082] В общем, операция гидроразрыва включает первую стадию, включающую нагнетание жидкой подушки в пласт (как правило, загущенной жидкости, не содержащей расклинивающий агент), что инициирует образование трещин и содействует их развитию. Вторая стадия операции гидроразрыва, как правило, включает несколько подстадий. Во время каждой подстадий порцию содержащей расклинивающий агент жидкости с заданным (спроектированным или рассчитанным) составом и концентрацией расклинивающего агента закачивают (называется подстадией закачивания порции) в пласт с последующим выполнением через определенный интервал подстадий введения жидкости, не содержащей расклинивающий агент. Объемы как порций жидкости, содержащей расклинивающий агент, так и порций жидкости, не содержащей расклинивающий агент, существенно влияют на гидравлическую проводимость трещин вследствие образования и размещения столбов, кластеров или островков расклинивающего агента в трещинах. Для обеспечения требуемого распределения и/или размещения столбов в трещинах последовательность введения порций жидкости, содержащей расклинивающий агент, и порций жидкости, не содержащей расклинивающий агент, можно повторять необходимое количество раз. Продолжительность каждой подстадий, композиция расклинивающего агента, концентрация расклинивающего агента и природа жидкости в каждой порции могут варьировать или могут быть оптимизированы для повышения, оптимизации или максимизирования размещения столба, кластера или островка расклинивающего агента, что приводит к повышению, улучшению, оптимизации или максимизированию проводимости трещины.
[0083] В конце обработки в трещинах может образоваться гетерогенная структура расклинивающего агента. После смыкания трещины столбы расклинивающего агента сдавливаются и образуют устойчивые пласты (столбы) расклинивающего агента между стенками трещины, что позволяет предотвратить ее полное смыкание.
rd
[0084] В способах гидравлического разрыва согласно настоящему изобретению при гидроразрыве подземного пласта последовательность проведения гидроразрыва обычно включает первую стадию или «стадию введения подушки», включающую нагнетание жидкости для гидроразрыва в буровую скважину при достаточно высокой скорости потока, что позволяет создать в пласте гидравлические трещины. На стадии введения подушки закачку осуществляют таким образом, что трещины имели достаточные размеры для размещения последующей порции, содержащей жидкости, содержащие расклинивающий агент. Объем и вязкость подушки могут быть спроектированы специалистами, компетентными в области проектирования разломов (например, см. «Reservoir Stimulation» 3 Ed. M. J. Economides, K. G. Nolte, Editors, John Wiley and Sons, New York, 2000).
[0085] Водные жидкости для гидроразрыва являются общепринятыми, содержат природные или синтетические водорастворимые полимеры, добавляемые для повышения вязкости жидкости, и применяются в течение всей стадии введения подушки и последующей стадии расклинивания. Указанные полимеры включают, но не ограничиваются ими, гуаровые смолы: (высокомолекулярные полисахариды, состоящие из сахаров маннозы и галактозы) или гуаровые производные, такие как гидроксипропил гуар, карбоксиметил гуар и карбоксиметилгидроксипропил гуар. Сшивающие агенты на основе комплексов бора, титана, циркония или алюминия обычно используют для повышения эффективной молекулярной массы полимера, что делает его более подходящим для применения в высокотемпературных скважинах.
[0086] Вторая стадия или «стадия введения расклинивающего агента» при операции гидроразрыва включает введение в жидкость для гидроразрыва расклинивающего агента в форме твердых частиц или гранул с образованием суспензии или шлама. Стадию расклинивания можно разбить на последовательность введения порций различных жидкостей для гидроразрыва, включающих незагущенные жидкости, не содержащие расклинивающий агент, загущенные жидкости, не содержащие расклинивающий агент, незагущенные жидкости, содержащие расклинивающий агент, или загущенные жидкости, содержащие расклинивающий агент. Указанная последовательность введения может включать две или более периодически повторяющихся подстадий, включающие «подстадии введения носителя», включающие закачивание жидкостей для гидроразрыва, не содержащих расклинивающий агент, и «подстадии введения расклинивающего агента», включающие закачивание жидкостей для гидроразрыва, содержащих расклинивающий агент. В результате периодического (но не непрерывного) введения порций суспензии, содержащей зернистые расклинивающие материалы, расклинивающий агент не полностью заполняет трещину. Скорее, расклинивающий агент образует кластеры, колонны, столбы или островки с каналами или проточными проходами между ними, через которые могут проходить пластовые или нагнетаемые жидкости. Объемы, закачиваемые на подстадиях введения расклинивающего агента и подстадиях введения носителя, могут различаться. То есть объем, закачиваемый на подстадиях введения носителя, может быть больше или меньше объема, закачиваемого на подстадиях введения расклинивающего агента. Кроме того, объемы, закачиваемые на указанных подстадиях, могут изменяться со времени. Например, объем, закачиваемый на подстадии введения расклинивающего агента вначале обработки, может быть меньше объема, закачиваемого последним на подстадии введения расклинивающего агента при обработке. Относительный объем, закачиваемый на указанных подстадиях, выбирают в зависимости от того, какую площадь поверхности трещины необходимо поддержать с помощью кластеров, столбов, колонн или островков расклинивающего агента и какую площадь трещины должны составлять открытые каналы, через которые свободно протекают пластовые жидкости.
[0087] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения композиция расклинивающего агента в порциях может содержать армирующие и/или уплотняющие материалы, предназначенные для повышения прочности образовавшихся кластеров, столбов, колонн или островков расклинивающего агента и для предотвращения их разрушения при смыкании трещины. Как правило, армирующий материал добавляют на некоторых из подстадий введения расклинивающего агента. Кроме того, концентрации как расклинивающего агента, так и армирующих материалов, могут изменяться непрерывно, периодически или прерывисто на протяжении всей стадии введения расклинивающего агента. В качестве примеров, концентрация армирующего материала и/или расклинивающего агента может различаться на двух последующих подстадиях введения расклинивающего агента. Также в некоторых вариантах применения указанного способа может быть удобным или практически целесообразным вводить армирующий материал в непрерывном режиме на протяжении всей стадии введения расклинивающего агента, как во время подстадий введения носителя, так и подстадий введения расклинивающего агента. Другими словами, введение армирующего материала нельзя ограничить только подстадией введения расклинивающего агента. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения концентрация армирующего материала не изменяется в течение всей стадии введения расклинивающего агента; монотонно возрастает во время стадии введения расклинивающего агента; или монотонно уменьшается во время стадии введения расклинивающего агента.
[0088] Расклинивающий агент, покрытый отверждаемой или частично отверждаемой смолой, можно использовать в качестве армирующего и уплотняющего материала для образования кластеров расклинивающего агента. Опытным работникам хорошо известен выбор расклинивающего агента со смоляным покрытием, подходящего для конкретной статической температуры на забое скважины (BHST) и для определенной жидкости для гидроразрыва. Кроме того, для укрепления кластера расклинивающего агента можно использовать органические и/или неорганические волокна. Указанные материалы можно использовать в комбинации с расклинивающими агентами со смоляным покрытием или отдельно. Указанные волокна можно модифицировать таким образом, чтобы они имели одно адгезивное покрытие или адгезивное покрытие, покрытое слоем неадгезивного вещества, способного растворяться в жидкости для гидроразрыва при ее прохождении через трещину. Волокна, изготовленные из адгезивного материала, можно использовать в качестве армирующего материала, покрытого неадгезивным веществом, которое растворяется в жидкости для гидроразрыва при ее прохождении через трещину при температурах под землей. Металлические частицы представляют собой еще одно преимущество для армирующего материала и могут быть изготовлены с применением алюминия, специальных добавок, содержащих сталь, которые уменьшают коррозию, и других металлов и сплавов. Такие металлические частицы могут иметь форму, напоминающую сферу, и размер от 0,1 до 4 мм. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения волокна, такие как применяемые металлические частицы, имеют удлиненную форму с соотношением геометрических размеров (длины к ширине или диаметру) больше 5:1, например, длина более 2 мм и диаметр от 10 до 200 микрон. Кроме того, в качестве армирующего материала можно использовать пластинки из органических или неорганических веществ, керамических материалов, металлов или сплавов на основе металлов. Указанные пластинки могут иметь форму диска или прямоугольника и такие длину и ширину, что для всех материалов соотношение между любыми двумя из трех размеров будут составлять больше 5 к 1.
[0089] Кроме того, в способах согласно настоящему изобретению выбор расклинивающего агента и жидкости является регулируемым фактором. Состав расклинивающего агента и составы жидкостей выбирают с целью повышения, оптимизации или максимизирования прочности кластеров, столбов, колонн и островков расклинивающего агента внутри трещины после смыкания трещины. Кластер расклинивающего агента должен поддерживать приемлемую остаточную толщину при напряжении полного смыкания трещины. Это обеспечивает увеличение потока жидкостей через открытые каналы, образованные между кластерами расклинивающего агента. В этом случае проницаемость барьера из расклинивающего агента, как таковая, не является решающим фактором для повышения продуктивности скважины. Таким образом, кластер расклинивающего агента можно успешно создать с помощью песка, частицы которого слишком слабые для применения при стандартном гидравлическом разрыве в исследуемом пласте. Кластер расклинивающего агента также может быть сделан из песка, имеющего очень широкое распределение размеров частиц, которое не подходит для обычного гидроразрыва. Это является важным преимуществом, поскольку песок стоит значительно меньше керамического расклинивающего агента. Кроме того, разрушение частиц песка при применении нагрузки при смыкании трещины может улучшить прочность кластеров, состоящих из гранул песка. Это может иметь место, поскольку растрескивание/разрушение частиц песчаного расклинивающего агента уменьшает пористость кластера и увеличивает уплотненность расклинивающего агента. Песок, закачиваемый в трещину для создания кластеров расклинивающего агента, не должен иметь хорошие гранулометрические свойства, то есть, обычно требуемое узкое распределение частиц по диаметру. Например, для осуществления указанного способа может быть допустимым применение 50000 кг песка, из которых от 10000 до 15000 кг частиц имеют диаметр от 0,002 до 0,1 мм, от 15000 до 30000 кг частиц имеют диаметр от 0,2 до 0,6 мм и от 10000 до 15000 кг частиц имеют диаметр от 0,005 до 0,05 мм. Следует отметить, что при применении предшествующих (общепринятых) способов гидравлического разрыва для обеспечения аналогичного значения гидравлической проводимости в созданной трещине потребовалось бы примерно 100000 кг расклинивающего агента более дорогостоящего, чем песок.
[0090] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения некоторые или все подстадии введения расклинивающего агента включают введение порций, содержащих композиции расклинивающего агента, содержащие обработанные расклинивающие агенты, и некоторые или все подстадии введения носителя включают введение агрегирующих композиций и/или композиций для сшивания покрытий согласно настоящему изобретению, которые вынуждают частицы расклинивающего агента склеиваться, образовывать агрегаты или образовывать агломераты и/или стабилизировать или сшивать покрытия расклинивающего агента.
[0091] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения способы проведения операции гидроразрыва могут включать после второй стадии третью стадию или «стадию крепления», включающую непрерывное введение определенного количества расклинивающего агента. При применении, стадия крепления при операции гидроразрыва напоминает общепринятый гидравлический разрыв, при котором непрерывный слой хорошо отсортированного обычного расклинивающего агента помещают в трещину сравнительно недалеко от ствола скважины. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения стадия крепления отличается от второй стадии непрерывным размещением хорошо отсортированного расклинивающего агента, то есть, расклинивающего агента с по существу одинаковым размером частиц. Прочность расклинивающего агента на стадии крепления является достаточной для предотвращения дробления (растрескивания) расклинивающего агента при воздействии на него напряжений, которые возникают при смыкании трещины. Роль расклинивающего агента на этой стадии состоит в предотвращении смыкания трещины и, следовательно, в обеспечении хорошей проводимости трещины вблизи ствола скважины. Расклинивающие агенты, применяемые на такой третьей стадии, должны иметь свойства, аналогичные свойствам обычных расклинивающих агентов.
[0092] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения схема операции гидроразрыва (количество, размер и ориентация перфорационных отверстий и распределение перфорационных отверстий по всей продуктивной зоне) включает систему перфорационных отверстий, которая действует как «разделитель порции» для данной порции расклинивающего агента, даже когда нагнетание осуществляют в одиночный гомогенный пластовой слой (то есть даже когда растрескивающийся слой представляет собой одиночный гомогенный пластовой слой). Система перфорационных отверстий приводит к разделению порций расклинивающего агента, закачиваемых в ствол скважины, на заранее установленное количество разделенных более мелких порций внутри трещин определенной зоны. Количество порций расклинивающего агента и соответствующую конструктивную схему можно оптимизировать для обеспечения превосходных эксплуатационных характеристик созданной гидравлической трещины.
[0093] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения предложены способы закачивания порций расклинивающего агента для создания гидравлической трещины, содержащей сеть кластеров, столбов, колонн или островков расклинивающего агента и проточные проходы или сеть участков, обогащенных расклинивающим агентом, содержащих кластеры, столбы, колонны или островки, и участков, обедненных расклинивающим агентом, при этом проточные проходы отделяют кластеры, столбы, колонны или островки расклинивающего агента, и участки, обедненные расклинивающим агентом, отделяют участки, обогащенные расклинивающим агентом. Взаимосвязанные проходы или участки, обедненные расклинивающим агентом, внутри барьера из расклинивающего агента образуют сеть каналов через все трещины от вершины до ствола скважины. Такая сеть каналов приводит к значительному повышению эффективной гидравлической проводимости созданных гидравлических трещин. Состав жидкости-носителя, состав жидкого расклинивающего агента, последовательность введения порций, свойства порции, система перфорационных отверстий и/или другие параметры операции гидроразрыва можно менять для повышения, оптимизации или максимизирования гидравлической проводимости трещины, при этом система перфорационных отверстий действует как «разделитель порции», описанный выше.
[0094] Следует отметить, что хотя некоторые варианты реализации изобретения описаны для случая, при котором растрескивающийся слой является одиночным слоем породы, указанные варианты не ограничены применением одиночных слоев. Растрескивающийся слой может представлять собой одну продуктивную зону, состоящую из нескольких проницаемых слоев. Растрескивающийся слой также может состоять из более чем одной продуктивной зоны, разделенных посредством одного или более непроницаемых или почти непроницаемых слоев породы, таких как сланцевые слои, при этом каждая продуктивная зона и каждый сланцевый слой могут в свою очередь состоять из нескольких слоев породы. Согласно одному из вариантов реализации изобретения каждая продуктивная зона содержит несколько кластеров перфорационных отверстий и при однократной обработке процессы согласно настоящему изобретению происходят в более чем одной продуктивной зоне. Согласно другим вариантам реализации изобретения при однократном гидроразрыве по меньшей мере одну из продуктивных зон обрабатывают с применением предложенного способа и по меньшей мере одну из продуктивных зон обрабатывают общепринятым способом. Результатом является появление более чем одной трещины, по меньшей мере одна из которых содержит расклинивающий агент, гетерогенно размещенный согласно способу, предложенному в настоящем изобретении. Согласно другому варианту реализации изобретения растрескивающийся слой состоит из более чем одной продуктивной зоны, разделенных посредством одного или более непроницаемых или почти непроницаемых слоев породы, таких как сланцевые слои, при этом каждая продуктивная зона и каждый сланцевый слой могут в свою очередь состоять из нескольких слоев породы, причем по меньшей мере одна продуктивная зона содержит несколько кластеров перфорационных отверстий и при однократной обработке процессы согласно настоящему изобретению происходят в по меньшей мере одной продуктивной зоне, но работу планируют таким образом, чтобы во всех продуктивных зонах и в любых промежуточных непроницаемых зонах образовалась одна трещина. Конечно, любой вариант реализации изобретения можно осуществить в одной скважине несколько раз.
[0095] Проведенные модельные эксперименты показали, что количество кластеров перфорационных отверстий, необходимое для данного пласта, как правило, может варьировать от 1 до 100, но для некоторых пластов может составлять вплоть до 300. Подходящие размеры столбов зависят от ряда факторов, таких как «поверхностный объем порции» (произведение скорости потока суспензии на продолжительность введения порций), количества кластеров, скорость поглощения жидкости пластом при гидроразрыве и т.п. Расчеты показали важность продолжительности введения порций с точки зрения общей продуктивности созданной гетерогенной трещины. Для многих коллекторов может потребоваться, чтобы продолжительность введения порций включала диапазон, например, от 2 до 60 сек (это соответствует поверхностному объему порции примерно от 80 до 16000 литров (от 0,5 до 100 баррелей (bbl)), что соответствует диапазону скоростей потока жидкости для типичного процесса гидроразрыва, составляющему от 3200 до 16000 литров/минуту (от 20 до 100 баррелей в минуту (bpm)). Для других коллекторов потребуется, чтобы продолжительности введения порций расклинивающего агента (измеренные в наземном оборудовании) составляли, например, для жидкости разрыва 5 мин (от 16000 до 79500 литров (от 100 до 500 bbl), что соответствует скорости потока от 3200 до 16000 литров/минуту (от 20 до 100 bpm)). И наконец, для тех обработок, при которых часть трещины должна быть гомогенно покрыта расклинивающим агентом, введение порций может продолжаться в течение от 10 до 20 минут и дольше. Кроме того, продолжительность введения порций может также меняться на всем протяжении обработки для варьирования площадей основания типичного столба внутри одиночной гидравлической трещины. Обычные диапазоны продолжительности введения порций будут такими же, как подробно описано выше. Например, план-график закачивания можно начать с 1 минутного введения порций и закончить закачиванием порций расклинивающего агента в течение 5 секунд с 5 секундными интервалами между закачиваниями, в течение которых введение расклинивающего агента не осуществляется.
Борьба с выносом расклинивающего агента и уплотнение расклинивающего агента
[0096] Во время гидравлического разрыва песок и расклинивающий агент закачивают в трещину для поддержания ее раскрытой. Расклинивающий агент, не будучи сцементированным, может вытекать обратно вместе с добытым флюидом или газом, что может привести к потере проводимости барьера из расклинивающего агента. Кроме того, полученный расклинивающий агент может вызывать эрозию производственных трубчатых элементов, скважины и наземного оборудования, что может привести к дорогостоящему ремонту и простою. Один из вариантов реализации настоящего изобретения состоит в закачивании во время операции гидроразрыва изменяющего дзета-потенциал материала/химического соединения согласно настоящему изобретению (например, SandAid™, аминового компонента, поливинилпиридина и т.п.) для предотвращения выноса расклинивающего агента. Изменяющий дзета-потенциал материал образует покрытие на песке или на расклинивающем агенте и равномерно распределятся и агломерирует расклинивающий агент. Прочность агломерации указанного материала зависит от многих условий, таких как температура, минералогия расклинивающего агента, водные композиции, ионы солей, показатели депрессии в пласте и т.п. Некоторые из указанных параметров могут негативно воздействовать на прочность агломерации и в таких случаях все еще можно наблюдать вынос расклинивающего агента. Для дополнительного повышения прочности агломерации изменяющего дзета-потенциал материала и уплотнения барьера из расклинивающего агента добавляют сшивающий агент или комбинацию сшивающих агентов, предназначенных для стабилизации, упрочнения и/или уплотнения покрытий и агрегированных расклинивающих агентов, при этом указанные сшивающие агенты включают неорганические сшивающие агенты, органические сшивающие агенты или их смеси и комбинации. Сшивающие агенты выполнены с возможностью образования ионной химической связи, ковалентных связей, других связывающих взаимодействий (водородных связей, сил электростатического притяжения и т.п.) или их сочетаний и комбинаций, направленных на упрочнение сцементированных частиц в барьере из расклинивающего агента, гравийных фильтров, установленных при гидроразрыве, несцементированного песка, островков, кластеров и/или столбов. Упрочнение барьера из расклинивающего агента, гравийных фильтров, установленных при гидроразрыве, несцементированного песка, островков, кластеров и/или столбов позволит уменьшить вынос песка, мелкодисперсных частиц и/или расклинивающих агентов и благодаря более эффективному уплотнению упрочненного барьера из расклинивающего агента, гравийных фильтров, установленных при гидроразрыве, несцементированного песка, островков, кластеров и/или столбов, они будут поддерживать более высокие показатель депрессии в пласте и возможное давление на забое скважины (ВНР). Барьер из сшитого расклинивающего агента, гравийные фильтры, установленные при гидроразрыве, несцементированный песок, островки, кластеры и/или столбы позволяют выдерживать более высокие рабочие температуры и уменьшить скорость растворения изменяющего дзета-потенциал материала в буровых жидкостях. Пониженная скорость растворения позволяет уменьшить вынос расклинивающего агента на протяжении более продолжительного периода времени по сравнению с барьером из несшитого расклинивающего агента, гравийными фильтрами, установленными при гидроразрыве, несцементированным песком, островками, кластерами и/или столбами. Барьер из сшитого расклинивающего агента, гравийные фильтры, установленные при гидроразрыве, несцементированный песок, островки, кластеры и/или столбы также добавили преимущество, поскольку они увеличивают предельную температуру использования изменяющих дзета-потенциал материалов согласно настоящему изобретению до температур, составляющих примерно 400°F. Некоторые из новых материалов на основе поливинилпиридиновых агрегирующих композиций уже обладают лучшей термостойкостью при агломерации, чем агрегирующие композиции, содержащие амино-фосфатный продукт реакции, такие как SandAid™.
[0097] Варианты реализации настоящего изобретения относятся к способам предотвращения выноса расклинивающего агента и уплотнения расклинивающего агента, включающим обработку пласта, слабо сцементированного пласта или несцементированного пласта с помощью эффективного с точки зрения агрегации количества композиции для изменения дзета-потенциала или агрегирующей композиции согласно настоящему изобретению и эффективного с точки зрения сшивания покрытия количества агента, сшивающего покрытия, при этом эффективное с точки зрения агрегации количество является достаточным для образования частичных или полных покрытий на поверхностях пластов, поверхностях мелких пластовых частиц, расклинивающих агентов или других твердых материалов в пласте, при этом указанное покрытие изменяет склонность к агрегации поверхностей, и эффективное с точки зрения сшивания покрытия количество является достаточным для стабилизации или упрочнения покрытия за счет формирования сшитого покрытия. Варианты реализации изобретения также относятся к поверхностям, имеющим сшитое покрытие из агрегирующей композиции.
Борьба с выносом песка и мелкозернистых частиц и уплотнение песка и мелкозернистых частиц
[0098] Вынос песка и мелкозернистых частиц при добыче нефти и газа из скважины представляет собой большую проблему на глобальном уровне. Вынос песка и мелкозернистых частиц приводит к частой очистке и обработке ствола скважины, необходимым для поддержания добычи. Кроме того, вынос песка и мелкозернистых частиц может вызывать эрозию производственных трубчатых элементов, скважины и наземных насосов и оборудования, что может привести к дорогостоящему ремонту и простою. Второй вариант реализации настоящего изобретения состоит в обработке пласта с помощью изменяющего дзета-потенциал материала/химического соединения согласно настоящему изобретению (например, с помощью амино-фосфатного продукта реакции, поливинилпиридина, полиаминов и т.п.) для уменьшения или предотвращения выноса песка и мелкозернистых частиц. Изменяющие дзета-потенциал материалы покрывают мелкозернистые частицы, песок и/или расклинивающие агенты и равномерно распределяются по всем поверхностям, изменяя агломерационные свойства мелкозернистых частиц, песка и/или расклинивающего агента. Агрегация уменьшает или предотвращает миграцию мелкозернистых частиц, а также вынос песка, что, соответственно, приводит к устранению или уменьшению необходимости частой очистки или ремонта скважины. Прочность агломерации такого изменяющего дзета-потенциал материала зависит от многих условий, таких как температура, минералогия расклинивающего агента, водные композиции, ионы солей, показатели депрессии в пласте и т.п. Некоторые из указанных параметров могут негативно воздействовать на прочность агломерации, и в таких случаях может происходить вынос песка и/или мелкозернистых частиц. Для дополнительного повышения прочности агломерации изменяющего дзета-потенциал материала и уплотнения песка или пласта к покрытию добавляют органические сшивающие агенты, неорганические сшивающие агенты или их смеси и комбинации, предназначенные для повышения прочности, твердости, устойчивости и уплотнения. Улучшенные прочность, твердость, устойчивость и уплотнение позволяют уменьшить или предотвратить вынос песка и мелкозернистых частиц и обеспечивают более высокие показатели депрессии в пласте. Сшивание также позволяет работать с материалом при более высоких температурах и уменьшает скорость растворения указанного материала в буровых жидкостях. Пониженная скорость растворения позволяет уменьшить или предотвратить вынос песка и мелкозернистых частиц на протяжении более продолжительного периода времени. Указанный способ можно использовать в необсаженном стволе скважине и полостях, обсаженных и перфорированных скважинах, сетчатых фильтрах, хвостовиках со щелевидными продольными отверстиями, расширяемых сетчатых фильтрах, гравийных набивках в обсаженном стволе скважины, гравийных набивках в необсаженном стволе скважины, набивках, создаваемых путем форсированного нагнетания воды, и при гидроразрыве пласта с концевым экранированием трещины.
[0099] Варианты реализации настоящего изобретения относятся к способам борьбы с выносом песка и мелкозернистых частиц и уплотнению песка и мелкозернистых частиц, включающим обработку пласта, слабо сцементированного пласта или несцементированного пласта с помощью эффективного с точки зрения агрегации количества композиции для изменения дзета-потенциала или агрегирующей композиции согласно настоящему изобретению и эффективного с точки зрения сшивания покрытия количества агента, сшивающего покрытия, при этом эффективное с точки зрения агрегации количество является достаточным для образования частичных или полных покрытий на поверхностях пластов, на поверхностях мелких пластовых частиц, песка или других твердых материалов в пласте, при этом указанное покрытие изменяет склонность к агрегации поверхностей, и эффективное с точки зрения сшивания покрытия количество является достаточным для стабилизации или упрочнения покрытия за счет формирования сшитого покрытия. Варианты реализации изобретения также относятся к поверхностям, имеющим сшитое покрытие из агрегирующей композиции.
Обработка с применением сетчатых фильтров
[00100] Согласно другим вариантам реализации изобретения композиции для изменения дзета-потенциала согласно настоящему изобретению можно использовать вместе с противопесочными сетчатыми фильтрами для усиления борьбы с поступлением песка и мелкозернистых частиц в скважину за счет уменьшения миграции песка и мелкозернистых частиц в добываемые флюиды. Противопесочные сетчатые фильтры обычно используют для борьбы с совместным выносом песка и мелкозернистых частиц, но со временем сетчатые фильтры засоряются из-за миграции мелкозернистых частиц из пласта в направлении насосно-компрессорной колонны. После засорения сетчатый фильтр для очистки обычно обрабатывают кислотой или растворителями, при этом такая обработка может выполняться часто. Если после установки сетчатого фильтра пласт обрабатывают с помощью композиций для изменения дзета-потенциала согласно настоящему изобретению, то сетчатые фильтры будут лучше регулировать вынос песка и мелкозернистых частиц за счет уменьшения или предотвращения миграции мелкозернистых частиц, при этом такие сетчатые фильтры будут дольше работать без необходимости проведения операций по очистке. Кроме того, околоскважинное пространство можно уплотнить с помощью сшитых композиций для изменения дзета-потенциала согласно настоящему изобретению, что позволит уменьшить или предотвратить выноса песка.
[00101] Варианты реализации настоящего изобретения относятся к способам обработки с применением сетчатых фильтров, включающим обработку пласта, слабо сцементированного пласта или несцементированного пласта с помощью промышленного сетчатого фильтра и эффективного с точки зрения агрегации количества композиции для изменения дзета-потенциала или агрегирующей композиции согласно настоящему изобретению и эффективного с точки зрения сшивания покрытия количества агента, сшивающего покрытия, при этом эффективное с точки зрения агрегации количество является достаточным для образования частичных или полных покрытий на поверхностях пластов, поверхностях мелких пластовых частиц, расклинивающего агента, песка или других твердых материалов в пласте, при этом указанное покрытие изменяет склонность к агрегации поверхностей, и эффективное с точки зрения сшивания покрытия количество является достаточным для стабилизации или упрочнения покрытия путем формирования сшитого покрытия. Варианты реализации изобретения также относятся к поверхностям, имеющим сшитое покрытие из агрегирующей композиции.
Расклинивающий агент с покрытием
[00102] Во время гидроразрыва расклинивающие агенты со смоляным покрытием можно использовать для: а) уменьшения диагенеза расклинивающего агента и предотвращения образования осадка в порах, приводящего к засорению пор и понижению проницаемости пласта, что обеспечивает более медленное снижение проводимости по сравнению с расклинивающим агентом без покрытия, b) уменьшения дробления расклинивающего агента под давлением пласта и образования мелкозернистых частиц, например, расклинивающий агент со смоляным покрытием удерживает мелкозернистые частицы в барьере и уменьшает или предотвращает миграцию мелкозернистых частиц через барьер из расклинивающего агента и ухудшение проводимости, с) агрегирования или сплавления расклинивающего агента с покрытием под воздействием напряжения и тепла, что приводит к уменьшению или предотвращению выноса расклинивающего агента во время добычи и/или d) уменьшения взаимодействия расклинивающего агента с другими добавками к буровому раствору. Однако расклинивающий агент со смоляным покрытием обычно производят только на заводе или на производственном оборудовании при значительных затратах. Варианты реализации настоящего изобретения относятся к способам изготовления расклинивающих агентов со смоляным покрытием с помощью композиций для изменения дзета-потенциала, предназначенных для частичного или полного покрытия расклинивающего агента, и сшивающих композиций, предназначенных усиления, укрепления и/или стабилизации расклинивающих агентов с покрытием и/или агрегатов расклинивающих агентов с покрытием. Расклинивающий агент с покрытием согласно настоящему изобретению можно изготовить на производственном оборудовании, на месте работ и/или в скважине.
Процессы изготовления расклинивающих агентов с покрытием
[0103] Варианты реализации настоящего изобретения относятся к способам производства расклинивающих агентов с покрытием, включающим стадию приведения в контакт расклинивающего агента и композиции для изменения дзета-потенциала согласно настоящему изобретению при перемешивании или смешивании. Такое перемешивание или смешивание можно осуществить в реакторах с баком-мешалкой, смесительных баках со шнеками, вращающихся баках или в других смесительных реакторах на производственном оборудовании. Приведение в контакт продолжается в течение времени, достаточного для частичного или полного покрытия расклинивающего агента композицией для изменения дзета-потенциала. Композиции для изменения дзета-потенциала представляют собой жидкости и при приведении в контакт с песком или расклинивающим агентом посредством перемешивания или без него будут образовывать частичную или полную тонкую пленку на поверхности расклинивающего агента. Согласно другим вариантам реализации изобретения композицию для изменения дзета-потенциала выливают на расклинивающий агент для его покрытия. Указанное покрытие является достаточно мягким, что позволяет смешивать и перемешивать полученный слой. Чтобы сделать покрытие твердым, сшивающую композицию, содержащую органические сшивающие агенты, неорганические сшивающие агенты или их смеси и комбинации, можно при перемешивании закачать или нагнетать в расклинивающий агент с покрытием в виде водного раствора соли металла. Затем указанный материал можно промыть водой и получить расклинивающий агент с твердым покрытием, который затем можно закачать в скважину во время гидроразрыва, гидроразрыва с установкой гравийных фильтров или операций по установке гравийной набивки.
[0104] Согласно другим вариантам реализации изобретения расклинивающий агент с покрытием также можно получить путем введения в изменяющий дзета-потенциал материал органических сшивающих агентов перед покрытием расклинивающего агента. После покрытия указанный материал подвергают воздействию тепла для упрочнения покрытия на расклинивающем агенте.
[0105] Согласно другим вариантам реализации изобретения расклинивающий агент с мягким покрытием можно также добавлять жидкость для гидроразрыва, жидкость для гидроразрыва с установкой гравийных фильтров или жидкость для установки гравийной набивки и затем в указанную жидкость добавляют сшивающую композицию, содержащую органические сшивающие агенты, неорганические сшивающие агенты или их смеси и комбинации, для сшивания расклинивающего агента с мягким покрытием, поскольку указанная жидкость направляется к скважину, где происходит получение расклинивающего агента с упрочненным покрытием с контролируемой скоростью по мере того как расклинивающий агент нагнетают в трещины, создаваемые в пласте во время гидроразрыва.
[0106] Согласно другим вариантам реализации изобретения расклинивающий агент можно получить путем добавления композиции для изменения дзета-потенциала в жидкость, содержащую расклинивающий агент, в количестве, достаточном для образования расклинивающих агентов с частичным и/или полным покрытием, либо на поверхности, либо при подаче указанной жидкости в скважину, либо при нагнетании расклинивающего агента в пласт во время гидроразрыва. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения сшивающую композицию согласно настоящему изобретению можно добавлять в жидкость либо одновременно с композицией для изменения дзета-потенциала на поверхности, при подаче указанной жидкости в скважину, либо при поступлении жидкости в пласт, после добавления композиции для изменения дзета-потенциала на поверхности, при подаче указанной жидкости в скважину, или при поступлении жидкости в пласт и/или после размещения расклинивающего агента в пласте. Упрочнение может происходить при контакте или после нагревания на поверхности, при подаче указанной жидкости в скважину, при подаче указанной жидкости в пласт или при размещении расклинивающего агента в пласте.
Уплотнение околоскважинного пространства в барьере из расклинивающего агента и при гидроразрыве
[0107] Другие варианты реализации изобретения согласно настоящему изобретению относятся к способам, включающим покрытие расклинивающего агента композицией для изменения дзета-потенциала согласно настоящему изобретению с получением при гидроразрыве или ремонтно-восстановительной обработке барьера из расклинивающего агента с покрытием, позволяющего регулировать вынос расклинивающего агента. Затем для уплотнения барьера из расклинивающего агента вблизи ствола скважины композиции для изменения дзета-потенциала сшивают с помощью сшивающих композиций согласно настоящему изобретению, при этом материал вдали от ствола скважины остается несшитым. Такая сцементированная часть позволит уменьшить или предотвратить любой вынос песка, поскольку она отличается сильным уплотнением или прочностью. Композиция для изменения дзета-потенциала, которая не подвергается уплотнению, будет способствовать предотвращению миграции мелкозернистых частиц из пласта путем их эффективной блокировки. Сшивание всех покрытий приведет к потере активности при предотвращении выноса мелкозернистых частиц, что будет оказывать негативное влияние на барьер из расклинивающего агента. Сшитый расклинивающий агент с покрытием спроектирован таким образом, чтобы иметь хорошую прочность уплотнения, а также возможность предотвращения выноса мелкозернистых частиц.
Уплотнение околоскважинного пространства при контроле за устранением поступления песка и мелкозернистых частиц в скважину
[0108] Другие варианты реализации изобретения, направленные на борьбу за поступлением песка и мелкозернистых частиц в скважину, относятся к способам, включающим обработку пласта с помощью композиции для изменения дзета-потенциала согласно настоящему изобретению и затем уплотнение части околоскважинного пространства путем обработки пласта с помощью сшивающих композиций, при этом материал вдали от ствола скважины остается несшитым. Уплотнение околоскважинного пространства позволит уменьшить или предотвратить вынос песка из обрушившейся породы в необсаженный ствол скважины, тогда как материал, расположенный далеко в пласте, позволит уменьшить или предотвратить миграцию мелкозернистых частиц за счет агломерации с композицией для изменения дзета-потенциала.
Уплотнение угольного слоя для предотвращения миграции угольных мелкозернистых частиц
[0109] При добыче метана из угольных пластов мелкозернистые частицы из кусков угля перемещаются и закупоривают поры, препятствуя добыче газа. Согласно еще одному варианту реализации изобретения угольные мелкозернистые частицы можно агломерировать при добыче метана из угольных пластов посредством химического изменения дзета-потенциала согласно настоящему изобретению. Изменяющий дзета-потенциал материал можно использовать для обработки угольного пласта путем закачивания указанного материала в соляном растворе, воде или жидкости разрыва (содержащей линейный полимер или загущенной сшитым полимером). Обработанный пласт можно дополнительно уплотнить путем добавления сшивающей композиции согласно настоящему изобретению, при этом сшивающая композиция представляет собой водный раствор, который будет сшивать композицию для изменения дзета-потенциала согласно настоящему изобретению при промывке обработанного участка указанным раствором. После закачивания материала в пласт органический сшиватель будет активироваться под действием тепла и будет сшивать изменяющий дзета-потенциал материал и уплотнять угольный пласт. Указанный способ позволит увеличить устойчивость червоточин и полостей и по существу будет усиливать угольнопластовые метановые скважины.
Выравнивание проницаемости пласта путем образования способных к разложению фильтровальных корок и обработки посредством химического изменения дзета-потенциала
[0110] Настоящее изобретение также относится к дополнительному уплотнению пласта, обработанного с помощью агрегирующих композиций, путем дополнительной обработки фильтровальной корки с помощью сшивающей агрегирующей композиции согласно настоящему изобретению, так что фильтровальная корка уменьшает или предотвращает вынос песка и мелкозернистых частиц или улучшает предотвращение поступления песка и мелкозернистых частиц в скважину. Сшивание можно осуществить путем закачивания сшивающей композиции в скважину после образования фильтровальной корки и после обработки с помощью агрегирующей композиции.
Обработка пласта в горизонтальных или вертикальных скважинах
[0111] Изменяющий дзета-потенциал материал нагнетают вместе с жидкостью для обработки пласта и расклинивающим агентом. Для сшивания покрытия из изменяющего дзета-потенциал материала в хвостовую часть можно закачать композиции для сшивания покрытий в воде или соляных жидкостях для обработки приствольной зоны. Кроме того, перед закачиванием вместе с указанной жидкостью и расклинивающим агентом органические сшиватели можно смешать с изменяющим дзета-потенциал материалом.
Ремонтно-восстановительная обработка
[0112] Нагнетание вместе с жидкостями, упомянутыми ниже. Для сшивания изменяющего дзета-потенциал материала в хвостовую часть можно закачать сшивающие ионы металлов в воде, соляном растворе жидкостей для обработки приствольной зоны. Органические сшиватели можно смешивать с изменяющим дзета-потенциал материалом перед их закачиванием вместе с указанной жидкостью и расклинивающим агентом.
Борьба с поступлением песка в скважину химическими методами
[0113] Варианты реализации способов и систем согласно настоящему изобретению относятся к борьбе с поступлением песка в скважину, при этом эффективное количество композиции, вызывающей агрегацию, агломерацию или конгломерацию, вместе с композициями, стабилизирующими и/или усиливающими агрегацию, или без них нагнетают в продуктивный пласт или его зону, при этом указанная композиция изменяет способность к агрегации и/или дзета-потенциал поверхностей пласта и/или пластовых твердых частиц таким образом, чтобы химически усилить конкретную агрегацию, агломерацию или конгломерацию внутри пласта или его зоны, при этом сшивающие композиции упрочняют обработанные твердые частицы и тем самым уменьшают, по существу устраняют или исключают совместный вынос твердых пластовых частиц. Предложенный способ включает размещение эффективного количества композиции, вызывающей агрегацию, агломерацию или конгломерацию, в действующий продуктивный пласт наклонной скважины или его зону, что приводит к вынужденному связыванию пластовых твердых частиц друг с другом и/или их вынужденному связыванию с поверхностями пласта с образованием конгломерированного пласта или его зоны. После конгломерации конгломерированный пласт позволяет добывать углеводороды и/или жидкости при более высоком дебите скважины по существу без выноса песка и/или при более высоком дебите скважины без выноса песка, что, таким образом, максимизирует дебиты скважины без выноса песка в пласте или его зоне. Композицию можно нагнетать в пласт или его зону с помощью действующей насосно-компрессорной колонны, потайных колонн или оборудования или с применением специально разработанной спусковой колонны. Конечно, обработка может быть направлена на множество зон продуктивного пласта, на большой интервал пласта или на весь пласт в зависимости от требуемого результата, который необходимо обеспечить.
Улучшенная набивка скважинного фильтра гравием или набивка трещины
[0114] Варианты реализации способов и систем согласно настоящему изобретению относятся к набивке скважинного фильтра гравием и/или набивке трещины продуктивных пластов или расположенных в них зон, при этом указанные способы или системы включают предварительную обработку, обработку в пласте и/или последующую обработку пласта или его зон для усиления контроля за поступлением песка в скважину или уменьшения совместного выноса пластовых твердых частиц из скважины, подвергающейся операциям по набивке скважинного фильтра гравием и/или набивке трещины. Такая обработка включает нагнетание в пласт или его зоны эффективного количества композиции, вызывающей агрегацию, агломерацию или конгломерацию, вместе с композициями, стабилизирующими и/или усиливающими агрегацию, или без них, достаточного для изменения способности к агрегации и/или дзета-потенциала поверхностей пласта или зоны и пластовых твердых частиц, что приводит к уменьшению, существенному устранению или исключению совместного выноса твердых пластовых частиц, содержащих песок, зерна и/или мелкозернистые частицы. Набивка скважинного фильтра гравием представляет собой способ борьбы с поступлением песка в скважину, применяемый для предотвращения выноса пластового песка. В операциях по установке гравийной набивки стальной сетчатый фильтр помещают в ствол скважины, и окружающее кольцевое пространство заполняют подготовленным гравием определенного размера, предназначенным для предотвращения прохождения твердых пластовых частиц через введенную гравийную набивку. Введение подготовленного гравия приводит к стабилизации пласта или его зоны при одновременно минимальном ухудшении продуктивности скважин. Набивка трещины представляет собой операцию по увеличению продуктивности, при которой продуктивный пласт подвергают разрыву под давлением. Во время или после гидроразрыва жидкость, содержащую расклинивающий агент, и обычно уплотняющую композицию нагнетают в пласт для удерживания трещин раскрытыми, что позволяет увеличить добычу. При обычной набивке скважинного фильтра гравием и набивке трещины, хотя и применяемых при снижении совместного выноса пластовых твердых частиц, не происходит полного подавления миграции твердых пластовых частиц и может все еще иметь место засорение сетчатого фильтра и повреждение последующего оборудования. Однако такой совместный вынос пластовых твердых частиц можно уменьшить, по существу устранить или исключить путем обработки с помощью вызывающих конгломерацию композиций согласно настоящему изобретению до, во время или после набивки скважинного фильтра гравием или набивки трещины.
Усиление функции расширяемого сетчатого фильтра в необсаженном стволе скважины
[0115] Варианты реализации способов и систем согласно настоящему изобретению относятся к способам и системам, предназначенным для оптимизации совместного выноса пластовых твердых частиц в операции закачивания скважины, включающей применение расширяемых сетчатых фильтров в необсаженных стволах скважин. Предложенный способ включает предварительную обработку, обработку в пласте и/или последующую обработку продуктивного пласта, интервала внутри пласта или зон внутри пласта с помощью эффективного количества композиции, вызывающей агрегацию, агломерацию или конгломерацию, вместе с композициями, стабилизирующими и/или усиливающими агрегацию, или без них, достаточного для изменения способности к агрегации и/или дзета-потенциала поверхностей пласта или зоны и пластовых твердых частиц, что приводит к уменьшению, существенному устранению или исключению совместного выноса твердых пластовых частиц, содержащих песок, зерна и/или мелкозернистые частицы. Уменьшение, существенное устранение или исключение совместного выноса твердых пластовых частиц позволяет уменьшить засорение сетчатого фильтра, что приводит к увеличению срока службы сетчатого фильтра и продолжительности добычи при одинаковом или более высоком относительном перепаде давления на забое скважины.
Усиление функции расширяемого сетчатого фильтра в обсаженном стволе скважины
[0116] Варианты реализации способов и систем согласно настоящему изобретению относятся к способам и системам, предназначенным для оптимизации совместного выноса пластовых твердых частиц в операции закачивания скважины, включающей применение расширяемых сетчатых фильтров в обсаженных стволах скважин. Предложенный способ включает предварительную обработку, обработку в пласте и/или последующую обработку продуктивного пласта, интервала внутри пласта или зон внутри пласта с помощью эффективного количества композиции, вызывающей агрегацию, агломерацию или конгломерацию, вместе с композициями, стабилизирующими и/или усиливающими агрегацию, или без них, достаточного для изменения способности к агрегации и/или дзета-потенциала поверхностей пласта или зоны и пластовых твердых частиц, что приводит к уменьшению, существенному устранению или исключению совместного выноса твердых пластовых частиц, содержащих песок, зерна и/или мелкозернистые частицы. Уменьшение, существенное устранение или исключение совместного выноса твердых пластовых частиц позволяет уменьшить засорение сетчатого фильтра, что приводит к увеличению срока службы сетчатого фильтра и продолжительности добычи при одинаковом или более высоком относительном перепаде давления на забое скважины.
Усиление функции автономного сетчатого фильтра в необсаженном стволе скважины
[0117] Варианты реализации способов и систем согласно настоящему изобретению относятся к способам и системам, предназначенным для оптимизации совместного выноса пластовых твердых частиц в операции закачивания скважины, включающей использование автономных сетчатых фильтров в необсаженных стволах скважин. Предложенный способ включает предварительную обработку, обработку в пласте и/или последующую обработку продуктивного пласта, интервала внутри пласта или зон внутри пласта с помощью эффективного количества композиции, вызывающей агрегацию, агломерацию или конгломерацию, вместе с композициями, стабилизирующими и/или усиливающими агрегацию, или без них, достаточного для изменения способности к агрегации и/или дзета-потенциала поверхностей пласта или зоны и пластовых твердых частиц, что приводит к уменьшению, существенному устранению или исключению совместного выноса твердых пластовых частиц, содержащих песок, зерна и/или мелкозернистые частицы. Уменьшение, существенное устранение или исключение совместного выноса твердых пластовых частиц позволяет уменьшить засорение сетчатого фильтра, что приводит к увеличению срока службы сетчатого фильтра и продолжительности добычи при одинаковом или более высоком относительном перепаде давления на забое скважины.
Усиление функции автономного сетчатого фильтра в обсаженном стволе скважины
[0118] Варианты реализации способов и систем согласно настоящему изобретению относятся к способам и системам, предназначенным для оптимизации совместного выноса пластовых твердых частиц в операции закачивания скважины, включающей использование автономных сетчатых фильтров в обсаженных стволах скважин. Предложенный способ включает предварительную обработку, обработку в пласте и/или последующую обработку продуктивного пласта, интервала внутри пласта или зон внутри пласта с помощью эффективного количества композиции, вызывающей агрегацию, агломерацию или конгломерацию, вместе с композициями, стабилизирующими и/или усиливающими агрегацию, или без них, достаточного для изменения способности к агрегации и/или дзета-потенциала поверхностей пласта или зоны и пластовых твердых частиц, что приводит к уменьшению, существенному устранению или исключению совместного выноса твердых пластовых частиц, содержащих песок, зерна и/или мелкозернистые частицы. Уменьшение, существенное устранение или исключение совместного выноса твердых пластовых частиц позволяет уменьшить засорение сетчатого фильтра, что приводит к увеличению срока службы сетчатого фильтра и продолжительности добычи при одинаковом или более высоком относительном перепаде давления на забое скважины.
Системы и способы закачивания скважины
[0119] Варианты реализации систем и способов согласно настоящему изобретению относятся к спуску рабочей колонны в скважину, в том числе в продуктивный пласт или зону, при этом рабочая колонна содержит комбинацию соединенных труб и оборудование, выбранное из скважинного перфоратор(ов), нагнетательного паркера(ов) и/или клапана(ов) управления потоком бурового раствора, предназначенное для прямого размещения в пласте эффективного количества композиции, вызывающей агрегацию, агломерацию или конгломерацию, вместе с композициями, стабилизирующими и/или усиливающими агрегацию, или без них, при этом указанное эффективное количество является достаточным для изменения способности к агрегации и/или дзета-потенциала поверхностей пласта или зоны и пластовых твердых частиц, что приводит к уменьшению, существенному устранению или исключению совместного выноса твердых пластовых частиц, содержащих песок, зерна и/или мелкозернистые частицы, при применении предварительной или последующей промывке или без нее.
[0120] Варианты реализации систем и способов согласно настоящему изобретению относятся к спуску гибких насосно-компрессорных труб в скважину, в том числе в продуктивный пласт или зону, при этом гибкие насосно-компрессорные трубы содержат множество устройств, включающих скважинный перфоратор(ы), нагнетательный паркер(ы) и клапан(ы) управления потоком бурового раствора, предназначенных для прямого размещения в пласте эффективного количества композиции, вызывающей агрегацию, агломерацию или конгломерацию, вместе с композициями, стабилизирующими и/или усиливающими агрегацию, или без них, при этом указанное эффективное количество является достаточным для изменения способности к агрегации и/или дзета-потенциала поверхностей пласта или зоны и пластовых твердых частиц, что приводит к уменьшению, существенному устранению или исключению совместного выноса твердых пластовых частиц, содержащих песок, зерна и/или мелкозернистые частицы, при применении предварительной или последующей промывке или без нее.
[0121] Варианты реализации систем и способов согласно настоящему изобретению относятся к спуску гибких насосно-компрессорных труб в скважину, в том числе в продуктивный пласт или зону, в комбинации с одним или множеством из скважинных инструментов, предназначенных для прямого размещения в пласте эффективного количества композиции, вызывающей агрегацию, агломерацию или конгломерацию, вместе с композициями, стабилизирующими и/или усиливающими агрегацию, или без них, при этом указанное эффективное количество является достаточным для изменения способности к агрегации и/или дзета-потенциала поверхностей пласта или зоны и пластовых твердых частиц, что приводит к уменьшению, существенному устранению или исключению совместного выноса твердых пластовых частиц, содержащих песок, зерна и/или мелкозернистые частицы, при применении предварительной или последующей промывке или без нее.
[0122] Варианты реализации систем и способов согласно настоящему изобретению относятся к обработке скважины с помощью эффективного количества композиции, вызывающей агрегацию, агломерацию или конгломерацию, вместе с композициями, стабилизирующими и/или усиливающими агрегацию, или без них в пласте, при этом указанное эффективное количество является достаточным для изменения способности к агрегации и/или дзета-потенциала поверхностей пласта или зоны и пластовых твердых частиц, что приводит к уменьшению, существенному устранению или исключению совместного выноса твердых пластовых частиц, содержащих песок, зерна и/или мелкозернистые частицы, через действующую насосно-компрессорную колонну.
[0123] Варианты реализации систем и способов согласно настоящему изобретению относятся к закачиванию скважины в продуктивном пласте или зоне путем вытеснения бурового раствора до, во время или после бурения в продуктивном пласте или зоне эффективным количеством композиции, вызывающей агрегацию, агломерацию или конгломерацию, вместе с композициями, стабилизирующими и/или усиливающими агрегацию, или без них в пласте, при этом указанное эффективное количество является достаточным для изменения способности к агрегации и/или дзета-потенциала поверхностей пласта или зоны и пластовых твердых частиц, что приводит к уменьшению, существенному устранению или исключению совместного выноса твердых пластовых частиц, содержащих песок, зерна и/или мелкозернистые частицы.
Последовательность введения порций и гетерогенное размещение расклинивающего агента
[0124] Коммерчески доступными являются различные инструментальные программные средства, применяемые для программ моделирования трещин, либо в качестве лицензируемого модуля, либо в качестве части всей системы гидроразрыва, такие как, например, схема гидравлического разрыва и инженерное приложение для оценки, которое можно приобрести в компании Schlumberger Oilfield Services под торговым обозначением FRACCADE и которое доступно в интегрированном пакете инженерных приложений для строительства скважин, добычи и внутрискважинных работ под торговым обозначением CADE OFFICE. Например, программу моделирования FRACCADE можно приобрести вместе с: модулем испытания на закрытие/калибровочным модулем под торговым обозначением DATAFRAC; модулем PSG; модулем АРМ; субмодулем оптимизации; моделирующей программой P3D; программой моделирования кислотного гидроразрыва; субмодулем многослойных трещин; и т.д., которые можно использовать в модели гетерогенного размещения расклинивающего агента (НРР) или которые могут быть подходящим образом модифицированы обычным специалистом для использования в модуле НРР. Например, модуль PSG можно модифицировать с помощью дисперсионного алгоритма с получением план-графика пульсирующего закачивания расклинивающего агента.
[0125] Схема и обновление модели могут включать определение количества расклинивающего агента, необходимого для введения. Например, исходная модель может решить проблему оптимизации с определением количества расклинивающего агента, которое необходимо использовать для обеспечения определенного размера трещины. Затем результаты, полученные при решении этой проблемы, можно использовать для разработки начального план-графика размещения расклинивающего агента. В настоящем документе термин «план-график размещения расклинивающего агента» относится к план-графику размещения расклинивающего агента в трещине и может включать план-график закачивания, стратегию перфорации и т.п. или их комбинацию. План-график закачивания представляет собой план, подготовленный для установления последовательности, типа, содержания и объема жидкостей, которые будут закачиваться во время конкретной обработки. Стратегия перфорации представляет собой план направления потока скважинной жидкости для обработки приствольной зоны через определенные перфорационные отверстия в скважинной обсадной колонне и/или план блокировки потока через другие перфорационные отверстия и может включать, например, закупорку и/или открытие действующих перфорационных отверстий или изготовление новых перфорационных отверстий для усиления проводимости и регулирования распространения трещин.
[0126] План-график размещения расклинивающего агента может включать изменение профиля концентраций расклинивающего агента в жидкости для обработки приствольной зоны. Кроме того, профиль концентраций расклинивающего агента можно изменять согласно дисперсионному способу. Например, модель может включать алгоритмы управления процессами, которые могут быть реализованы таким образом, чтобы изменять профиль поверхностной концентрации расклинивающего агента для доставки профиля концентрации конкретного расклинивающего агента в порции через интервалы перфорации. При нормальном процессе закачивания порция расклинивающего агента, введенная в ствол скважины, будет подвергаться диспергированию и на верхней и хвостовой границах порции расклинивающего агента будет происходить растяжение и ослабление «резкости» концентрации расклинивающего агента. Для обеспечения равномерного профиля концентраций расклинивающего агента профиль поверхностной концентрации можно рассчитать путем инвертирования решения в задачу диспергирования порции. Таким образом, диспергирование может представлять собой механизм, который «корректирует» профиль концентрации порции от исходной поверхностной величины до конкретного внутрискважинного профиля.
[0127] Со ссылкой на Е.L. Cussler, Diffusion: Mass Transfer in Fluid Systems, Cambridge University Press, pp. 89-93 (1984), пример системы уравнений, которые могут быть решены, приведен ниже для задачи дисперсии Тейлора - ламинарного потока ньютоновской жидкости в трубе, в которой раствор является разбавленным и перенос массы происходит только за счет радиальной диффузии и осевой конвекции. Фактически любую систему можно заменить на описанную выше систему, в том числе турбулентный или ламинарный поток, ньютоновские или неньютоновские жидкости и жидкости с частицами или без частиц. На практике будет определен профиль концентраций в скважине и решены уравнения в обратном порядке для определения исходных условий, например, скоростей добавления расклинивающего агента, для обеспечения конкретных свойств внутрискважинных порции.
[0128] Например, указанные уравнения могут включать
0
0
где М представляет собой общее количество растворенного вещества при определенном импульсе (материал, концентрация которого должна быть определена в конкретном месте в скважине), R представляет собой радиус трубы, через который проходит порция, z представляет собой расстояние вдоль трубы, ν представляет собой скорость жидкости и t представляет собой время. Коэффициент дисперсии Ez можно выразить как
где D представляет собой коэффициент диффузии. Система уравнений, которая обеспечивает такое решение, приведена ниже. Определения переменных параметров можно найти в Е.L. Cussler, Diffusion: Mass Transfer in Fluid, Cambridge University Press, pp.89-93 (1984)
при соблюдении условий,
[0129] Систему уравнений, приведенную выше, можно использовать, в общем, для проектирования любого профиля концентраций расклинивающего агента в скважине, при введении порциями или непрерывно. Решение для диспергирования потока зернистого материала в жидкости, закачиваемой в скважину, можно инвертировать для расчета соответствующей поверхностной концентрации расклинивающего агента в жидкости для гидроразрыва. Затем технология управления процессом может использовать такой план-график обеспечения поверхностной концентрации и долю расклинивающего агента, соответственно. Например, план-график обеспечения поверхностной концентрации можно заложить в модель, план-график размещения расклинивающего агента адаптировать к такой модели и вводить расклинивающий агент согласно план-графику размещения расклинивающего агента.
[0130] Время нагнетания «без порции», например, когда закачивают жидкость, обедненную расклинивающим агентом, является одним из ключевых параметров в план-графике размещения расклинивающего агента НРР. Такой параметр «без порции» позволяет регулировать расстояние между колоннами столбов, созданными в трещине. Время «без порции», которое является слишком большим, может привести к точке смыкания, области, в которой трещина по меньшей мере частично разрушается из-за отсутствия опоры между двух колонн столбов. Точка смыкания или сужение ствола скважины может блокировать проводимость трещины и, следовательно, воздействовать на добычу.
[0131] Другой пример пакета компьютерного программного обеспечения для выполнения гетерогенного размещения расклинивающего агента можно найти в патенте США №7451812, поданном 18 ноября 2008 года, но для выполнения и/или улучшения размещения островков расклинивающего агента можно использовать любой протокол нагнетания порций, последовательности введения порций и чередования порций.
[0132] В приближении первого порядка расстояние, L, между двумя соседними колоннами столбов в трещине можно рассчитать с помощью следующего отношения зависимости:
noslug
rate
frac
frac
где t представляет собой время нагнетания, во время которого не закачивают расклинивающий агент, Q представляет собой производительность насоса, w представляет собой ширину трещины и H представляет собой высоту трещины. Таким образом, числитель включает общий объем порции, не содержащей расклинивающий агент. В знаменателе фактор 2 учитывает два крыла трещины.
crit
[0133] Смыкание может происходить каждый раз, когда расстояние L меньше критического значения, L, где:
[0134] Два параметра в числительном с правой стороны приведенного выше уравнения можно регулировать во время обработки, тогда как два параметра в знаменателе не регулируются и могут изменяться во время обработки.
[0135] Последствия смыкания могут быть драматическими. Общую проводимость трещины можно рассматривать как цепь гидравлических проводимостей различных частей трещины. Таким образом, общую проводимость можно регулировать путем регулирования проводимости менее проводимой части трещины. В случае смыкания проводимость трещины может быть равна проводимости области, в которой произошло смыкание.
[0136] Для расчета проводимости трещины можно использовать упрощенное уравнение. Проводимость трещины пропорциональна ширине трещины в третьей степени
k~w
3
где k представляет собой проводимость трещины и w представляет собой ширину трещины.
[0137] В области смыкания ширина трещины может быть порядка 0,05 мм или менее, при этом указанная ширина обусловлена природной шероховатостью стенок трещины. В крайних случаях, когда шероховатость стенок является небольшой или отсутствует, ширина трещины по существу равна нулю (0), что представляет собой эффективную проводимость трещины.
[0138] Механические свойства столбов, которые, как предполагают, образуются, и пласта, такие как, например, модуль Юнга, коэффициент Пуассона, действующее напряжение пласта и т.п., могут оказывать большое влияние на моделирование трещиноватости и проектирование гпдроразрыва. Например, задачу оптимизации в зависимости от механических свойств пласта можно решить при проектировании исходной модели для максимизирования объема открытого канала внутри трещины.
[0139] Модуль Юнга относится к постоянной упругости, которая представляет собой отношение продольного напряжения к продольной деформации и изображается символом Е. Указанный модуль математически можно выразить следующим образом: E=(F/A)/(ΔL/L), где Е=модуль Юнга, F=сила, А=площадь, ΔL=изменение длины и L=первоначальная площадь.
p
s
[0140] Коэффициент Пуассона представляет собой постоянную упругости, которая является мерой сжимаемости материала перпендикулярно приложенному напряжению, или отношение поперечной деформации к продольной деформации. Коэффициент Пуассона можно выразить применительно к свойствам, которые можно измерить на месторождении, включая скорости Р-волн и S-волн, следующим образом: , где s=коэффициент Пуассона, V=скорость Р-волны и V=скорость S-волны. Действующее напряжение, также известное как «эффективное давление» или «межзерновое давление», относится к средней нормальной силе на единицу площади, передаваемой непосредственно от частицы к частице породы или грунтовой массы.
[0141] План-график и размещение расклинивающего агента при гидравлическом разрыве с применением НРР может отличаться от традиционных способов гидроразрыва. При гидроразрыве с применением НРР введение порций расклинивающего агента может способствовать правильному размещению кластеров в различные положения в трещине. Например, план-график размещения расклинивающего агента может включать чередование порций расклинивающего агента с жидкостью, обедненной расклинивающим агентом, например жидкостями «без порции», как показано в примерах НРР на фигурах 1A-D, при этом метод чередования порций расклинивающего агента и жидкости, обедненной расклинивающим агентом, сравнивают с методами непрерывно возрастающего нагнетания расклинивающего агента и ступенчатого нагнетания расклинивающего агента, соответственно. Жидкости, обедненные расклинивающим агентом, могут содержать жидкости с определенной концентрацией расклинивающего агента, хотя концентрация расклинивающего агента в жидкости, обедненной расклинивающим агентом, меньше концентрации расклинивающего агента в порции расклинивающего агента.
[0142] Гетерогенное размещение расклинивающего агента в случае открытых каналов в барьере из расклинивающего агента можно обеспечить путем применения таких методов, как добавление при закачивании активатора гетерогенности к жидкости для обработки приствольной зоны. Жидкость для обработки приствольной зоны может содержать активатор гетерогенности, представляющий собой химический реагент, физический активатор гетерогенности, такой как волокна, или их комбинация. При некоторых способах обработки активатор можно добавлять периодически.
[0143] Варианты реализации изобретения согласно настоящему изобретению относятся к повторно восстанавливаемым островкам расклинивающего агента, содержащим первое количество обработанного расклинивающего агента и второе количество сшитого обработанного расклинивающего агента, при этом обработанный расклинивающий агент содержит расклинивающий агент, имеющий частичное или полное покрытие из композиции для изменения дзета-потенциала, при этом сшитый обработанный расклинивающий агент содержит сшитый расклинивающий агент, покрытый композицией для изменения дзета-потенциала. Первое и второе количества являются достаточными: (а) для обеспечения формирования островков расклинивающего агента в трещинах, сформированных в пласте или его зоне, при операциях по гидроразрыву и для поддержания островков расклинивающего агента по существу неповрежденными при перемещении указанных островков расклинивающего агента и/или частиц расклинивающего агента внутри островков расклинивающего агента внутри пласта во время и/или после операций по гидроразрыву, или во время операций нагнетания, или во время операций по добыче, или (b) для обеспечения формирования островков расклинивающего агента в трещинах, сформированных в пласте или его зоне, при операциях по гидроразрыву, для обеспечения повторного восстановления или распада и повторного формирования островков расклинивающего агента во время и/или после операций по гидроразрыву, или во время операций нагнетания, или во время операций по добыче, при одновременном поддержании высокой проводимости трещины, и для улавливания мелких пластовых частиц во время и/или после операций по гидроразрыву, или во время операций нагнетания, или во время операций по добыче. Согласно другим вариантам реализации изобретения указанные островки могут дополнительно содержать третье количество необработанного расклинивающего агента, четвертое количество не подверженного эрозии волокна и пятое количество подверженного эрозии материала, содержащего подверженные эрозии частицы, подверженные эрозии волокна или их смеси и комбинации. Согласно другим вариантам реализации изобретения композиция для изменения дзета-потенциала содержит агрегирующую композицию, содержащую амино-фосфатный продукт реакции, аминовый компонент, амино-фосфатный продукт реакции, аминовую полимерную агрегирующую композицию, коацерватную агрегирующую композицию или их смеси и комбинации. Согласно другим вариантам реализации изобретения композиция для сшивания покрытий содержит неорганические сшивающие агенты, органические сшивающие агенты или их смеси и комбинации.
[0144] Варианты реализации настоящего изобретения относятся к самовосстанавливающимся островкам расклинивающего агента, содержащим первое количество обработанного расклинивающего агента и второе количество сшитого обработанного расклинивающего агента, при этом обработанный расклинивающий агент содержит расклинивающий агент, имеющий частичное или полное покрытие из композиции для изменения дзета-потенциала, при этом сшитый обработанный расклинивающий агент содержит сшитый расклинивающий агент, покрытый композицией для изменения дзета-потенциала, при этом первое и второе количества являются достаточными: (а) для обеспечения формирования островков расклинивающего агента в трещинах, сформированных в пласте или его зоне, и для обеспечения распада и повторного формирования островков без существенной потери расклинивающего агента во время и/или после операций по гидроразрыву, или во время операций нагнетания, или во время операций по добыче, или (b) для обеспечения сформирования островков расклинивающего агента в трещинах, сформированных в пласте или его зоне, для обеспечения распада и повторного формирования островков без существенной потери расклинивающего агента во время и/или после операций по гидроразрыву, или во время операций нагнетания, или во время операций по добыче и для улавливания мелких пластовых частиц во время и/или после операций по гидроразрыву, или во время операций нагнетания, или во время операций по добыче. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения указанные островки дополнительно содержат третье количество необработанного расклинивающего агента, четвертое количество не подверженного эрозии волокна и пятое количество подверженного эрозии материала, содержащего подверженные эрозии частицы, подверженные эрозии волокна или их смеси и комбинации, при этом относительные количества различного вида материалов расклинивающего агента и волокон выбирают таким образом, чтобы соответствовать конкретным особенностям пласта, подвергаемого разрыву. Согласно другим вариантам реализации изобретения композиция для изменения дзета-потенциала содержит агрегирующую композицию, содержащую амино-фосфатный продукт реакции, аминовый компонент, амино-фосфатный продукт реакции, аминовую полимерную агрегирующую композицию, коацерватную агрегирующую композицию или их смеси и комбинации. Согласно другим вариантам реализации изобретения композиция для сшивания покрытий содержит неорганические сшивающие агенты, органические сшивающие агенты или их смеси и комбинации.
[0145] Варианты реализации настоящего изобретения относятся к композициям для формирования островков расклинивающего агента внутри пласта или его зоны, при этом указанная композиция содержит первое количество обработанного расклинивающего агента и второе количество сшитого обработанного расклинивающего агента, при этом обработанный расклинивающий агент содержит расклинивающий агент, имеющий частичное или полное покрытие из композиции для изменения дзета-потенциала, при этом сшитый обработанный расклинивающий агент содержит сшитый расклинивающий агент, покрытый композицией для изменения дзета-потенциала, при этом первое и второе количества являются достаточными: (а) для обеспечения композиций для формирования островков в пласте или его зоне во время и/или после операций по гидроразрыву или (b) для обеспечения композиций для формирования островков в пласте или его зоне и для улавливания мелких пластовых частиц во время и/или после операций по гидроразрыву, или во время операций нагнетания, или во время операций по добыче. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения указанные островки дополнительно содержат третье количество необработанного расклинивающего агента, четвертое количество не подверженного эрозии волокна и пятое количество подверженного эрозии материала, содержащего подверженные эрозии частицы, подверженные эрозии волокна или их смеси и комбинации. Согласно другим вариантам реализации изобретения композиция для изменения дзета-потенциала содержит агрегирующую композицию, содержащую амино-фосфатный продукт реакции, аминовый компонент, амино-фосфатный продукт реакции, аминовую полимерную агрегирующую композицию, коацерватную агрегирующую композицию или их смеси и комбинации. Согласно другим вариантам реализации изобретения композиция для сшивания покрытий содержит неорганические сшивающие агенты, органические сшивающие агенты или их смеси и комбинации.
[0146] Варианты реализации настоящего изобретения относятся к системам для формирования столбов расклинивающего агента в пласте во время гидроразрыва пласта, включающим стадии закачивания в определенной последовательности множества различных жидкостей для гидроразрыва, при этом различные жидкости для гидроразрыва выбирают из группы, состоящей из: (а) жидкостей, не содержащих расклинивающий агент, включающих (i) базовую жидкость или (ii) базовую жидкость и агрегирующую композицию, композицию для сшивания покрытий и/или композицию для увеличения вязкости, и (b) жидкостей, содержащих расклинивающий агент, включающих (i) базовую жидкость, композицию для увеличения вязкости и композицию расклинивающего агента или (ii) базовую жидкость, композицию для увеличения вязкости, композицию расклинивающего агента, агрегирующую композицию и/или композицию для сшивания покрытий. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения указанные последовательности могут включать нагнетания в одну скважину каждой жидкости в любом порядке или нагнетания в несколько скважин каждой жидкости в любом порядке. Согласно другим вариантам реализации изобретения последовательность может включать множество нагнетаний первой жидкости, множество нагнетаний второй жидкости и множество нагнетаний третьей жидкости. Согласно другим вариантам реализации изобретения последовательность может включать нагнетания в одну скважину первой, второй и третьей жидкости, повторяемые несколько раз, при этом указанное количество раз распределено по всей стадии размещения расклинивающего агента при операции гидроразрыва. Согласно другим вариантам реализации изобретения указанная последовательность может включать нагнетания в несколько скважин каждой жидкости в любом заданном порядке. Согласно другим вариантам реализации изобретения последовательность также может включать период выдержки между каждым нагнетанием. Согласно другим вариантам реализации изобретения последовательность может включать нагнетание первой жидкости, первое время выдержки, нагнетание второй жидкости, второе время выдержки и нагнетание третьей жидкости и третье время выдержки, при этом первая, вторая и третья жидкость может представлять собой любую из жидких композиций, перечисленных выше.
[0147] Варианты реализации настоящего изобретения относятся к способам гидроразрыва, включающим стадию введения подушки, включающей нагнетание в пласт жидкой подушки в условиях гидроразрыва для создания трещин и/или расширения трещин. Предложенные способы также включают стадию размещения расклинивающего агента, включающую нагнетание ряда жидкостей, используемых на стадиях введения расклинивающего агента, согласно последовательности, разработанной для формирования столбов или островков расклинивающего агента в трещинах. Жидкости, используемые на стадии введения расклинивающего агента, включают по меньшей мере одну жидкость, не содержащую расклинивающий агент, и по меньшей мере одну жидкость, содержащую расклинивающий агент. Жидкости, не содержащие расклинивающий агент, содержат загущенные жидкости с агрегирующей композицией или без нее и/или с композицией для сшивания покрытий или без нее, и сшитые загущенные жидкости с агрегирующей композицией или без нее и/или с композицией для сшивания покрытий или без нее. Жидкости, содержащие расклинивающий агент, содержат загущенные жидкости, содержащие композиции расклинивающего агента с агрегирующей композицией или без нее и/или с композицией для сшивания покрытий или без нее, сшитую жидкость, содержащую композицию расклинивающего агента с агрегирующей композицией или без нее и/или с композицией для сшивания покрытий или без нее. Кроме того, предложенные способы могут включать стадию крепления, включающую нагнетание жидкости для крепления. Стадия введения расклинивающего агента может включать последовательное закачивание тысяч порций жидкостей, не содержащих расклинивающий агент и содержащих расклинивающий агент, при этом длительность импульсов давления порций, составляет от 5 сек до 30 сек.
[0148] Варианты реализации настоящего изобретения относятся к способам гидроразрыва подземного пласта, включающим стадию размещения расклинивающего агента, включающую нагнетание в пласт, пересеченный стволом скважины, по меньшей мере двух жидкостей для гидроразрыва, различающихся: (1) по меньшей мере одним свойством композиции расклинивающего агента или (2) по меньшей мере одним свойством жидкости для гидроразрыва или (3) комбинацией указанных различий, при этом указанные различия улучшают размещение расклинивающего агента и образование островков расклинивающего агента в трещинах. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения свойства жидкости для гидроразрыва включают состав жидкости, давление жидкости, температуру жидкости, длительность импульса давления жидкости, скорость осаждения расклинивающего агента или их сочетания и комбинации, и свойства композиции расклинивающего агента включают типы расклинивающего агента, размеры расклинивающего агента, прочность расклинивающего агента, формы расклинивающего агента или их сочетания и комбинации. Согласно другим вариантам реализации изобретения жидкости для гидроразрыва выбирают из группы, состоящей из (а) жидкостей, не содержащих расклинивающий агент, включающих (i) базовую жидкость или (ii) базовую жидкость и агрегирующую композицию и/или композицию для сшивания покрытий и/или композицию для увеличения вязкости, и (b) жидкостей, содержащих расклинивающий агент, включающих (i) базовую жидкость, композицию для увеличения вязкости и композицию расклинивающего агента или (ii) базовую жидкость, композицию для увеличения вязкости, композицию расклинивающего агента и агрегирующую композицию и/или композицию для сшивания покрытий. Согласно другим вариантам реализации изобретения агрегирующая композиция содержит амино-фосфатный продукт реакции, аминовый компонент, аминовую полимерную агрегирующую композицию, коацерватную агрегирующую композицию или их смеси и комбинации. Согласно другим вариантам реализации изобретения композиция для сшивания покрытий содержит неорганические сшивающие агенты, органические сшивающие агенты или их смеси и комбинации. Согласно другим вариантам реализации изобретения композиция расклинивающего агента содержит необработанный расклинивающий агент, обработанный расклинивающий агент, сшитый обработанный расклинивающий агент или их смеси и комбинации. Согласно другим вариантам реализации изобретения обработанный расклинивающий агент содержит расклинивающий агент, имеющий частичное или полное покрытие из агрегирующей композиции, содержащей амино-фосфатный продукт реакции, аминовый компонент, аминовую полимерную агрегирующую композицию, коацерватную агрегирующую композицию или их смеси и комбинации. Согласно другим вариантам реализации изобретения сшитый обработанный расклинивающий агент содержит расклинивающий агент, имеющий частичное или полное покрытие из агрегирующей композиции, содержащей амино-фосфатный продукт реакции, аминовый компонент, коацерватную агрегирующую композицию или их смеси и комбинации, сшитое с помощью композиции для сшивания покрытий, содержащей неорганические сшивающие агенты, органические сшивающие агенты или их смеси и комбинации. Согласно другим вариантам реализации изобретения композиции расклинивающего агента различаются по меньшей мере по одному из следующих свойств: (а) количествам необработанного и обработанного расклинивающего агента, (b) плотности необработанных и/или обработанных расклинивающих агентов, (с) размерам необработанных и/или обработанных расклинивающих агентов, (d) формам необработанных и/или обработанных расклинивающих агентов или (е) прочности необработанных и/или обработанных расклинивающих агентов. Согласно другим вариантам реализации изобретения композиции расклинивающего агента дополнительно содержат (i) не подверженное эрозии волокно, (ii) подверженный эрозии материал, содержащий подверженные эрозии частицы, подверженные эрозии волокна или их смеси и комбинации или (iii) их смеси или комбинации. Согласно другим вариантам реализации изобретения скорость осаждения расклинивающего агента контролируют путем регулирования скоростей закачивания. Согласно другим вариантам реализации изобретения загущенные жидкости для гидроразрыва различаются по композиции для увеличения вязкости. Согласно другим вариантам реализации изобретения стадия нагнетания включает нагнетание по меньшей мере двух различных жидкостей для гидроразрыва согласно последовательности нагнетания. По меньшей мере одна из жидкостей не содержит расклинивающий агент и по меньшей мере одна из жидкостей содержит композицию расклинивающего агента. Согласно другим вариантам реализации изобретения последовательность нагнетания включает нагнетание по меньшей мере двух различных жидкостей для гидроразрыва на чередующихся стадиях во время операции гидроразрыва. Согласно другим вариантам реализации изобретения перед стадией размещения расклинивающего агента предложенные способы дополнительно включают стадию введения подушки, включающую нагнетание в жидкую подушку, содержащую базовую жидкость и композицию для увеличения вязкости или базовую жидкость, композицию для увеличения вязкости и агрегирующую композицию.
[0149] Варианты реализации настоящего изобретения относятся к способам гидроразрыва подземного пласта, включающим стадию размещения расклинивающего агента, включающую нагнетание в пласт, пересеченный стволом скважины, по меньшей мере двух различных жидкостей для гидроразрыва согласно последовательности нагнетания, при этом указанные жидкости для гидроразрыва различаются по меньшей мере по одному свойству. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения перед стадией размещения расклинивающего агента предложенные способы дополнительно включают стадию введения подушки, включающую нагнетание в жидкую подушку, содержащую базовую жидкость и композицию для увеличения вязкости или базовую жидкость, композицию для увеличения вязкости и агрегирующую композицию. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения указанные свойства включают состав жидкости, давление жидкости, температуру жидкости, длительность импульса давления жидкости, скорость осаждения расклинивающего агента, типы расклинивающего агента, размеры расклинивающего агента, прочность расклинивающего агента, формы расклинивающего агента или их сочетания и комбинации. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения жидкости для гидроразрыва выбирают из группы, состоящей из (а) жидкостей, не содержащих расклинивающий агент, включающих (i) базовую жидкость или (ii) базовую жидкость и агрегирующую композицию и/или композицию для сшивания покрытий и/или композицию для увеличения вязкости, и (b) жидкостей, содержащих расклинивающий агент, включающих (i) базовую жидкость, композицию для увеличения вязкости и композицию расклинивающего агента или (ii) базовую жидкость, композицию для увеличения вязкости, композицию расклинивающего агента и агрегирующую композицию и/или композицию для сшивания покрытий. Согласно другим вариантам реализации изобретения агрегирующая композиция содержит амино-фосфатный продукт реакции, аминовый компонент, аминовую полимерную агрегирующую композицию, коацерватную агрегирующую композицию или их смеси и комбинации. Согласно другим вариантам реализации изобретения композиция расклинивающего агента включает необработанный расклинивающий агент, обработанный расклинивающий агент или их смеси и комбинации. Согласно другим вариантам реализации изобретения композиция для сшивания покрытий содержит неорганические сшивающие агенты, органические сшивающие агенты или их смеси и комбинации. Согласно другим вариантам реализации изобретения обработанный расклинивающий агент содержит расклинивающий агент, имеющий частичное или полное покрытие из агрегирующей композиции, содержащей амино-фосфатный продукт реакции, аминовый компонент, аминовую полимерную агрегирующую композицию, коацерватную агрегирующую композицию или их смеси и комбинации. Согласно другим вариантам реализации изобретения сшитый обработанный расклинивающий агент содержит расклинивающий агент, имеющий частичное или полное покрытие из агрегирующей композиции, содержащей амино-фосфатный продукт реакции, аминовый компонент, коацерватную агрегирующую композицию или их смеси и комбинации, сшитое с помощью композиции для сшивания покрытий, содержащей неорганические сшивающие агенты, органические сшивающие агенты или их смеси и комбинации. Согласно другим вариантам реализации изобретения композиции расклинивающего агента различаются по меньшей мере по одному из следующих свойств: (а) количествам необработанного и обработанного расклинивающего агента, (b) плотности необработанных и/или обработанных расклинивающих агентов, (с) размерам необработанных и/или обработанных расклинивающих агентов, (d) формам необработанных и/или обработанных расклинивающих агентов или (е) прочности необработанных и/или обработанных расклинивающих агентов. Согласно другим вариантам реализации изобретения композиции расклинивающего агента дополнительно содержат (i) не подверженное эрозии волокно, (ii) подверженный эрозии материал, содержащий подверженные эрозии частицы, подверженные эрозии волокна или их смеси и комбинации или (iii) их смеси или комбинации. Согласно другим вариантам реализации изобретения скорость осаждения расклинивающего агента контролируют путем регулирования скоростей закачивания. Согласно другим вариантам реализации изобретения загущенные жидкости для гидроразрыва различаются по композиции для увеличения вязкости. Согласно другим вариантам реализации изобретения стадия нагнетания включает нагнетание по меньшей мере двух различных жидкостей для гидроразрыва согласно последовательности нагнетания. Согласно другим вариантам реализации изобретения по меньшей мере одна из жидкостей не содержит расклинивающий агент и по меньшей мере одна из жидкостей содержит композицию расклинивающего агента. Согласно другим вариантам реализации изобретения последовательность нагнетания включает нагнетание по меньшей мере двух различных жидкостей для гидроразрыва на чередующихся стадиях во время операции гидроразрыва. Согласно другим вариантам реализации изобретения после стадии размещения расклинивающего агента предложенные способы дополнительно включают стадию крепления, включающую нагнетание в жидкость для крепления, содержащую (i) базовую жидкость, композицию для увеличения вязкости и композицию расклинивающего агента или (ii) базовую жидкость, композицию для увеличения вязкости, композицию расклинивающего агента и агрегирующую композицию.
[0150] Варианты реализации настоящего изобретения относятся к способам размещения сети расклинивающего агента/протоков в трещинах в растрескивающемся слое, пересеченном стволом скважины, при этом указанный способ включает стадию размещения расклинивающего агента, включающую нагнетание в растрескивающийся слой при давлении выше давления гидроразрыва через систему перфорационных отверстий, содержащую группы перфорационных отверстий, разделенные неперфорированными участками, в определенной последовательности порций по меньшей мере одной жидкости, не содержащей расклинивающий агент, выбранной из группы, состоящей из незагущенной жидкости, не содержащей расклинивающий агент, или загущенной жидкости, не содержащей расклинивающий агент, и по меньшей мере одной жидкости, содержащей расклинивающий агент, выбранной из группы, состоящей из незагущенной жидкости, содержащей расклинивающий агент, или загущенной жидкости, содержащей расклинивающий агент. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения незагущенная жидкость, не содержащая расклинивающий агент, содержит (а) базовую жидкость или (b) базовую жидкость и агрегирующую композицию и/или композицию для сшивания покрытий. Согласно другим вариантам реализации изобретения загущенная жидкость, не содержащая расклинивающий агент, содержит (а) базовую жидкость и композицию для увеличения вязкости или (b) базовую жидкость, композицию для увеличения вязкости и агрегирующую композицию и/или композицию для сшивания покрытий. Согласно другим вариантам реализации изобретения незагущенная жидкость, содержащая расклинивающий агент, содержит (а) базовую жидкость и композицию расклинивающего агента или (b) базовую жидкость, композицию расклинивающего агента и агрегирующую композицию и/или композицию для сшивания покрытий. Согласно другим вариантам реализации изобретения загущенная жидкость, содержащая расклинивающий агент, содержит (а) базовую жидкость, композицию для увеличения вязкости и композицию расклинивающего агента или (b) базовую жидкость, композицию для увеличения вязкости, композицию расклинивающего агента и агрегирующую композицию и/или композицию для сшивания покрытий. Согласно другим вариантам реализации изобретения агрегирующая композиция содержит амино-фосфатный продукт реакции, аминовый компонент, аминовую полимерную агрегирующую композицию, коацерватную агрегирующую композицию или их смеси и комбинации. Согласно другим вариантам реализации изобретения композиция для сшивания покрытий содержит неорганические сшивающие агенты, органические сшивающие агенты или их смеси и комбинации. Согласно другим вариантам реализации изобретения во время гидроразрыва и/или после гидроразрыва при смыкании трещин жидкости, содержащие расклинивающий агент, образуют внутри трещин столбы расклинивающего агента. Согласно другим вариантам реализации изобретения предложенные способы дополнительно включают вынужденное перемещение вводимых в определенной последовательности порций, нагнетаемых через соседние группы перфорационных отверстий, через трещины с различными скоростями. Согласно другим вариантам реализации изобретения по меньшей мере один из параметров, включающих объем порции, состав порции, состав расклинивающего агента, размеры расклинивающего агента, формы расклинивающего агента, плотности расклинивающего агента, прочности расклинивающего агента, концентрации расклинивающего агента, длину системы, количество групп перфорационных отверстий, способы разделения групп перфорационных отверстий, ориентации групп перфорационных отверстий, количество отверстий в каждой группе перфорационных отверстий, плотности перфорации группы перфорационных отверстий, длины групп перфорационных отверстий, количество неперфорированных участков, длины неперфорированных участков, способы перфорации или их комбинации, изменяется в зависимости от последовательности введения порций. Согласно другим вариантам реализации изобретения композиция расклинивающего агента содержит первое количество необработанного расклинивающего агента, второе количество обработанного расклинивающего агента, третье количество сшитого обработанного расклинивающего агента, четвертое количество подверженного эрозии или растворимого расклинивающего агента и пятое количество не подверженного эрозии волокна. Согласно другим вариантам реализации изобретения обработанный расклинивающий агент содержит расклинивающий агент, имеющий частичное или полное покрытие из агрегирующей композиции. Согласно другим вариантам реализации изобретения сшитый обработанный расклинивающий агент содержит расклинивающий агент, имеющий частичное или полное покрытие из агрегирующей композиции, содержащей амино-фосфатный продукт реакции, аминовый компонент, коацерватную агрегирующую композицию или их смеси и комбинации, сшитое с помощью композиции для сшивания покрытий, содержащей неорганические сшивающие агенты, органические сшивающие агенты или их смеси и комбинации. Согласно другим вариантам реализации изобретения подверженный эрозии или растворимый расклинивающий агент содержит подверженные эрозии или растворимые органические частицы, подверженные эрозии или растворимые органические волокна, подверженные эрозии или растворимые неорганические частицы и/или подверженные эрозии или растворимые неорганические волокна. Согласно другим вариантам реализации изобретения не подверженные эрозии волокна содержат не подверженные эрозии органические волокна и/или не подверженные эрозии неорганические волокна. Согласно другим вариантам реализации изобретения второе и третье количества в сумме составляют 100 масс. %, первое, четвертое и пятое количества могут составлять от 0 масс. % до 100 масс. % и указанные количества могут в сумме иметь значения больше 100%. Согласно другим вариантам реализации изобретения перед стадией размещения расклинивающего агента предложенные способы дополнительно включают стадию введения подушки, включающую непрерывное закачивание загущенной жидкости, не содержащей расклинивающий агент, в жидкость для гидроразрыва в условиях гидроразрыва для создания или удлинения трещин. Согласно другим вариантам реализации изобретения после стадии размещения расклинивающего агента предложенные способы дополнительно включают стадию крепления, включающую непрерывное закачивание загущенной жидкости, содержащей расклинивающий агент, в жидкость для гидроразрыва.
[0151] Варианты реализации настоящего изобретения относятся к способам гетерогенного размещения расклинивающего агента в трещине в растрескивающемся слое, включающим а) стадию размещения расклинивающего агента, включающую нагнетание в растрескивающийся слой при давлении выше давления гидроразрыва через систему перфорационных отверстий, содержащую группы перфорационных отверстий, разделенные неперфорированными участками, в определенной последовательности порций по меньшей мере одной жидкости, не содержащей расклинивающий агент, выбранной из группы, состоящей из незагущенной жидкости, не содержащей расклинивающий агент, или загущенной жидкости, не содержащей расклинивающий агент, и по меньшей мере одной жидкости, содержащей расклинивающий агент, выбранной из группы, состоящей из незагущенной жидкости, содержащей расклинивающий агент, или загущенной жидкости, содержащей расклинивающий агент, и b) вынужденное перемещение вводимых в определенной последовательности порций, нагнетаемых через соседние группы перфорационных отверстий, через трещины с различными скоростями. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения незагущенная жидкость, не содержащая расклинивающий агент, содержит (а) базовую жидкость или (b) базовую жидкость и агрегирующую композицию и/или композицию для сшивания покрытий. Согласно другим вариантам реализации изобретения загущенная жидкость, не содержащая расклинивающий агент, содержит (а) базовую жидкость и композицию для увеличения вязкости или (b) базовую жидкость, композицию для увеличения вязкости и агрегирующую композицию и/или композицию для сшивания покрытий. Согласно другим вариантам реализации изобретения незагущенная жидкость, содержащая расклинивающий агент, содержит (а) базовую жидкость и композицию расклинивающего агента или (b) базовую жидкость, композицию расклинивающего агента и агрегирующую композицию и/или композицию для сшивания покрытий. Согласно другим вариантам реализации изобретения загущенная жидкость, содержащая расклинивающий агент, содержит (а) базовую жидкость, композицию для увеличения вязкости и композицию расклинивающего агента или (b) базовую жидкость, композицию для увеличения вязкости, композицию расклинивающего агента и агрегирующую композицию и/или композицию для сшивания покрытий. Согласно другим вариантам реализации изобретения агрегирующая композиция содержит амино-фосфатный продукт реакции, аминовый компонент, аминовую полимерную агрегирующую композицию, коацерватную агрегирующую композицию или их смеси и комбинации. Согласно другим вариантам реализации изобретения композиция для сшивания покрытий содержит неорганические сшивающие агенты, органические сшивающие агенты или их смеси и комбинации. Согласно другим вариантам реализации изобретения во время гидроразрыва и/или после гидроразрыва при смыкании трещин жидкости, содержащие расклинивающий агент, образуют внутри трещин столбы расклинивающего агента. Согласно другим вариантам реализации изобретения перед стадией размещения расклинивающего агента предложенные способы дополнительно включают стадию введения подушки, включающую непрерывное закачивание загущенной жидкости, не содержащей расклинивающий агент, в жидкость для гидроразрыва в условиях гидроразрыва для создания или удлинения трещин. Согласно другим вариантам реализации изобретения после стадии размещения расклинивающего агента предложенные способы дополнительно включают стадию крепления, включающую непрерывное закачивание загущенной жидкости, содержащей расклинивающий агент, в жидкость для гидроразрыва. Согласно другим вариантам реализации изобретения по меньшей мере один из параметров, включающих объем порции, состав порции, состав расклинивающего агента, размеры расклинивающего агента, формы расклинивающего агента, плотности расклинивающего агента, прочности расклинивающего агента, концентрации расклинивающего агента, длину системы, количество групп перфорационных отверстий, способ разделения групп перфорационных отверстий, ориентации групп перфорационных отверстий, количество отверстий в каждой группе перфорационных отверстий, плотности перфорации группы перфорационных отверстий, длины групп перфорационных отверстий, количество неперфорированных участков, длины неперфорированных участков, способы перфорации или их комбинации, изменяется в зависимости от последовательности введения порций. Согласно другим вариантам реализации изобретения объем жидкостей, содержащих расклинивающий агент, меньше объема жидкостей, не содержащих расклинивающий агент. Согласно другим вариантам реализации изобретения количество отверстий в каждой группе перфорационных отверстий является одинаковым или разным. Согласно другим вариантам реализации изобретения ориентации всех групп перфорационных отверстий являются одинаковыми или разными. Согласно другим вариантам реализации изобретения диаметр отверстий во всех группах перфорационных отверстий является одинаковым или разным. Согласно другим вариантам реализации изобретения длины групп перфорационных отверстий всех групп перфорационных отверстий являются одинаковыми или разными. Согласно другим вариантам реализации изобретения для получения групп перфорационных отверстий используют по меньшей мере два различных способа перфорации. Согласно другим вариантам реализации изобретения некоторые из групп изготавливают с применением метода перфорирования с отрицательным дифференциальным давлением и некоторые из групп изготавливают с применением метода перфорирования с положительным дифференциальным давлением. Согласно другим вариантам реализации изобретения по меньшей мере две группы перфорационных отверстий позволяют разделить поток введенных в определенной последовательности порций жидкости, не содержащей расклинивающий агент, и жидкости, содержащей расклинивающий агент, с помощью группы перфорационных отверстий, имеющей достаточно маленькие отверстия, так что расклинивающий агент образует мост и жидкости, не содержащие расклинивающий агент, поступают в пласт через указанный мост. Согласно другим вариантам реализации изобретения каждая пара групп перфорационных отверстий, создающих последовательность порций жидкостей, не содержащих расклинивающий агент, и жидкостей, содержащих расклинивающий агент, разделена с помощью группы перфорационных отверстий, имеющей достаточно маленькие отверстия, так что расклинивающий агент образует мост и жидкость, не содержащая расклинивающий агент, поступает в пласт через указанный мост. Согласно другим вариантам реализации изобретения количество групп перфорационных отверстий составляет от 2 до 300. Согласно другим вариантам реализации изобретения количеств групп перфорационных отверстий составляет от 2 до 100. Согласно другим вариантам реализации изобретения длина группы перфорационных отверстий составляет от 0,15 м до 3,0 м. Согласно другим вариантам реализации изобретения участок, разделяющий группы перфорационных отверстий, составляет от 0,30 м до 30 м. Согласно другим вариантам реализации изобретения плотность перфорирования составляет от 1 до 30 выстрелов на 0,3 м. Согласно другим вариантам реализации изобретения схему нагнетания жидкостей определяют на основе математической модели. Согласно другим вариантам реализации изобретения схему системы перфорационных отверстий определяют на основе математической модели. Согласно другим вариантам реализации изобретения столбы расклинивающего агента представляют собой сеть расклинивающего агента/проточных проходов в трещинах, так что столбы не проходят по всей протяженности трещин параллельно столбу скважины, но прерываются протоками, которые ведут в ствол скважины. Согласно другим вариантам реализации изобретения объем порций расклинивающего агента составляет от 80 до 16000 литров. Согласно другим вариантам реализации изобретения перфорационные отверстия представляют собой щели, вырезанные в трубопроводе, выстилающем ствол скважины.
[0152] Варианты реализации настоящего изобретения относятся к композициям, содержащим подземный пласт, пересеченный стволом скважины, при этом указанный пласт содержит трещины, содержащие сеть расклинивающего агента/проточных проходов, при этом указанная сеть содержит множество кластеров расклинивающего агента, образующих столбы, и множество проточных проходов, проходящих через сеть в ствол скважины, что позволяет улучшить поток жидкости в трещины или из трещин. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения кластеры расклинивающего агента содержат первое количество необработанного расклинивающего агента, второе количество обработанного расклинивающего агента, третье количество сшитого обработанного расклинивающего агента и четвертое количество не подверженных эрозии волокон. Согласно другим вариантам реализации изобретения обработанный расклинивающий агент содержит расклинивающий агент, имеющий частичное или полное покрытие из агрегирующей композиции, содержащей амино-фосфатный продукт реакции, аминовый компонент, аминовую полимерную агрегирующую композицию, коацерватную агрегирующую композицию или их смеси и комбинации. Согласно другим вариантам реализации изобретения сшитый обработанный расклинивающий агент содержит расклинивающий агент, имеющий частичное или полное покрытие из агрегирующей композиции, содержащей амино-фосфатный продукт реакции, аминовый компонент, коацерватную агрегирующую композицию или их смеси и комбинации, сшитое с помощью композиции для сшивания покрытий, содержащей неорганические сшивающие агенты, органические сшивающие агенты или их смеси и комбинации. Согласно другим вариантам реализации изобретения второе и третье количества являются достаточными: (а) для формирования в трещинах указанной сети, (b) для поддержания кластеров по существу неповрежденными при перемещении или распаде и повторного формировании кластеров внутри трещин во время и/или после операции гидроразрыва, (с) для обеспечения и усиления потока жидкостей в пласт и из пласта через трещины, (d) для улавливания мелких пластовых частиц во время и/или после операции гидроразрыва или во время операции нагнетания или во время операции по добыче, или (е) для обеспечения их сочетаний и комбинаций. Согласно другим вариантам реализации изобретения указанная сеть содержит участки, обогащенные расклинивающим агентом, и участки, обедненные расклинивающим агентом, при этом участки, обедненные расклинивающим агентом, не содержат или содержат менее 10% кластеров на участках, обогащенных расклинивающим агентом. Согласно другим вариантам реализации изобретения необработанный расклинивающий агент выбирают из группы, состоящей из песка, ореховой скорлупы, керамических материалов, бокситов, стекла, природных материалов, пластмассовых шариков, металлических частиц, бурового шлама и их комбинаций. Согласно другим вариантам реализации изобретения обработанный расклинивающий агент содержит необработанный расклинивающий агент, содержащий частичное или полное покрытие из агрегирующей композиции. Согласно другим вариантам реализации изобретения второе количество составляет 100 масс. %, первое и третье количества могут составлять от 0% масс. до 100% масс. и указанные количества могут в сумме иметь значения больше 100%. Согласно другим вариантам реализации изобретения кластеры расклинивающего агента дополнительно содержат пятое количество частиц и/или волокон подверженного эрозии или растворимого расклинивающего агента, при этом указанные частицы и/или волокна подверженного эрозии или растворимого расклинивающего агента образуют внутри сети множество подверженных эрозии или растворимых кластеров, которые подвергаются эрозии или растворяются с образованием в сети дополнительных проточных проходов. Согласно другим вариантам реализации изобретения второе и третье количества в сумме составляют 100 масс. %, первое, четвертое и пятое количества могут составлять от 0 масс. % до 100 масс. % и указанные количества могут в сумме иметь значения больше 100%.
[0153] Варианты реализации настоящего изобретения относятся к композициям, содержащим подземный пласт, пересеченный стволом скважины, при этом указанный пласт содержит трещины, содержащие сеть расклинивающего агента/проточных проходов, при этом указанная сеть содержит множество кластеров расклинивающего агента, образующих столбы, множество подверженных эрозии или растворимых кластеров и множество проточных проходов, проходящих через сеть в ствол скважины, что позволяет улучшить поток жидкости в трещины или из трещин. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения кластеры расклинивающего агента содержат композицию расклинивающего агента, содержащую первое количество необработанного расклинивающего агента, второе количество обработанного расклинивающего агента, третье количество сшивающего обработанного расклинивающего агента, четвертое количество частиц и/или волокон подверженного эрозии или растворимого расклинивающего агента и пятое количество не подверженных эрозии волокон. Согласно другим вариантам реализации изобретения обработанный расклинивающий агент содержит расклинивающий агент, имеющий частичное или полное покрытие из агрегирующей композиции, содержащей амино-фосфатный продукт реакции, аминовый компонент и амино-фосфатный продукт реакции, аминовую полимерную агрегирующую композицию, коацерватную агрегирующую композицию или их смеси и комбинации. Согласно другим вариантам реализации изобретения сшитый обработанный расклинивающий агент содержит расклинивающий агент, имеющий частичное или полное покрытие из агрегирующей композиции, содержащей амино-фосфатный продукт реакции, аминовый компонент, коацерватную агрегирующую композицию или их смеси и комбинации, сшитое с помощью композиции для сшивания покрытий, содержащей неорганические сшивающие агенты, органические сшивающие агенты или их смеси и комбинации. Согласно другим вариантам реализации изобретения второго и третьего количеств является достаточным: (а) для образования кластеров в трещине, (b) для поддержания кластеров по существу неповрежденными при перемещении подвижного островка расклинивающего агента внутри пласта при операциях по гидроразрыву, (с) для обеспечения и усиления потока жидкостей из пласта через трещину по направлению к стволу скважины, (d) для улавливания мелких пластовых частиц во время операций по гидроразрыву, операций нагнетания или операций по добыче, или (е) для обеспечения их сочетаний и комбинаций. Согласно другим вариантам реализации изобретения указанная сеть содержит участки, обогащенные расклинивающим агентом, и участки, обедненные расклинивающим агентом, при этом участки, обедненные расклинивающим агентом, не содержат или содержат менее 10% кластеров на участках, обогащенных расклинивающим агентом. Согласно другим вариантам реализации изобретения необработанный расклинивающий агент выбирают из группы, состоящей из песка, ореховой скорлупы, керамических материалов, бокситов, стекла, природных материалов, пластмассовых шариков, металлических частиц, бурового шлама и их комбинаций. Согласно другим вариантам реализации изобретения обработанный расклинивающий агент содержит необработанный расклинивающий агент, содержащий частичное или полное покрытие из агрегирующей композиции. Согласно другим вариантам реализации изобретения второе и третье количества в сумме составляют 100 масс. %, первое, четвертое и пятое количества могут составлять от 0 масс. % до 100 масс. % и указанные количества могут в сумме иметь значения больше 100%.
ДИАПАЗОНЫ КОМПОНЕНТНОГО СОСТАВА, ПРИМЕНИМЫЕ В НАСТОЯЩЕМ ИЗОБРЕТЕНИИ
[0154] Все жидкости для гидроразрыва основаны на 100 масс. % базовой жидкости и различных масс. % других компонентов, так что конечные весовые концентрации жидкости для гидроразрыва могут в сумме составлять больше 100%, соответственно, содержания других компонентов представляют относительные количества. Таким образом, указанные составы аналогичны резиновым смесям, которые выражают как относительные количества в расчете на 100 частей резины. Учитывая вышеизложенное, жидкости для гидроразрыва могут содержать 100 масс. % базовой жидкости и варьирующие количества: агрегирующей композиции, агрегирующей композиции для сшивания покрытий, композиции для увеличения вязкости, композиции расклинивающего агента и других добавок. В таблице 1 приведены допустимые составы жидкостей для гидроразрыва, не содержащих расклинивающий агент, при различных диапазонах компонентов.
В таблице 2 приведены допустимые составы жидкостей для гидроразрыва, содержащих расклинивающий агент, при различных диапазонах компонентов.
[0155] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения композиции для увеличения вязкости содержат от примерно масс. 80% до примерно 99 масс. % одного увеличителя вязкости или множества увеличителей вязкости и от примерно 20 масс. % до примерно 0,1 масс. % одного сшивающего агента или множества сшивающих агентов. Перечень увеличителей вязкости и сшивающих агентов приведен в настоящем документе в разделе Подходящие реагенты.
[0156] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения агрегирующая композиция может содержать один агент, вызывающий агрегацию, или множество агентов, вызывающих агрегацию, в любом относительном соотношении, при этом выбор указанного агента и/или указанного соотношения можно специально адаптировать к свойствам и характеристикам пласта и расклинивающего агента.
[0157] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения композиция расклинивающего агента каждой содержащей расклинивающий агент жидкости для гидроразрыва может содержать от 0 масс. % до 100 масс. % одного необработанного расклинивающего агента или множества необработанных расклинивающих агентов и от 0 масс. % до 100 масс. % одного обработанного расклинивающего агента или множества обработанных расклинивающих агентов, при этом обработанные расклинивающие агенты содержат необработанные расклинивающие агенты, обработанные с помощью одного агента, вызывающего агрегацию, или необработанные расклинивающие агенты, обработанные с помощью множества агентов, вызывающих агрегацию, с образованием частичного или полного агрегирующего покрытия на расклинивающих агентах, что приводит к изменению их склонности к агрегации от низкой до максимальной согласно данным, показанным на фигуре 6. Следует понимать, что путем изменения количества применяемой агрегирующей композиции или площади агрегирующего покрытия на обработанных расклинивающих агентах можно изменить относительную склонность к агрегации или склонность к агрегации в объеме согласно таблице, показанной на фигуре 6, и обеспечить любую требуемую склонность к агрегации, что позволяет сформировать столб или островок различных расклинивающих агентов внутри трещины, образованной в пласте во время гидроразрыва пласта.
ПОДХОДЯЩИЕ РЕАГЕНТЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В НАСТОЯЩЕМ ИЗОБРЕТЕНИИ
Базовые жидкости
[0158] Базовые жидкости, применяемые в настоящем изобретении, включают, без ограничения, любую жидкую базовую жидкость, подходящую для применения в нефтяных и газовых эксплуатационных скважинах или нагнетательных скважинах, или их смеси и комбинации. Типичные жидкие базовые жидкости включают, без ограничения, водные базовые жидкости, органические базовые жидкости, базовые жидкости типа вода-в-нефти, базовые жидкости типа нефть-в-воде, любые другие базовые жидкости, применяемые в жидкостях для гидроразрыва, их загущенные варианты или их смеси и комбинации. Типичные водные базовые жидкости включают воду, водопроводную воду, попутную воду, минерализованную воду, соляные растворы или их смеси и комбинации. Типичные соляные растворы включают, без ограничения, соляные растворы хлорида натрия, соляные растворы хлорида калия, соляные растворы хлорида кальция, соляные растворы хлорида магния, соляные растворы хлорида тетраметиламмония, другие хлоридные соляные растворы, фосфатные соляные растворы, нитратные соляные растворы, соляные растворы других солей или их смеси и комбинации.
Водные базовые жидкости
3
[0159] Водные базовые жидкости обычно будут содержать воду, состоять по существу из воды или состоять из воды. Как правило, вода будет основным компонентом по массе (≥50% масс, от массы водных базовых жидкостей). Вода может быть питьевой или не питьевой. Вода может быть солоноватой или содержать другие вещества, типичные для источников воды, обнаруженных в нефтяных месторождениях или вблизи них. Например, возможно применение свежей воды, соляного раствора или даже воды, к которой была добавлена любая соль, такая как соль щелочного металла или щелочно-земельного металла (NaCO, NaCl, KCl и т.п.). Водные жидкости для гидроразрыва обычно содержат по меньшей мере примерно 80 масс. % водной базовой жидкости. Согласно другим вариантам реализации изобретения водные жидкости для гидроразрыва содержат 80 масс. %, 85 масс. %, 90 масс. % и 95 масс. % водной базовой жидкости.
Органические базовые жидкости
[0160] Органические базовые жидкости содержат жидкий органический носитель, состоят по существу из жидкого органического носителя или состоят из жидкого органического носителя или углеводородной базовой жидкости, или углеводородная базовая жидкость содержит углеводородный растворимый полимер. Органические жидкости для гидроразрыва обычно содержат по меньшей мере примерно 80 масс. % органической базовой жидкости. Согласно другим вариантам реализации изобретения водные жидкости для гидроразрыва содержат 80 масс. %, 85 масс. %, 90 масс. % и 95 масс. % органической базовой жидкости.
Углеводородные базовые жидкости
-6
-6
2
[0161] Углеводородные базовые жидкости, подходящие для применения в настоящем изобретении, включают, без ограничения, синтетические углеводородные жидкости, углеводородные жидкости на основе нефти, природные углеводородные (неводные) жидкости или другие подобные углеводороды или их смеси или комбинации. Углеводородные жидкости, подходящие для применения в настоящем изобретении, имеют вязкости в диапазоне от примерно 5×10 до примерно 600×10 м/с (от 5 до примерно 600 сантистоксов). Типичные примеры таких углеводородных жидкостей включают, без ограничения, полиальфаолефины, полибутены, сложные полиэфиры, биодизельные топлива, простые низкомолекулярные жирные сложные эфиры (simple esters) растительного масла или фракций растительного масла, простые сложные эфиры спиртов, такие как Exxate от компании Exxon Chemicals, растительные масла, животные масла или сложные эфиры, другое эфирное масло, дизельное топливо, дизельное топливо с низким или высоким содержанием серы, керосин, топливо для реактивных двигателей, светлые масла, минеральные нефтяные масла, тяжелые керосины, гидрогенизированное масло, такое как PetroCanada HT-40N или IA-35, или аналогичные масла, производимые компанией Shell Oil Company, внутренние олефины (IO), содержащие от примерно 12 до 20 углеродных атомов, линейные альфаолефины, содержащие от примерно 14 до 20 углеродных атомов, полиальфаолефины, содержащие от примерно 12 до примерно 20 углеродных атомов, изомеризованные альфаолефины (IAO), содержащие от примерно 12 до примерно 20 углеродных атомов, VM&P Naptha, Linpar, парафины, содержащие от 13 до примерно 16 углеродных атомов, и их смеси или комбинации.
[0162] Подходящие полиальфаолефины (PAOs) включают, без ограничения, полиэтилены, полипропилены, полибутены, полипентены, полигексены, полигептены, высшие PAOs, их сополимеры и их смеси. Типичные примеры PAOs включают PAOs, продаваемые компанией Mobil Chemical Company в виде жидкостей SHF, и PAOs, продаваемые ранее компанией Ethyl Corporation под названием ETHYLFLO и продаваемые в настоящее время компанией Albemarle Corporation под торговым названием Durasyn. Такие жидкости включают жидкости, обозначаемые как ETYHLFLO 162, 164, 166, 168, 170, 174 и 180. PAOs, хорошо подходящие для применения в настоящем изобретении, содержат смеси из примерно 56% ETHYLFLO, теперь Durasyn 174, и примерно 44% ETHYLFLO, теперь Durasyn 168.
[0163] Типичные примеры полибутенов включают, без ограничения, полибутены, продаваемые компаниями Amoco Chemical Company и Exxon Chemical Company под торговыми названиями INDOPOL и PARAPOL, соответственно. Полибутены, хорошо подходящие для применения в настоящем изобретении, включают Amoco's INDOPOL 100.
[0164] Типичные примеры сложного полиэфира включают, без ограничения, неопентилгликоли, триметилолпропаны, пентаэритритолы, дипентаэритриты и сложные диэфиры, такие как диоктилсебацинат (DOS), диактилазелаинат (DOZ) и диоктиладипат.
-6
-6
2
[0165] Типичные примеры жидкостей на основе нефти включают, без ограничения, светлые минеральные масла, парафиновые масла и нафтеновые масла со средним индексом вязкости (MVI), имеющие вязкости в диапазоне от примерно 5×10 до примерно 600×10 м/с (от 5 до примерно 600 сантистоксов) при 40°C. Типичные примеры светлых минеральных нефтяных масел включают масла, продаваемые компаниями Witco Corporation, Arco Chemical Company, PSI и Penreco. Типичные примеры парафиновых масел включают дистиллятные масла селективной очистки, которые можно приобрести в компании Exxon Chemical Company, дистиллятные масла с высоким индексом вязкости (HVI), которые можно приобрести в компании Shell Chemical Company, и дистиллятные масла, обработанные растворителями, которые можно приобрести в компании Arco Chemical Company. Типичные примеры MVI нафтеновых масел включают палевые дистиллятные смазочные масла селективной очистки, полученные из костальских нефтей, которые можно приобрести в компании Exxon Chemical Company, MVI масла селективной очистки/MVI масла, обработанные кислотой, которые можно приобрести в компании Shell Chemical Company, и нафтеновые масла, продаваемые под названиями HydroCal и Calsol компанией Calumet, и гидрогенизированные масла, такие как HT-40N и IA-35 от компаний PetroCanada или Shell Oil Company или другие аналогичные гидрогенизированные масла.
[0166] Типичные примеры растительных масел включают, без ограничения, касторовое масло, кукурузное масло, оливковое масло, подсолнечное масло, кунжутное масло, арахисовое масло, пальмовое масло, косточковое пальмовое масло, кокосовое масло, молочный жир, масло канолы, рапсовое масло, льняное масло, хлопковое масло, льняную олифу, другие растительные масла, модифицированные растительные масла, такие как сшитые касторовые масла и т.п., и их смеси. Типичные примеры животных масел включают, без ограничения, твердый животный жир, норковый жир, свиное сало, другие животные масла и их смеси. Кроме того, будут работать и другие эфирные масла. Конечно, также можно использовать смеси всех перечисленных выше масел.
Углеводородные растворимые полимеры
[0167] В настоящем изобретении полимеры, подходящие для применения в качестве противоосаждающих добавок или полимерных суспендирующих агентов, включают, без ограничения, линейные полимеры, блоксополимеры, привитые полимеры, звездообразные полимеры или другие многолучевые полимеры, которые включают один или более олефиновых мономеров и/или один или более диеновых мономеров и их смеси или комбинации. В настоящем документе термин полимер относится к гомополимерам, сополимерам, полимерам, содержащим три или более мономеров (олефиновых мономеров и/или диеновых мономеров), при этом полимер включает олигомерные или полимерные привитые соединения, которые могут иметь одинаковый или разный мономерный состав, лучи, выходящие из центральной части полимера, или исходный реагент, такой как трех- и четырехвалентные связывающие агенты или дивинилбензольные узлы или т.п., и гомополимер, имеющий разные тактичности или микроструктуры. Типичными примерами являются сополимеры изопрена и стирола (статистические или блоксополимеры), триблокированный, мультиблокированный сополимер стирола и бутадиена (статистический или блоксополимер), сополимер этилена и пропилена (статистический или блоксополимер), сульфированные полистирольные полимеры, алкилметакрилатные полимеры, винилпирролидоновые полимеры, винилпиридин, винилацетат или их смеси или комбинации.
[0168] Подходящий олефиновый мономер включает, без ограничения, любое мононенасыщенное соединение, способное полимеризоваться с образованием полимера, или его смеси или комбинации. Типичные примеры включают этилен, пропилен, бутилен и другие альфаолефины, содержащие от примерно 5 до примерно 20 углеродных атомов и достаточное количество атомов водорода для соответствия требованиям валентности, при этом один или более углеродных атомов можно заменить на В, N, О, Р, S, Ge или т.п. и один или более атомов водорода можно заменить на F, Cl, Br, I, или, SR, COOR, СНО, C(O)R, C(O)NH2, C(O)NHR, C(O)NRR' или другие подобные одновалентные группы, полимеризуемые внутренние моноолефиновые мономеры или их смеси или комбинации, где R и R' являются одинаковыми или разными и представляют собой карбильную группу, содержащую от примерно 1 до примерно 16 углеродных атомов, при этом один или более углеродных атомов и атомов водорода можно заменить, как непосредственно указано выше.
[0169] Подходящий диеновый мономер включает, без ограничения, любое ненасыщенное соединение с двойной связью, способное полимеризоваться с образованием полимера, или его смеси или комбинации. Типичные примеры включают 1,3-бутадиен, изопрен, 2,3-диметилбутадиен или другие полимеризуемые диеновые мономеры.
[0170] Авторы настоящего изобретения обнаружили, что Infineum SV150, звездообразный диблоксополимер изопрена и стирола, благодаря своей мицеллообразующей природе обеспечивает превосходные постоянные стабильность при сдвиге и эффективность загустевания.
[0171] Подходящие топлива на основе углеводородов включают, без ограничения, минеральное нефтяное масло или дизельное топливо перед добавлением органофильных глин, полярного активатора, добавки для суспендирования (гуара или дериватизированного гуара, например, CMHPG) и диспергирующего поверхностно-активного вещества с концентрациями от 0,10 до 5,0 масс./масс. %.
Вязкоупругие базовые жидкости
[0172] Вязкоупругие базовые жидкости содержат жидкий носитель, содержащий вязкоупругое поверхностно-активное вещество (VES) или VES гель.
[0173] В общем, такое поверхностно-активное вещество может представлять собой любое поверхностно-активное вещество. Такое поверхностно-активное вещество предпочтительно является вязкоупругим. Такое поверхностно-активное вещество предпочтительно является анионным. Анионное поверхностно-активное вещество может представлять собой алкилсаркозинат. Алкилсаркозинат, как правило, может иметь любое количество углеродных атомов. В настоящее время предпочтительные алкилсаркозинаты содержат от примерно 12 до примерно 24 углеродных атомов. Алкилсаркозинат может содержать от примерно 14 до примерно 18 углеродных атомов. Конкретные примеры количества углеродных атомов включают 12, 14, 16,18, 20, 22 и 24 углеродных атомов.
1
2
2
1
2
[0174] Анионное поверхностно-активное вещество может иметь химическую формулу R CON(R)CHX, где R представляет собой гидрофобную цепь, содержащую от примерно 12 до примерно 24 углеродных атомов, R представляет собой водород, метил, этил, пропил или бутил и X представляет собой карбоксил или сульфонил. Гидрофобная цепь может представлять собой алкильную группу, алкенильную группу, алкиларилалкильную группу или алкоксиалкильную группу. Конкретные примеры гидрофобной цепи включают тетрадецильную группу, гексадецильную группу, октадеценильную группу, октадецильную группу и докозеновую группу.
[0175] Поверхностно-активное вещество в общем может присутствовать в любой концентрации в весовых процентах. В настоящее время предпочтительные концентрации поверхностно-активного вещества составляют от примерно 0,1% до примерно 15% по массе. Более предпочтительная в настоящее время концентрация составляет от примерно 0,5% до примерно 6% по массе. В любых конкретных случаях для определения оптимальных концентраций можно использовать методики лабораторных исследований.
[0176] Амфотерный полимер может в общем представлять собой любой амфотерный полимер. Амфотерный полимер может представлять собой неионный водорастворимый гомополисахарид или анионный водорастворимый полисахарид. Полимер может в общем иметь любую молекулярную массу, при этом в настоящее время предпочтительно, если молекулярная масса указанного полимера составляет по меньшей мере примерно 500000.
[0177] Полимер может представлять собой гидролизованный полиакриламидный полимер. Полимер может представлять собой склероглюкан, модифицированный склероглюкан или склероглюкан, модифицированный путем приведения в контакт с глиоксалем или глутаральдегидом. Склероглюканы представляют собой неионные водорастворимые гомополисахариды или водорастворимые анионные полисахариды с молекулярными массами более примерно 500000, молекулы которых состоят из основной прямой цепи, образованной из звеньев D-глюкозы, связанных посредством β-1,3-связей, при этом одно из трех звеньев связано с боковым звеном D- глюкозы посредством β-1,6 связи. Указанные полисахариды можно получить с помощью любого из известных способов в данной области техники, такого как ферментация среды на основе сахара и неорганических солей под действием микроорганизма Sclerotium тип А. Более полное описание таких склероглюканов и способы их получения можно найти, например, в патентах США №№3301848 и 4561985, включенных в настоящий документ посредством ссылки. В водных растворах цепи склероглюкана объединяются в тройную спираль, что объясняет жесткость биополимера и, соответственно, такие его свойства, как высокая прочность при возрастании вязкости и сопротивление напряжению сдвига.
[0178] В качестве источника склероглюкана можно использовать склероглюкан, выделенный из ферментационной среды, продукт, находящийся в форме порошка или более или менее концентрированного раствора в водном и/или водно-спиртовом растворителе. Согласно настоящему изобретению также предпочтительными являются склероглюканы, обычно используемые в различных вариантах применения на нефтяном месторождении, например, склероглюканы, которые представляют собой белые порошки, полученные путем осаждения в спирте ферментативного бульона для удаления остатков продуцирующих организмов (мицелия, например). Кроме того, можно использовать жидкую реакционную смесь, образующуюся в результате ферментации и содержащую склероглюкан в растворе. Согласно настоящему изобретению подходящие склероглюканы также представляют собой модифицированный склероглюкан, который образуется при обработке склероглюканов с помощью диальдегидного реагента (глиоксала, глутаральдегида и т.п.), а также склероглюканы, описанные в патенте США №6162449, включенном в настоящий документ посредством ссылки (b-1,3-склероглюканы с поперечно сшитой 3-мерной структурой, продуцируемые Sclerotium rolfsii).
[0179] Полимер может представлять собой Aquatrol V (синтетическое соединение, позволяющее уменьшить проблемы обводнения продукции при добыче в скважине; описано в патенте США №5465792, включенном в настоящий документ посредством ссылки), AquaCon (гидрофильный терполимер со средней молекулярной массой на основе полиакриламида, способный связываться с поверхностями пласта и увеличивать добычу углеводородов; описан в патенте США №6228812, включенном в настоящий документ посредством ссылки), и Aquatrol С (амфотерный полимерный материал). Aquatrol V, Aquatrol С и AquaCon можно приобрести в компании BJ Services Company.
[0180] Полимер может представлять собой терполимер, синтезированный из анионного мономера, катионного мономера и нейтрального мономера. Такие используемые мономеры предпочтительно имеют похожие реакционные способности, так что полученный амфотерный полимерный материал характеризуется статистическим распределением мономеров. Анионный мономер может в общем представлять собой любой анионный мономер. В настоящее время предпочтительные анионные мономеры включают акриловую кислоту, метакриловую кислоту, 2-акриламид-2-метилпропансульфоновую кислоту и малеиновый ангидрид. Катионный мономер может в общем представлять собой любой катионный мономер. В настоящее время предпочтительные катионные мономеры включают хлорид диметилдиаллил аммония, диметиламиноэтил метакрилат и хлорид аллилтриметил аммония. Нейтральный мономер может в общем представлять собой любой нейтральный мономер. В настоящее время предпочтительные нейтральные мономеры включают бутадиен, N-винил-2-пирролидон, метилвиниловый простой эфир, метилакрилат, малеиновый ангидрид, стирол, винилацетат, акриламид, метилметакрилат и акрилонитрил. Полимер может представлять собой терполимер, синтезированный из акриловой кислоты (АА), хлорида диметилдиаллил аммония (DMDAC) или хлорида диаллилдиметил аммония (DADMAC) и акриламида (AM). Соотношение мономеров в терполимере может в общем представлять собой любое соотношение. В настоящее время предпочтительное соотношение составляет примерно 1:1:1.
[0181] Другой предпочтительный в настоящее время амфотерный полимерный материал (далее «полимер 1») содержит приблизительно 30% полимеризованного АА, 40% полимеризованного AM и 10% полимеризованного DMDAC или DADMAC с приблизительно 20% свободного остаточного DMDAC или DADMAC, который не полимеризуется вследствие более низкой относительной реакционной способности DMDAC или мономера DADMAC.
2
4
2
4
[0182] Жидкость может дополнительно содержать одну или более добавок. Жидкость может дополнительно содержать основание. Жидкость может дополнительно содержать соль. Жидкость может дополнительно содержать буфер. Жидкость может дополнительно содержать модификатор относительной проницаемости. Жидкость может дополнительно содержать метилэтиламин, моноэтаноламин, триэтиламин, триэтаноламин, гидроксид натрия, гидроксид калия, карбонат калия, хлорид натрия, хлорид калия, фторид калия, KHPO или KHPO. Жидкость может дополнительно содержать расклинивающий агент. Общепринятые расклинивающие агенты будут известны специалистам в данной области техники и включают песок, песок со смоляным покрытием, спеченный боксит и подобные материалы. Расклинивающий агент может быть суспендирован в жидкости.
[0183] Саркозин (N-метилглицин) представляет собой природную аминокислоту, которую можно обнаружить в морской звезде, морских ежах и ракообразных. Его можно приобрести в различных коммерческих источниках или, альтернативным образом, получить с помощью нескольких синтетических способов, известных в данной области техники, включая термическое разложение кофеина в присутствии гидроксида бария (Arch. Pharm. 232: 601, 1894); (Bull. Chem. Soc. Japan, 39: 2535, 1966); и многочисленные другие способы (Т. Shirai в Synthetic Production and Utilization of Amino Acids; T. Kaneko, et al., Eds.; Wiley, New York: pp. 184-186, 1974). Саркозинат натрия производят в промышленных масштабах из формальдегида, цианида натрия и метиламина (патенты США №№2720540 и 3009954). Предпочтительный саркозинат представляет собой продукты конденсации саркозината натрия и хлорангидрида жирной кислоты. Хлорангидрид жирной кислоты взаимодействует с саркозинатом натрия при тщательно контролируемых щелочных условиях (т.е. реакции Шоттена-Баумана) с получением натриевой соли жирной кислоты и саркозината, растворимой в воде. После подкисления образуется жирная метиламиноуксусная кислота, которая также является водонерастворимой и которую можно выделить из реакционной среды. Ацилсаркозины можно нейтрализовать с применением оснований, таких как соли натрия, калия, аммиака, или органических оснований, таких как триэтаноламин, с получением водных растворов.
[0184] Другие поверхностно-активные вещества, применимые в жидкостях согласно настоящему изобретению, представляют собой анионное саркозинатное поверхностно-активное вещество, которое можно приобрести в компании BJ Services Company в виде «М-Aquatrol» (MA). Саркозинат МА-1 представляет собой вязкое жидкое поверхностно-активное вещество, содержащее по меньшей мере 94% олеоил саркозина. При применении для гидравлического разрыва в водном растворе присутствует достаточное количество саркозината для обеспечения достаточной вязкости, необходимой для суспендирования расклинивающего агента при размещении. Поверхностно-активное вещество предпочтительно присутствует в количестве от примерно 0,5% до примерно 10% по массе, наиболее предпочтительно в количестве от примерно 0,5% до примерно 6% по массе в расчете на массу всей жидкости.
Увеличители вязкости
[0185] Гидратируемый полимер может представлять собой водорастворимый полисахарид, такой как галактоманнан, целлюлоза или их производные.
[0186] Подходящие гидратируемые полимеры, которые можно использовать согласно вариантам реализации изобретения, включают любые гидратируемые полисахариды, способные образовывать гель в присутствии сшивающего агента. Например, подходящие гидратируемые полисахариды включают, но не ограничиваются ими, галактоманнановые камеди, глюкоманнановые камеди, гуары, производные гуары и производные целлюлозы. Конкретные примеры представляют собой гуаровую смолу, производные гуаровой смолы, смолу плодоворожкового дерева, камедь карайи, карбоксиметилцеллюлозу, карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлозу и гидроксиэтилцеллюлозу. В настоящее время предпочтительные гелеобразующие агенты включают, но не ограничиваются ими, гуаровые смолы, гидроксипропил гуар, карбоксиметилгидроксипропил гуар, карбоксиметил гуар и карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлозу. Подходящие гидратируемые полимеры могут также включать синтетические полимеры, такие как поливиниловый спирт, полиакриламиды, поли-2-амино-2-метилпропансульфоновую кислоту и различные другие синтетические полимеры и сополимеры. Специалистам в данной области техники известны и другие подходящие полимеры.
[0187] Гидратируемый полимер может присутствовать в жидкости в концентрациях в диапазоне от примерно 0,10% до примерно 5,0% по массе водной жидкости. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения диапазон содержания гидратируемого полимера составляет от примерно 0,20% до примерно 0,80% по массе.
Увеличитель вязкости, сшивающие агенты
2

[0188] Сшивающий агент может представлять собой борат, титанат или цирконийсодержащее соединение. Например, сшивающий агент может представлять собой борат натрия ×HO (с варьирующим содержанием воды гидратации), борную кислоту, боратные сшиватели (смесь титанатного компонента, предпочтительно органотитанатного компонента, с компонентом бора). Органотитанатный компонент может представлять собой сложные эфиры хелатного комплекса титана TYZOR от компании E.I du Pont de Nemours & Company. Органотитанатный компонент может представлять собой смесь первого органотитанатного соединения, содержащего в качестве основания лактат, и второго органотитанатного соединения содержащего в качестве основания триэтаноламин. Борсодержащий компонент можно выбрать из группы, состоящей из борной кислоты, тетрабората натрия и их смесей. В патенте США №4514309, включенном в настоящий документ посредством ссылки, описаны руды на основе бората, такие как улексит и колеманит, ацетилацетонат Ti(IV), триэтаноламин Ti(IV), лактат Zr, триэтаноламин Zr, лактат-триэтаноламин Zr или лактат-триэтаноламин-триизопропаноламин Zr. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения композиция жидкости для обработки скважин может дополнительно содержать расклинивающий агент.
[0189] Подходящий сшивающий агент может представлять собой любое соединение, которое увеличивает вязкость жидкости посредством химического сшивания, физического сшивания или любых других механизмов. Например, гелеобразование гидратируемого полимера можно обеспечить путем сшивания полимера с помощью ионов металлов, в том числе с помощью соединений, содержащих бор, цирконий и титан, или их смесей. Одним из классов подходящих сшивающих агентов являются органотитанаты. Другой класс подходящих сшивающих агентов представляет собой бораты, как описано, например, в патенте США №4514309, включенном в настоящий документ посредством ссылки. Выбор подходящего сшивающего агента зависит от типа обработки, которую необходимо осуществить, и гидратируемого полимера, который предполагают использовать. Количество применяемого сшивающего агента также зависит от условий в скважине и типа обработки, которую предполагают осуществить, но, как правило, составляет от примерно 10 ppm до примерно 1000 ppm иона металла, содержащегося в сшивающем агенте в гидратируемой полимерной жидкости. В некоторых вариантах применения водный полимерный раствор после добавления сшивающего агента сразу же подвергается сшиванию с образованием высоковязкого геля. В других вариантах применения реакция сшивающего агента может быть замедленной, так что образование вязкого геля не происходит до наступления требуемого времени.
[0190] Во многих случаях, если не в большинстве, повышающий вязкость полимер сшивают с помощью подходящего сшивающего агента. Сшитый полимер имеет даже более высокую вязкость и является даже более эффективным при переносе расклинивающего агента в подвергнутый гидроразрыву пласт. Для гуара, производных гуара и других галактоманнанов в качестве сшивающего агента широко использовали ион бората, обычно в жидкостях с высоким показателем pH. См., например, патент США 3059909, включенный в настоящий документ посредством ссылки, и многочисленные другие патенты, в которых описан этот классический водный гель в качестве жидкости для гидроразрыва. Другие сшивающие агенты включают, например, титановые сшиватели (патент США 3888312, включенный в настоящий документ посредством ссылки), хром, железо, алюминий и цирконий (патент США 3301723, включенный в настоящий документ посредством ссылки). Из перечисленных соединений предпочтительными, как правило, являются титановые и циркониевые сшивающие агенты. Примеры обычно используемых циркониевых сшивающих агентов включают комплексы триэтаноламина циркония, ацетилацетонат циркония, лактат циркония, карбонат циркония и хелатирующие соединения органической альфагидроксикарбоновой кислоты и циркония. Примеры обычно используемых титановых сшивающих агентов включают комплексы триэтаноламина титана, ацетилацетонат титана, лактат титана и хелатирующие соединения органической альфагидроксикарбоновой кислоты и титана.
[0191] Аналогичным образом, сшивающий агент(ы) можно выбрать из тех органических и неорганических соединений, которые хорошо известны специалистам в данной области техники и применимы для такой цели, при этом выражение «сшивающий агент», используемое в настоящем документе, включает смеси таких соединений. Типичные органические сшивающие агенты включают, но не ограничиваются ими, альдегиды, диальдегиды, фенолы, замещенные фенолы, простые эфиры и их смеси. Можно использовать фенол, резорцин, пирокатехин, флюроглюцин, галловую кислоту, пирогаллол, 4,4'-дифенол, 1,3-дигидроксинафталин, 1,4-бензохинон, гидрохинон, хингидрон, танин, фенилацетат, фенилбензоат, 1-нафтилацетат, 2-нафтилацетат, фенилхлорацетат, гидроксифенилалканолы, формальдегид, параформальдегид, ацетальдегид, пропанальдегид, бутиральдегид, изобутиральдегид, пентаналь, гептаналь, деканаль, глиоксал, глутаральдегид, терефталевый альдегид, гексаметилентетрамин, триоксан, тетраоксан, полиоксиметилен и дивиниловый эфир. Типичные неорганические сшивающие агенты представляют собой многовалентные металлы, хелатированные многовалентные металлы и соединения, способные образовывать многовалентные металлы, в том числе органометаллические соединения, а также бораты и борсодержащие комплексы, и их смеси. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения неорганические сшивающие агенты включают соли, комплексы или хелатные соединения хрома, такие как нитрат хрома, цитрат хрома, ацетат хрома, пропионат хром, малонат хрома, лактат хрома и т.п.; соли алюминия, такие как цитрат алюминия, алюминаты и комплексы и хелатные соединения алюминия; соли, комплексы и хелатные соединения титана; соли, комплексы или хелатные соединения циркония, такие как лактат циркония; и борсодержащие соединения, такие как борная кислота, бораты и комплексы бора. Можно использовать жидкости, содержащие добавки, такие как жидкости, описанные в патенте США №4683068 и патенте США 5082579.
[0192] Как указано, можно использовать смеси полимерного гелеобразующего материала или гелеобразующих веществ. Материалы, которые можно использовать, включают водорастворимые способные к сшиванию полимеры, сополимеры и терполимеры, такие как поливиниловые полимеры, полиакриламиды, простые эфиры целлюлозы, полисахариды, лигносульфонаты, их аммонийные соли, их соли щелочных металлов, щелочноземельные соли лигносульфонатов и их смеси. Конкретными полимерами являются сополимеры акриловой кислоты и акриламида, сополимеры акриловой кислоты и метакриламида, полиакриламиды, частично гидролизованные полиакриламиды, частично гидролизованные полиметакриламиды, поливиниловый спирт, поливинилацетат, полиалкиленоксиды, карбоксицеллюлозы, карбоксиалкилгидроксиэтилцеллюлозы, гидроксиэтилцеллюлоза, галактоманнаны (например, гуаровая смола), замещенные галактоманнаны (например, гидроксипропил гуар), гетерополисахариды, полученные посредством ферментации полученного из крахмала сахара (например, ксантановая камедь), их соли аммония и щелочных металлов и их смеси. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения водорастворимые способные к сшиванию полимеры включают гидроксипропил гуар, карбоксиметилгидроксипропил гуар, частично гидролизованные полиакриламиды, ксантановую камедь, поливиниловый спирт, их соли аммония и щелочных металлов и их смеси.
[0193] pH водной жидкости, содержащей гидратируемый полимер, можно регулировать, при необходимости, для придания жидкости совместимости со сшивающим агентом. Согласно другим вариантам реализации изобретения после добавления к водной жидкости полимера к ней добавляют материал, регулирующий pH. Типичные материалы, применяемые для регулирования pH, представляют собой обычно применяемые кислоты, кислотные буферы и смеси кислот и оснований. Например, типичными агентами, регулирующими pH, являются бикарбонат натрия, карбонат калия, гидроксид натрия, гидроксид калия и карбонат натрия. Допустимые значения pH для указанной жидкости могут составлять от нейтрального до щелочного, т.е. от примерно 5 до примерно 14. Согласно другим вариантам реализации изобретения pH поддерживают нейтральным или основным, т.е. от примерно 7 до примерно 14. Согласно другим вариантам реализации изобретения pH составляет от примерно 8 до примерно 12.
Разрушающие агенты
[0194] Разрушающий агент может представлять собой окислитель на основе металла, такого как щелочноземельный метал или переходный металл. Типичные разрушающие агенты включают, без ограничения, пероксид магния, пероксид кальция, пероксид цинка или их смеси и комбинации.
[0195] Термин «разрушающий агент» или «разжижитель» относится к любому химическому веществу, которое способно понижать вязкость загущенной жидкости. Как описано выше, после получения и закачивания жидкости для гидроразрыва в подземный пласт обычно желательно превратить высоковязкий гель в жидкость с более низкой вязкостью. Это дает возможность легко и эффективно удалить жидкость из пласта и позволяет перемещать требуемый материал, такой как нефть или газ, в ствол скважины. Такое понижение вязкости жидкости для обработки пласта обычно называют «разрушением». Соответственно, химические вещества, применяемые для уменьшения вязкости жидкости, называют разрушающим агентом или разжижителем.
[0196] Существуют различные способы, позволяющие разрушать жидкость для гидроразрыва или жидкость для обработки пласта. Как правило, жидкости разрушаются с течением времени и/или при длительном воздействии высоких температур. Тем не менее желательно иметь возможность предсказывать и контролировать разрушение в сравнительно узких пределах. Мягкие окислители являются полезными в качестве разжижителей при применении жидкости в пласте со сравнительно высокой температурой, хотя пластовые температуры 300°F (149°C) или выше будут в целом вызывать сравнительно быстрое разрушение жидкости и без помощи окислителя.
[0197] Примеры неорганических разрушающих агентов, подходящих для применения в настоящем изобретении, включают, но не ограничиваются ими, персульфаты, перкарбонаты, пербораты, пероксиды, перфосфаты, перманганаты и т.п. Конкретные примеры неорганических разрушающих агентов включают, но не ограничиваются ими, персульфаты щелочноземельных металлов, перкарбонаты щелочноземельных металлов, пербораты щелочноземельных металлов, пероксиды щелочноземельных металлов, перфосфаты щелочноземельных металлов, цинковые соли пероксида, перфосфата, пербората и перкарбоната и т.д. Дополнительные подходящие разрушающие агенты описаны в патентах США №№5877127; 5649596; 5669447; 5624886; 5106518; 6162766; и 5807812, включенных в настоящий документ посредством ссылки. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения неорганический разрушающий агент выбирают из окислителей на основе щелочноземельных металлов или переходных металлов, таких как пероксиды магния, пероксиды цинка и пероксиды кальция.
[0198] Кроме того, вместо неферментативного разжижителя или наряду с ним можно также использовать ферментативные разжижители. Примеры подходящих ферментативных разжижителей, таких как гуаровые специфические ферменты, альфа и бета амилазы, амилоглюкозидаза, алигоглюкозидаза, инвертаза, мальтаза, целлюлаза и гемицеллюлаза, описаны в патентах США №№5806597 и 5067566, включенных в настоящий документ посредством ссылки.
[0199] Разрушающий агент или разжижитель можно использовать «как есть» или его можно инкапсулировать и активировать с помощью различных механизмов, включая раздавливание при закрытии пласта или растворение под действием пластовых флюидов. Такие методы описаны, например, в патентах США №№4506734; 4741401; 5110486; и 3163219, включенных в настоящий документ посредством ссылки.
Агрегирующие композиции или композиции для изменения дзета-потенциала
Агрегирующие композиции или композиции для изменения дзета-потенциала, содержащие амино-фосфатный продукт реакции
Амины
1
2
1
2
[0200] Подходящие амины включают, без ограничения, любой амин, способный взаимодействовать с подходящим фосфатным эфиром с образованием композиции, образующей деформируемое покрытие на поверхности, содержащей оксид металла. Типичные примеры таких аминов включают, без ограничения, любой амин общей формулы R,RNH или его смеси или комбинации, где R и R независимо представляют собой атом водорода или карбильную группу, содержащую от примерно 1 до 40 углеродных атомов и атомы водорода, необходимые для соответствия указанной валентности, при этом один или более из углеродных атомов можно заменить на один или более гетероатомов, выбранных из группы, состоящей из бора, азота, кислорода, фосфора, серы или их смеси или комбинаций, при этом один или более из атомов водорода можно заменить на один или более одновалентных атомов, выбранных из группы, состоящей из фтора, хлора, брома, йода или их смесей или комбинаций. Типичные примеры аминов, подходящих для применения в настоящем изобретении, включают, без ограничения, анилин и алкиланилины или смеси алкиланилинов, пиридины и алкилпиридины или смеси алкилпиридинов, пиррол и алкилпирролы или смеси алкилпирролов, пиперидин и алкилпиперидины или смеси алкилпиперидинов, пирролидин и алкилпирролидины, индолизин и алкилиндолизины или смеси алкилиндолизинов, индол и алкилиндолы или смесь алкилиндолов, имидазол и алкилимидазол или смеси алкилимидазола, хинолин и алкилхинолин или смесь алкилхинолина, изохинолин и алкилизохинолин или смесь алкилизохинолина, пиразин и алкилпиразин или смесь алкилпиразина, хиноксалин и алкилхиноксалин или смесь алкилхиноксалина, акридин и алкилакридин или смесь алкилакридина, пиримидин и алкилпиримидин или смесь алкилпиримидина, хиназолин и алкилхиназолин или смесь алкилхиназолина или их смеси или комбинации.
Фосфатные соединения
3
4
5
3
4
5
6
6
7
7
x
y
2
3
[0201] Подходящие фосфатные соединения включают, без ограничения, любой фосфатный эфир, способный взаимодействовать с подходящим амином с образованием композиции, образующей деформируемое покрытие на поверхности, содержащей оксид металла, или частично или полностью покрывающей материалы в форме твердых частиц. Типичные примеры таких фосфатных эфиров включают, без ограничения, любые фосфатные эфиры общей формулы P(O)(OR)(OR)(OR), их полимеры или их смесь или комбинации, где R, R и OR независимо представляют собой атом водорода или карбильную группу, содержащую от примерно 1 до 40 углеродных атомов и атомы водорода, необходимые для соответствия указанной валентности, при этом один или более из углеродных атомов можно заменить на один или более гетероатомов, выбранных из группы, состоящей из бора, азота, кислорода, фосфора, серы или их смеси или комбинаций, при этом один или более из атомов водорода можно заменить на один или более одновалентных атомов, выбранных из группы, состоящей из фтора, хлора, брома, йода или их смесей или комбинаций. Типичные примеры фосфатных эфиров включают, без ограничения, фосфатный эфир алканолов, имеющий общую формулу P(O)(OH)(OR), где x+y=3 и R независимо представляет собой атом водорода или карбильную группу, содержащую от примерно 1 до 40 углеродных атомов и атомы водорода, необходимые для соответствия указанной валентности, при этом один или более из углеродных атомов можно заменить на один или более гетероатомов, выбранных из группы, состоящей из бора, азота, кислорода, фосфора, серы или их смеси или комбинаций, при этом один или более из атомов водорода можно заменить на один или более одновалентных атомов, выбранных из группы, состоящей из фтора, хлора, брома, йода или их смесей или комбинаций, такой как этоксифосфат, пропоксилфосфат или высшие алкоксифосфаты или их смеси или комбинации. Другие типичные примеры фосфатных эфиров включают, без ограничения, фосфатные эфиры алканоламинов, имеющих общую формулу N[ROP(O)(OH)], где R представляет собой карбильную группу, содержащую от примерно 1 до 40 углеродных атомов и атомы водорода, необходимые для соответствия указанной валентности, при этом один или более из углеродных атомов можно заменить на один или более гетероатомов, выбранных из группы, состоящей из бора, азота, кислорода, фосфора, серы или их смеси или комбинаций, при этом один или более из атомов водорода можно заменить на один или более одновалентных атомов, выбранных из группы, состоящей из фтора, хлора, брома, йода или их смесей или комбинаций, в том числе трифосфатный эфир триэтаноламина или их смеси или комбинации. Другие типичные примеры фосфатных эфиров включают, без ограничения, фосфатные эфиры гидроксилированных ароматических соединений, такие как фосфатные эфиры алкилированных фенолов, такие как нонилфениловый фосфатный эфир или фенольные фосфатные эфиры. Другие типичные примеры фосфатных эфиров включают, без ограничения, фосфатные эфиры диолов и полиолов, такие как фосфатные эфиры этиленгликоля, пропиленгликоля или высших гликолевых структур. Другие типичные фосфатные эфиры включают любой фосфатный эфир, который может взаимодействовать с амином и будучи нанесенным на подложку образует деформируемое покрытие, усиливающее способность указанной подложки к агрегации.
Полимерные аминовые агрегирующие композиции для изменения дзета-потенциал
[0202] Подходящие амины, способные образовывать деформируемое покрытие на твердых частицах, поверхностях и/или материалах, включают, без ограничения, гетероциклические ароматические амины, замещенные гетероциклические ароматические амины, поливиниловые гетероциклические ароматические амины, сополимеры винилового гетероциклического ароматического амина и не содержащих амин полимеризуемых мономеров (мономеров с этиленовыми двойными связями и диеновых мономеров) или их смеси или комбинации, при этом заместители замещенных гетероциклических ароматических аминов представляют собой карбильные группы, содержащие от примерно 1 до 40 углеродных атомов и атомы водорода, необходимые для соответствия указанной валентности, при этом один или более из углеродных атомов можно заменить на один или более гетероатомов, выбранных из группы, состоящей из бора, азота, кислорода, фосфора, серы или их смеси или комбинаций, при этом один или более из атомов водорода можно заменить на один или более одновалентных атомов, выбранных из группы, состоящей из фтора, хлора, брома, йода или их смесей или комбинаций. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения амины, подходящие для применения в настоящем изобретении, включают, без ограничения, анилин и алкиланилины или смеси алкиланилинов, пиридины и алкилпиридины или смеси алкилпиридинов, пиррол и алкилпирролы или смеси алкилпирролов, пиперидин и алкилпиперидины или смеси алкилпиперидинов, пирролидин и алкилпирролидины или смеси алкилпирролидинов, индолизин и алкилиндолизины или смеси алкилиндолизинов, индол и алкилиндолы или смесь алкилиндолов, имидазол и алкилимидазол или смеси алкилимидазолов, хинолин и алкилхинолин или смесь алкилхинолина, изохинолин и алкилизохинолин или смесь алкилизохинолина, пиразин и алкилпиразин или смесь алкилпиразина, хиноксалин и алкилхиноксалин или смесь алкилхиноксалина, акридин и алкилакридин или смесь алкилакридина, пиримидин и алкилпиримидин или смесь алкилпиримидина, хиназолин и алкилхиназолин или смесь алкилхиназолина или их смеси или комбинации. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения поливиниловые гетероциклические амины включают, без ограничения, полимеры и сополимеры винилпиридина, винилзамещенного пиридина, винилиндолизинов, винилзамещенных индолизинов, винилпиррола, винилзамещенных пирролов, винилпиперидина, винилзамещенных пиперидинов, винилпирролидина, винилзамещенных пирролидинов, винилиндола, винилзамещенных индолов, винилимидазола, винилзамещенного имидазола, винилхинолина, винилзамещенного хинолина, винилизохинолина, винилзамещенного изохинолина, винилпиразина, винилзамещенного пиразина, винилхиноксалина, винилзамещенного хиноксалина, винилакридина, винилзамещенного акридина, винилпиримидина, винилзамещенного пиримидина, винилхиназолина, винилзамещенного хиназолина или их смеси и комбинации. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения гетероциклические ароматические амины включают НАР™-310, который можно приобрести в компании Vertellus Specialties Inc.
Аминовый компонент и агрегирующие композиции, содержащие аминовый компонент и амино-фосфатный продукт реакции
1
2
1
2
1
2
[0203] Амины, подходящие для применения в качестве аминового компонента, включают, без ограничения, амин общей формулы R,RNH или его смеси или комбинации, где R и R независимо представляют собой атом водорода или карбильную группу, содержащую от примерно 1 до 40 углеродных атомов и атомы водорода, необходимые для соответствия указанной валентности, при этом по меньшей мере R или R представляет собой азотсодержащий гетероцикл, при этом один или более из углеродных атомов можно заменить на один или более гетероатомов, выбранных из группы, состоящей из бора, азота, кислорода, фосфора, серы или их смеси или комбинаций, при этом один или более из атомов водорода можно заменить на один или более одновалентных атомов, выбранных из группы, состоящей из фтора, хлора, брома, йода или их смесей или комбинаций. Типичные примеры аминов, подходящих для применения в настоящем изобретении включают, без ограничения, пиридины и алкилпиридины или смеси алкилпиридинов, пиррол и алкилпирролы или смеси алкилпирролов, пиперидин и алкилпиперидины или смеси алкилпиперидинов, пирролидин и алкилпирролидины или смеси алкилпирролидинов, индолизин и алкилиндолизины или смесь алкилиндолизинов, индол и алкилиндолы или смесь алкилиндолов, имидазол и алкилимидазол или смеси алкилимидазола, хинолин и алкилхинолин или смесь алкилхинолина, изохинолин и алкилизохинолин или смесь алкилизохинолина, пиразин и алкилпиразин или смесь алкилпиразина, хиноксалин и алкилхиноксалин или смесь алкилхиноксалина, акридин и алкилакридин или смесь алкилакридина, пиримидин и алкилпиримидин или смесь алкилпиримидина, хиназолин и алкилхиназолин или смесь алкилхиназолина или их смеси или комбинации. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения амины в аминовых компонентах содержат алкилпиридины.
Аминовые полимерные агрегирующие композиции для изменения дзета-потенциала
[0204] Полимеры, подходящие для применения в композициях согласно настоящему изобретению, включают, без ограничения, любой полимер, содержащий повторяющиеся звенья, полученные из гетероциклического или гетероциклического ароматического винилового мономера, при этом гетероатомы представляет собой атом азота или комбинацию атома азота и других гетероатомов, выбранных из группы, состоящей из бора, кислорода, фосфора, серы, германия и/или их смесей. Полимеры могут представлять собой гомополимеры циклических или ароматических азотсодержащих виниловых мономеров или сополимеры любых мономеров с этиленовыми двойными связями, которые будут образовывать сополимеры с циклическим или ароматическим азотсодержащим виниловым мономером. Типичные циклические или ароматические азотсодержащие виниловые мономеры включают, без ограничения, винилпирролы, замещенные винилпирролы, винилпиридины, замещенные винилпиридины, винилиндолизины, винилзамещенные индолизины, винилхинолины или замещенные винилхинолины, виниланилины или замещенные виниланилины, винилпиперидины или замещенные винилпиперидины, винилпирролидины или замещенные винилпирролидины, винилимидазол или замещенный винилимидазол, винилпиразин или замещенные винилпиразины, винилпиримидин или замещенный винилпиримидин, винилхиназолин или замещенный винилхиназолин или их смеси или комбинации. Типичный пиридиновый мономер включает 2-винилпиридин, 4-винилпиридин или их смеси или комбинации. Типичные гомополимеры включают поли-2-винилпиридин, поли-4-винилпиридин и их смеси или комбинации. Типичные сополимеры включают сополимеры 2-винилпиридина и 4-винилпиридина, сополимеры этилена и 2-винилпиридина и/или 4-винилпиридина, сополимеры пропилена и 2-винилпиридина и/или 4-винилпиридина, сополимеры акриловой кислоты и 2-винилпиридина и/или 4-винилпиридина, сополимеры метакриловой кислоты и 2-винилпиридина и/или 4-винилпиридина, сополимеры акрилатов и 2-винилпиридина и/или 4-винилпиридина, сополимеры метакрилатов и 2-винилпиридина и/или 4-винилпиридина и их смеси и комбинации. Все из перечисленных мономеров также могут содержать заместители. Кроме того, во всех указанных виниловых мономеров или мономеров с этиленовыми двойными связями один или более из углеродных атомов можно заменить на один или более гетероатомов, выбранных из группы, состоящей из бора, кислорода, фосфора, серы или их смеси или комбинаций, при этом один или более из атомов водорода можно заменить на один или более одновалентных атомов, выбранных из группы, состоящей из фтора, хлора, брома, йода или их смесей или комбинаций. Конечно, все из указанных мономеров содержат в структуре по меньшей мере один атом азота.
[0205] Примеры виниловых аминосодержащих полимеров включены в патент компании Weatherford US8466094.
[0206] Из формулы изобретения: поли-2-винилпиридин, поли-4-винилпиридин и их смеси или комбинации и сополимеры, выбранные из группы, состоящей из сополимеров 2-винилпиридина и 4-винилпиридина, сополимеров этилена и 2-винилпиридина и/или 4-винилпиридина, сополимеров пропилена и 2-винилпиридина и/или 4-винилпиридина, сополимеров акриловой кислоты и 2-винилпиридина и/или 4-винилпиридина, сополимеров метакриловой кислоты и 2-винилпиридина и/или 4-винилпиридина, сополимеров акрилатов и 2-винилпиридина и/или 4-винилпиридина, сополимеров метакрилатов и 2-винилпиридина и/или 4-винилпиридина и их смесей или комбинаций, и необязательно продукт реакции амина и фосфатсодержащего соединения.
[0207] Полимеры, подходящие для применения в композициях согласно настоящему изобретению, включают, без ограничения, любой полимер, содержащий повторяющиеся звенья, полученные из гетероциклического или гетероциклического ароматического винилового мономера, при этом гетероатомы представляет собой атом азота или комбинацию атома азота и других гетероатомов, выбранных из группы, состоящей из бора, кислорода, фосфора, серы, германия и/или их смесей. Полимеры могут представлять собой гомополимеры циклических или ароматических азотсодержащих виниловых мономеров или сополимеры любых мономеров с этиленовыми двойными связями, которые будут образовывать сополимеры с циклическим или ароматическим азотсодержащим виниловым мономером. Типичные циклические или ароматические азотсодержащие виниловые мономеры включают, без ограничения, винилпирролы, замещенные винилпирролы, винилпиридины, замещенные винилпиридины, винилхинолины или замещенные винилхинолины, виниланилины или замещенные виниланилины, винилпиперидины или замещенные винилпиперидины, винилпирролидины или замещенные винилпирролидины, винилимидазол или замещенный винилимидазол, винилпиразин или замещенные винилпиразины, винилпиримидин или замещенный винилпиримидин, винилхиназолин или замещенный винилхиназолин или их смеси или комбинации.
[0208] Более подробную информацию об агрегирующих композициях, применяемых в настоящем изобретении, читатель может найти в патентах США №№7392847; 7956017; 8466094; и 8871694; и в публикациях США №№20100212905 и 20130075100.
Коацерватные агрегирующие композиции
[0209] Поверхностно-активное вещество, которое противоположно заряжено относительно полимера, в настоящем документе иногда называют «противоионным поверхностно-активным веществом». Под этим термином мы понимаем поверхностно-активное вещество, имеющее заряд, противоположный заряду полимера.
[0210] Подходящие катионные полимеры включают полиамины, четвертичные производные простых эфиров целлюлозы, четвертичные производные гуара, гомополимеры и сополимеры по меньшей мере хлорида диметилдиаллил аммония в количестве 20 молярных процентов (DMDAAC), гомополимеры и сополимеры хлорида метакриламидопропилтриметил аммония (МАРТАС), гомополимеры и сополимеры хлорида акриламидопропилтриметил аммония (АРТАС), гомополимеры и сополимеры хлорида метакрилоилоксиэтилтриметил аммония (МЕТАС), гомополимеры и сополимеры хлорида акрилоилоксиэтилтриметил аммония (АЕТАС), гомополимеры и сополимеры метилсульфата метакрилоилоксиэтилтриметил аммония (METAMS) и четвертичные производные крахмала.
[0211] Подходящие анионные полимеры включают гомополимеры и сополимеры акриловой кислоты (АА), гомополимеры и сополимеры метакриловой кислоты (МАА), гомополимеры и сополимеры 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты (AMPSA), гомополимеры и сополимеры N-метакриламидопропил-N,N-диметиламиноуксусной кислоты, N-акриламидопропил-N,N-диметиламиноуксусной кислоты, N-метакрилоилоксиэтил-N,N-диметиламиноуксусной кислоты и N-акрилоилоксиэтил-N,N-диметиламиноуксусной кислоты.
[0212] Анионные поверхностно-активные вещества, подходящие для применения с катионными полимерами, включают алкил-, арил- или алкиларилсульфаты, алкил-, арил- или алкиларилкарбоксилаты или алкил-, арил- или алкиларилсульфонаты. Алкильные фрагменты предпочтительно содержат от примерно 1 до примерно 18 атомов углерода, арильные фрагменты содержат от примерно 6 до примерно 12 атомов углерода и алкиларильные фрагменты содержат от примерно 7 до примерно 30 атомов углерода. Типичными группами будут пропильные, бутильные, гексильные, децильные, додецильные, фенильные, бензильные и линейные или разветвленные алкилбензольные производные карбоксилатов, сульфатов и сульфонатов. В настоящее изобретение включены сульфаты простых алкиловых эфиров, алкарилсульфонаты, алкилсукцинаты, алкилсульфосукцинаты, N-алкоилсаркозинаты, алкилфосфаты, фосфаты простых алкиловых эфиров, карбоксилаты простых алкиловых эфиров, альфа-олефинсульфонаты и ацилметилтаураты, в частности, их натриевые, магниевые аммониевые и моно-, ди- и триэтаноламиновые соли. Алкильные и ацильные группы обычно содержат от 8 до 18 углеродных атомов и могут быть ненасыщенными. Сульфаты простых алкиловых эфиров, фосфаты простых алкиловых эфиров и карбоксилаты простых алкиловых эфиров могут содержать от одного до 10 звеньев этиленоксида или пропиленоксида на молекулу и предпочтительно содержат от 2 до 3 звеньев этиленоксида на молекулу. Примеры подходящих анионных поверхностно-активных веществ включают лаурилсульфат натрия, лаурилэфирсульфат натрия, лаурилсульфосукцинат аммония, лаурилсульфат аммония, лаурилэфирсульфат аммония, додецилбензолсульфонат натрия, додецилбензолсульфонат триэтаноламина, кокоилизетионат натрия, лауроилизетионат натрия и N-лаурилсаркозинат натрия.
-
+
1
2
3
1
2
3
1
2
3
4
[0213] Катионные поверхностно-активные вещества, подходящие для применения с анионными полимерами, включают поверхностно-активные вещества на основе четвертичного аммония формулы XNRRR, где R, R и R независимо выбирают из водорода, алифатической группы, содержащей от примерно 1 до примерно 22 углеродных атомов, или ароматической, арильной, алкокси, полиоксиалкиленовой, алкиламидо, гидроксиалкильной или алкиларильной группы, содержащей от примерно 1 до примерно 22 углеродных атомов; и X представляет собой анион, выбранный из галогена, ацетата, фосфата, нитрата, сульфата, алкилсульфатных радикалов (например, метилсульфата и этилсульфата), тозилата, лактата, цитрата и гликолята. Алифатические группы могут содержать, наряду с атомами углерода и водорода, простые эфирные связи и другие группы, такие как заместители в виде гидрокси или аминогрупп (например, алкильные группы могут содержать фрагменты полиэтиленгликоля и полипропиленгликоля). Алифатические группы с более длиной цепью, например, группы, содержащие примерно 12 атомов углерода или более, могут быть насыщенными или ненасыщенными. Более предпочтительно, R представляет собой алкильную группу, содержащую от примерно 12 до примерно 18 углеродных атомов; R выбирают из Н или алкильной группы, содержащей от примерно 1 до примерно 18 углеродных атомов; R и R независимо выбирают из Н или алкильной группы, содержащей от примерно 1 до примерно 3 углеродных атомов; и X представляет собой группу, описанную выше.
M
2M+2-N
N
[0214] Подходящими гидрофобными спиртами, содержащими от 6 до 23 углеродных атомов, являются линейные или разветвленные алкильные спирты общей формулы CH(OH), где M представляет собой число от 6 до 23, при этом N равен 1, когда M равно от 6 до 12, но если M равен от 13 до 23, N может представлять собой число от 1 до 3. Наиболее предпочтительным гидрофобным спиртом является лауриловый спирт, но любой линейный моногидрокси спирт, содержащий от 8 до 15 углеродных атомов, также является предпочтительнее спирта, содержащего больше или меньше углеродных атомов.
2
3
[0215] Под гелевым промотором мы подразумеваем бетаин, сультаин или гидроксисультаин или аминоксид. Примеры бетаинов включают высшие алкилбетаины, такие как кокодиметилкарбоксиметилбетаин, лаурилдиметилкарбоксиметилбетаин, лаурилдиметилальфакарбоксиэтилбетаин, цетилдиметил карбоксиметилбетаин, цетилдиметилбетаин, лаурил-бис-(2-гидроксиэтил)карбоксиметилбетаин, олеилдиметил-гамма-карбоксипропилбетаин, лаурил-бис-(2-гидроксипропил)альфа-карбоксиэтил бетаин, кокодиметилсульфопропилбетаин, лаурилдиметилсульфоэтилбетаин, лаурил-бис-(2-гидроксиэтил)сульфопропилбетаин, амидобетаины и амидосульфобетаины (в которых радикал RCONH(CH) прикреплен к азотному атому бетаина, олеилбетаина и кокамидопропилбетаина). Примеры сультаинов и гидроксисультаинов включают такие материалы, как кокамидопропилгидроксисультаин.
[0216] Под дзета-потенциалом, имеющим абсолютное значение по меньшей мере 20, мы подразумеваем дзета-потенциал, имеющий значение +20 или выше или -20 или ниже.
[0217] Амфотерные поверхностно-активные вещества, подходящие для применения либо с катионными полимерами, либо анионными полимерами, включают те поверхностно-активные вещества, которые широко описаны как производные алифатических вторичных и третичных аминов, в которых алифатический радикал может представлять собой прямую или разветвленную цепь, при этом один из алифатических заместителей содержит от примерно 8 до примерно 18 углеродных атомов, а другой содержит анионную солюбилизирующуюся в воде группу, такую как карбокси, сульфонат, сульфат, фосфат или фосфонат. Подходящие амфотерные поверхностно-активные вещества включают производные алифатических вторичных и третичных аминов, в которых алифатический радикал может представлять собой прямую или разветвленную цепь, при этом один из алифатических заместителей содержит от примерно 8 до примерно 18 углеродных атомов, а другой содержит анионную солюбилизирующуюся в воде группу, например, карбокси, сульфонат, сульфат, фосфат или фосфонат. Примерами соединений, попадающих под это определение, являются 3-додециламинопропионат натрия и 3-додециламинопропансульфонат натрия.
1
2
3
3
1
2
3
3
[0218] Подходящие аминоксиды включают кокоамидопропилдиметиламиноксид и другие соединения формулы RRRN→0, где R представляет собой гидрокарбил или замещенный гидрокарбил, содержащий от примерно 8 до примерно 30 углеродных атомов, и R и R независимо представляют собой водород, гидрокарбил или замещенный гидрокарбил, содержащий до 30 углеродных атомов. R предпочтительно представляет собой алифатический или замещенный алифатический гидрокарбил, содержащий по меньшей мере примерно 12 и до примерно 24 углеродных атомов. R более предпочтительно представляет собой алифатическую группу, содержащую по меньшей мере примерно 12 углеродных атомов и до примерно 22 углеродных атомов, и наиболее предпочтительно алифатическую группу, содержащую по меньшей мере примерно 18 и не более примерно 22 углеродных атомов.
2
2
2
3
3
3
2
1
1
1
2
1
2
1
2
3
1
2
3
[0219] Подходящие фосфорсодержащие соединения, подходящие для применения в настоящем изобретении, включают, без ограничения, фосфаты или эквиваленты фосфатов или их смеси или комбинации. Подходящие фосфаты включают, без ограничения, фосфаты щелочных монометаллов (РО(ОН)(ОМ), где М представляет собой Li, Na, K, Rd или Cs, фосфаты щелочных диметаллов (РО(ОН)(ОМ), где каждый М является одинаковым или разным и представляет собой Li, Na, K, Rd или Cs, такие как фосфат дикалия (PO(OH)(OK)) и фосфат динатрия (PO(OH)(ONa)), фосфаты щелочных триметаллов (РО(ОМ), где каждый М является одинаковым или разным и представляет собой Li, Na, K, Rd или Cs, такие как фосфат тринатрия (РО(ONa)) и фосфат трикалия (PO(OK)), карбилфосфаты (PO(OR)(OM), где R представляет собой карбильную группу и M представляет собой Н, Li, Na, K, Rd и/или Cs, дикарбилфосфаты (PO(OR)(OR)(OM), где R и R представляют собой одинаковые или разные карбильные группы и М представляет собой Н, Li, Na, K, Rd или Cs, трикарбилфосфаты (PO(OR)(OR)(OR), где R, R и R представляют собой одинаковые или разные карбильные группы, или их смеси или комбинации.
[0220] Подходящая карбильная группа включает, без ограничений, карбильную группу, содержащую от примерно 3 до 40 углеродных атомов, где один или более из углеродных атомов можно заменить гетероатомом, выбранным из группы, состоящей из кислорода и азота, при этом оставшиеся валентности занимают водород или одновалентная группа, такая как галоген, амид (-NHCOR), алкоксид (-OR) или т.п., где R представляет собой карбильную группу. Карбильная группа может представлять собой алкильную группу, алкенильную группу, арильную группу, алкаарильную группу, арилкильную группу или их смеси или комбинации, т.е. каждая карбильная группа в фосфате может быть одинаковой или разной. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения карбильная группа содержит от примерно 3 до примерно 20 углеродных атомов, при этом один или более из углеродных атомов можно заменить гетероатомом, выбранным из группы, состоящей из кислорода и азота, при этом оставшиеся валентности занимают водород или одновалентная группа, такая как галоген, амид (-NHCOR), алкоксид (-OR) или т.п., где R представляет собой карбильную группу. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения карбильная группа содержит от примерно 3 до примерно 16 углеродных атомов, при этом один или более из углеродных атомов можно заменить гетероатомом, выбранным из группы, состоящей из кислорода и азота, при этом оставшиеся валентности занимают водород или одновалентная группа, такая как галоген, амид (-NHCOR), алкоксид (-OR) или т.п., где R представляет собой карбильную группу. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения карбильная группа содержит от примерно 3 до примерно 12 углеродных атомов, где один или более из углеродных атомов можно заменить гетероатомом, выбранным из группы, состоящей из кислорода и азота, при этом оставшиеся валентности занимают водород или одновалентная группа, такая как галоген, амид (-NHCOR), алкоксид (-OR) или т.п., где R представляет собой карбильную группу. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения карбильная группа содержит от примерно 4 и примерно 8 углеродных атомов, при этом один или более из углеродных атомов можно заменить гетероатомом, выбранным из группы, состоящей из кислорода и азота, при этом оставшиеся валентности занимают водород или одновалентная группа, такая как галоген, амид (-NHCOR), алкоксид (-OR) или т.п., где R представляет собой карбильную группу.
[0221] Подходящие триалкилфосфаты содержат, без ограничений, алкильную группу, содержащую от примерно 3 до примерно 20 углеродных атомов, где один или более из углеродных атомов можно заменить гетероатомом, выбранным из группы, состоящей из кислорода и азота, при этом оставшиеся валентности занимают водород или одновалентная группа, такая как галоген, амид (-NHCOR), алкоксид (-OR) или т.п., где R представляет собой карбильную группу. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения триалкилфосфат содержит алкильные группы, содержащие от примерно 4 до примерно 12 углеродных атомов, при этом один или более из углеродных атомов можно заменить гетероатомом, выбранным из группы, состоящей из кислорода и азота, при этом оставшиеся валентности занимают водород или одновалентная группа, такая как галоген, амид (-NHCOR), алкоксид (-OR) или т.п., где R представляет собой карбильную группу. Согласно другим вариантам реализации изобретения триалкилфосфат содержит алкильные группы, содержащие от примерно 4 до примерно 8 углеродных атомов, при этом один или более из углеродных атомов можно заменить гетероатомом, выбранным из группы, состоящей из кислорода и азота, при этом оставшиеся валентности занимают водород или одновалентная группа, такая как галоген, амид (-NHCOR), алкоксид (-OR) или т.п., где R представляет собой карбильную группу. Такие фосфаты можно получить посредством взаимодействия фосфатного донора, такого как пентоксид фосфора, и смеси спиртов в требуемых пропорциях.
Агрегационные стабилизаторы и/или упрочнители покрытий
[0222] Подходящие агрегационные стабилизаторы и/или упрочнители покрытий включают, без ограничения, неорганические сшивающие агенты, органические сшивающие агенты и их смеси или комбинации.
[0223] Подходящие неорганические сшивающие агенты включают, без ограничения, соединения металлов, способные образовывать сеть комплексов металлов внутри покрытия, что приводит к стабилизации, укреплению и/или упрочнению покрытия. Соединения металлов выбирают из группы, состоящей из соединений металлов 2-17 групп периодической системы. Соединения металлов 2 группы включают соединения Be, Mg, Ca, Sr и Ba. Соединения металлов 3 группы включают соединения Sc, Y, La и Ас. Соединения металлов 4 группы включают соединения Ti, Zr, Hf, Ce и Th. Соединения металлов 5 группы включают соединения V, Nb, Та и Pr. Соединения металлов 6 группы включают соединения Cr, Mo, W, Nd и U. Соединения металлов 7 группы включают соединения Mn, Tc, Re и Pm. Соединения металлов 8 группы включают соединения Fe, Ru, Os и Sm. Соединения металлов 9 группы включают соединения Co, Rh, Ir и Eu. Соединения металлов 10 группы включают соединения Ni, Pd, Pt и Gd. Соединения металлов 11 группы включают соединения Cu, Ag, Au и Tb. Соединения металлов 12 группы включают соединения Zn, Cd, Hg и Dy. Соединения металлов 13 группы включают соединения Al, Ga, In, Tl и Но. Соединения металлов 14 группы включают соединения Si, Ge, Sn, Pb и Er. Соединения металлов 15 группы включают соединения As, Sb, Bi и Tm. Соединения металлов 16 группы включают соединения Yb. Соединения металлов 17 группы включают соединения Lu. Альтернативно, соединения металлов включают соединения щелочноземельных металлов, соединения легких металлов, соединения переходных металлов, соединения лантанидов, соединения актинидов и их смеси или комбинации. Соединения металлов могут быть форме галогенидов, карбонатов, оксидов, сульфатов, сульфитов, фосфатов, фосфитов, нитратов, нитритов, карбоксилатов (формиатов, ацетатов, пропионатов, бутионатов, цитратов, оксалатов или высших карбоксилатов).
[0224] Подходящие органические сшивающие агенты включают, без ограничения, диглицидиловые эфиры, триглицидиловые эфиры, карбилдигалогениды, бисфенол А, диизоцианаты, триизоцианаты, диацилациды, цианурхлорид, дикислоты, поликислоты, имидилированные ди- и поликарбоновые кислоты, ангидриды, карбонаты, диэпоксиды, диальдегиды, диизотиоцианты, дивинилсульфоны, такие как другие подобные органические сшивающие агенты и их смеси или комбинации.
[0225] Подходящие повышающие клейкость соединения и способ повышения клейкости описаны в US 5853048; 7258170 В2 и US 2005/0277554 A1. Повышающие клейкость композиции или связующие агенты включают полимеры полиакрилатного сложного эфира, полиамид, фенольные и эпоксидные соединения. Соединения, повышающие клейкость, можно получить посредством реакции поликислоты с многовалентным ионом, таким как кальций, алюминий, железо или т.п. Подобным образом, различные полиорганофосфаты, полифосфонат, полисульфат, поликарбоксилаты или полисиликаты могут взаимодействовать с многовалентным ионом с получением повышающего клейкость соединения. Согласно определенному варианту реализации изобретения повышающий клейкость агент представляет собой продукт реакции конденсации поликислот и полиаминов. Примерами поликислот являются С36 двухосновные кислоты, тримерные кислоты, синтетические кислоты, полученные из жирных кислот, малеинового ангидрида и акриловых кислот. Полиамины могут включать этилендиамин, диэтилентриамин, триэтилентетрамин, тетраэтиленпентамин, N-(2-аминоэтил)пиперазин и т.п.
Твердые материалы и расклинивающие агенты
[0226] Подходящие твердые материалы и/или расклинивающие агенты, способные подвергаться предварительной обработке или обработке с помощью агрегирующих композиций согласно настоящему изобретению, включают, без ограничения, оксиды металлов и/или керамические материалы, природные или синтетические, металлы, пластмассы и/или другие полимерные твердые материалы, твердые материалы растительного происхождения, любой другой твердый материал, который нашел или может найти применение в скважинах, их обработанные аналоги, при этом твердые материалы и/или расклинивающие агенты обрабатывают с помощью агрегирующих композиций согласно настоящему изобретению или их смесей или комбинаций. Оксиды металлов включают любой твердый оксид металлического элемента периодической таблицы элементов. Типичные примеры оксидов металлов и керамических материалов включают оксиды актиния, оксиды алюминия, оксиды сурьмы, оксиды бора, оксиды бария, оксиды висмута, оксиды кальция, оксиды церия, оксиды кобальта, оксиды хрома, оксиды цезия, оксиды меди, оксиды диспрозия, оксиды эрбия, оксиды европия, оксиды галлия, оксиды германия, оксиды иридия, оксиды железа, оксиды лантана, оксиды лития, оксиды магния, оксиды марганца, оксиды молибдена, оксиды ниобия, оксиды неодима, оксиды никеля, оксиды осмия, оксиды палладия, оксиды калия, оксиды прометия, оксиды празеодима, оксиды платины, оксиды рубидия, оксиды рения, оксиды родия, оксиды рутения, оксиды скандия, оксиды селена, оксиды кремния, оксиды самария, оксиды серебра, оксиды натрия, оксиды стронция, оксиды тантала, оксиды тербия, оксиды теллура, оксиды тория, оксиды олова, оксиды титана, оксиды таллия, оксиды тулия, оксиды ванадия, оксиды вольфрама, оксиды иттрия, оксиды иттербия, оксиды цинка, оксиды циркония, керамические структуры, полученные из одного или более из указанных оксидов и смешанных оксидов металлов, в том числе из двух или более из перечисленных выше оксидов металлов. Типичные примеры растительных материалов включают, без ограничения, скорлупу семенных растений, такие как скорлупа грецкого ореха, скорлупа ореха пекан, скорлупа арахиса, скорлупа других растений с семенами с твердой скорлупой, измельченные древесные или другие волокнистые целлюлозные материалы или их смеси или комбинации.
3
[0227] Примеры подходящих расклинивающих агентов включают, но не ограничиваются ими, кварцевые песчинки, стеклянные и керамические шарики, части скорлупы грецких орехов, алюминиевые гранулы, нейлоновые гранулы и т.п. Расклинивающие агенты обычно используют в концентрациях от примерно 1 до 8 фунтов на галлон (от 119,8 до 958,6 кг/м) жидкости для гидроразрыва, хотя, при необходимости, можно также использовать более высокие или более низкие концентрации.
[0228] Песок, песок со смоляным покрытием и керамические частицы представляют собой наиболее часто используемые расклинивающие агенты, хотя в литературе, например, в патенте США 4654266, включенном в настоящий документ посредством ссылки, также упоминается применение частей скорлупы грецкого ореха, покрытых несколькими связующими добавками, металлическая дробь или шарики с металлическим покрытием - почти сферические, но содержащие проходы для улучшения их проводимости.
[0229] Проводимость расклинивающих агентов зависит, главным образом, от двух параметров, ширины барьера из расклинивающего агента и проницаемости барьера из расклинивающего агента. Для улучшения проводимости трещин при применении расклинивающих агентов типичные подходы включают применение расклинивающих агентов с большим диаметром. В общем, наиболее распространенные подходы для улучшения эксплуатационных характеристик трещин при использовании расклинивающих агентов включают применение высокопрочных расклинивающих агентов, расклинивающих агентов с большим диаметром, высоких концентраций расклинивающего агента в барьере из расклинивающего агента для обеспечения более широких расклиненных трещин, применение материалов, увеличивающих проводимость, таких как разжижители, средства для предотвращения обратного потока, волокна и другой материал, которые физически изменяют набивку из расклинивающего агента, при этом в указанных подходах используют не вызывающие повреждение жидкости для гидроразрыва, такие как загущенные нефти, жидкости на основе вязкоупругих поверхностно-активных веществ, вспененные жидкости или эмульгированные жидкости. Кроме того, следует понимать, что на проводимость трещины оказывает влияние размер зерна, распределение зерен по размерам, количество мелкозернистых частиц и примесей, закругленность и сферичность и плотность расклинивающего агента.
[0230] Как упомянуто выше, основная функция расклинивающего агента состоит в поддержании трещины раскрытой за счет преодоления напряжения в пласте. Если прочность расклинивающего агента не является достаточно высокой, напряжение смыкания трещины раздавливает расклинивающий агент, что приводит к получению мелкозернистых частиц и уменьшению проводимости. Песок обычно подходит при напряжениях смыкания трещины, составляющих менее примерно 6000 psi (41 МПа), песок, покрытый смолой, можно использовать при напряжениях до примерно 8000 psi (55 МПа). Расклинивающий агент с промежуточной прочностью обычно состоит из плавленого керамического материала или спеченного боксита и используется при напряжениях смыкания трещины в диапазоне от 5000 psi до 10000 psi (от 34 МПа до 69 МПа). Высокопрочный расклинивающий агент, состоящий из спеченного боксита с большими количествами корунда, используют при напряжениях смыкания трещины до примерно 14000 psi (96 МПа).
[0231] Проницаемость расклиненной трещины увеличивается как квадрат диаметра зерна. Однако более крупные зерна часто больше поддаются раздавливанию, имеют больше проблем с размещением и, как правило, более легко вытесняются мелкозернистыми частицами. В результате при применении более мелких расклинивающих агентов средняя проводимость в течение срока службы скважины может быть фактически выше.
[0232] Следует понимать, что расклинивающий агент сам по себе может иметь любую форму, в том числе, неправильные формы, по существу сферические формы, удлиненные формы и т.п. Добавление в жидкости волокон или волокнообразных продуктов может способствовать уменьшению выноса расклинивающего агента и, соответственно, лучшей набивке островков расклинивающего агента в трещине, так как волокна будут прилипать к островкам, поскольку островки содержат определенное количество расклинивающих агентов покрытых с помощью агрегирующей композиции согласно настоящему изобретению или обработанных с помощью агрегирующей композиции и композиции для сшивания покрытий. Кроме того, волокна могут предотвращать или уменьшать миграцию мелкодисперсных частиц и соответственно, предотвращать или уменьшать снижение проводимости расклинивающего агента за счет формирования новых типов островков расклинивающего агента, что приведет к более высокой проводимости пласта.
Волокна и органические зернистые материалы
Не подверженные эрозии волокна

[0233] Подходящие нерастворимые или не подверженные эрозии волокна включают, без ограничения, природные волокна, синтетические волокна или их смеси и комбинации. Типичные примеры природных волокон включают, без ограничения, манильскую пеньку, целлюлозу, шерсть, такую как шерсть альпаки, кашмирскую шерсть, мохер или ангорскую шерсть, верблюжью шерсть, кокосовые волокна, хлопок, лен, паклю, джут, рами, шелк, сизаль, волокна виссон, волокна chiengora, шерсть овцебыков, шерсть яков, кроличий пух, капок, кенаф, рафию, бамбук, пайну, асбестовые волокна, стекловолокно, целлюлозные волокна, волокна древесной массы, их обработанные аналоги или их смеси и комбинации. Типичные примеры синтетических волокон включают, без ограничения, регенерированные целлюлозные волокна, ацетилцеллюлозные волокна, полиэфирные волокна, арамидные волокна, акриловые волокна, волоконно-оптические волокна, полиамидные и полиэфирные волокна, полиэтиленовые волокна, полипропиленовые волокна, акриловые волокна, арамидные волокна, шелковые волокна, волокна эзлон, волокна BAN-LON (БАН-ЛОН) (зарегистрированная торговая марка компании Joseph Bancroft & Sons Company), базальтовое волокно, углеродное волокно, волокно CELLIANT (ЦЕЛЛИАНТ) (зарегистрированная торговая марка компании Hologenix, LLC), ацетилцеллюлозное волокно, триацетилцеллюлозные волокна, волокна Cordura (Кордура) (зарегистрированная торговая марка компании INVISTA, дочерняя компания, которой владеет компания Koch Industries, Inc.), кримпленовые (полиэфирные) волокна, волокна cuben, медно-аммиачные волокна, волокна дайнел, волокна elasterell, волокна elastolefin, стекловолокна, волокна GOLD FLEX (ГОЛД ФЛЕКС) (зарегистрированная торговая марка компании Honeywell), волокна INNEGRA S™ (фирменное название компании Innegra Technologies LLC), арамидные волокна, такие как волокна Kevlar (Кевлар) (зарегистрированная торговая марка компании DuPont), волокна KEVLAR (Кевлар) КМ2 (зарегистрированная торговая марка компании DuPont), волокна LASTOL (ЛАСТОЛ) (зарегистрированная торговая марка компании DOW Chemicals Company), волокна лиоцелл, волокна М5, модакриловые волокна, модифицированные вискозные волокна, волокна NOMEX (НОМЕКС) (зарегистрированная торговая марка компании DuPont), нейлоновые волокна, такие как волокна из нейлона 4, волокна из нейлона 6, волокна из нейлона 6-6, полиолефиновые волокна, поли(n-фениленсульфидные) волокна, полиакрилонитрильные, волокна, полибензимидозольные волокна, полидиоксаноновые волокна, полиэфирные волокна, волокна qiana, вискозные волокна, поливинилиденхлоридные волокна, такие как волокна саран, поли(триметилентерефталатные) волокна, такие как волокна Sorona, спандексовые или эластановые волокна, таклоновые волокна, волокна Technora, волокна Thinsulate (Тинсулат) (зарегистрированная торговая марка компании 3М), волокна Twaron™ (фирменное название компании Teijin Aramid), ультравысокомолекулярные полиэтиленовые волокна, синдиотактические полипропиленовые волокна, изотактические полипропиленовые волокна, поливинилспиртовые волокна, волокна из ксантогената целлюлозы, поли(n-фенилен-2,6-бензобисоксазоловые) волокна, полиимидные волокна, другие синтетические волокна или их смеси и комбинации. Перечисленные волокна могут дополнительно или альтернативно формировать трехмерную сеть, что приводит к усилению расклинивающего агента и ограничению его выноса.
Не подверженные эрозии частицы и волокна

[0234] Подходящие твердые органические полимерные зернистые материалы включают, без ограничения, полимерные твердые частицы, полученные из целлюлозы, акриловой кислоты, арамидов, акрилонитрила, полиамидов, винилидена, олефинов, диолефинов, сложного полиэфира, полиуретана, винилового спирта и винилхлорида. Предпочтительные композиции, с учетом требуемой реакционной способности и/или характеристик разложения, можно выбрать из вискозы, ацетата, триацетата, хлопка, шерсти (целлюлозная группа); нейлона, акрилового материала, модакрилового материала, нитрила, сложного полиэфира, сарана, спандексового материала, виниона, олефина, винила (группа синтетических полимеров); эзлона, резины (группа белка и резины) и их смесей. Наиболее предпочтительными являются полиэфирные и полиамидные частицы с достаточной молекулярной массой, такие как Dacron (Дакрон) и нейлон, соответственно, и их смеси. Кроме того, можно использовать сложные частицы, содержащие природные и/или синтетические материалы с подходящими характеристиками. Например, подходящая сложная частица может содержать структуру из внутренней части и оболочки, при этом материал оболочки и материал внутренней части разлагаются в течение различных требуемых периодов времени. Соединения или композиции, применяемые в качестве органического полимерного материала согласно настоящему изобретению, не обязательно должны быть чистыми, и можно использовать коммерчески доступные материалы, содержащие различные добавки, агенты и т.п. или имеющие покрытия, при условии, что такие компоненты не препятствуют требуемой активности. Уровень органического полимерного зернистого материала, т.е. концентрация, изначально обеспечиваемая в жидкости, может составлять от 0,02 процента до примерно 10 процентов по массе жидкости. Однако наиболее предпочтительно, если концентрация составляет от примерно 0,02 процента до примерно 5,0 процентов по массе жидкости.
3
[0235] Размер и форма частиц, хотя и являются важными параметрами, могут значительно варьировать в зависимости от времени и особенностей транспортировки. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения при применении частиц неправильной формы или сферических частиц органического полимера размер частиц может составлять от 80 меш до 2,5 меш (Tyler), предпочтительно от 60 меш до 3 меш. Волокна и/или пластинки из указанных полимерных материалов являются предпочтительными из-за их подвижности и способности облегчать перемещение. В случае волокон органического полимера волокна, применяемые согласно настоящему изобретению, также могут иметь широкий диапазон размеров и свойств. В настоящем документе термин «волокна» относится к телам или массам, таким как нити, выполненным из природного или синтетического материала(ов), у которых один размер значительно длиннее, чем два других, по меньшей мере похожих по размеру, и дополнительно включает смеси таких материалов, имеющих разные размеры и относящихся к разным типам. Согласно другим вариантам реализации изобретения длины отдельных волокон могут составлять выше примерно 1 миллиметра. Практические ограничения в отношении погрузочно-разгрузочного, смесительного и насосного оборудования, применяемого в стволе скважины, ограничивают в настоящее время используемую на практике длину волокон значением до примерно 100 миллиметров. Соответственно, согласно другим вариантам реализации изобретения длина волокна будет составлять от примерно 1 мм до примерно 100 м или т.п. Согласно другим вариантам реализации изобретения длина будет составлять от по меньшей мере примерно 2 мм до примерно 30 мм. Подобным образом, диаметр волокна будет предпочтительно составлять более примерно 5 микрон. Согласно другим вариантам реализации изобретения диаметр будет составлять от примерно 5 микрон до примерно 40 микрон. Согласно другим вариантам реализации изобретения диаметр будет составлять от примерно 8 микрон до примерно 20 микрон в зависимости от модуля волокон, как в настоящем документе более подробно описано ниже. Предпочтительным является соотношение длины к диаметру (при предположении, что сечение волокна имеет круглую форму), превышающее 50. Однако волокна могут иметь различные формы, начиная от простой круглой или овальной формы поперечного сечения до более сложных форм, таких как трехдольчатая форма, форма восьмерки, звездообразная форма, прямоугольная форма поперечного сечения или т.п. В общем, будет предпочтительно использовать прямые волокна с круглыми или овальными поперечными сечениями. Можно использовать изогнутые, закрученные, разветвленные, спиралевидные, полые, фибриллированные и другие трехмерные геометрии волокон. Кроме того, волокна могут быть закреплены с одного или более концов. Плотности волокон и пластинок не являются критическими параметрами и будут предпочтительно составлять от 1 до 4 г/см или более.
[0236] Специалисты в данной области техники поймут, что разделительная линия между тем, что представляют собой «пластинки» с одной стороны и «волокна» с другой стороны обычно является произвольной, при этом пластинки фактически отличаются от волокон наличием двух соизмеримых размеров, каждый из которых значительно больше третьего размера, волокна, как указано, в общем имеют один размер, значительно больший других двух размеров, которые являются похожими. В настоящем документе, термины «пластинка» или «пластинки» используют в их обычном смысле, что предполагает плоскостность или протяженность в двух конкретных измерениях, а не в одном измерении и, как понятно, включают смеси обоих различных типов и размеров. В общем, можно использовать стружки, диски, пластины, пленки и полоски полимерного материала(ов). Как правило, под термином «соотношение геометрических размеров» понимают отношение одного размера, в частности, размера поверхности, к другому размеру. В настоящем документе такое выражение используют, чтобы указать отношение диаметра поверхности самой большой стороны сегмента материала, при этом считают или предполагают, что поверхность такого сегмента является круглой, к толщине указанного материала (в среднем). Соответственно, среднее соотношение геометрических размеров пластинок, применяемых в изобретении, будет составлять от примерно 10 до примерно 10000. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения среднее соотношение геометрических размеров составляет от 100 до 1000. Согласно другим вариантам реализации изобретения размер самой короткой части пластинки будет составлять больше 5 микрон, размеры пластинки, которые можно использовать в настоящем изобретении, составляют, например, 6 мм × 2 мм × 15 мм.
[0237] Согласно особенно предпочтительному аспекту изобретения размером органических полимерных твердых частиц можно управлять или его можно регулировать для ускорения или замедления реакции или разложения загущенной суспензии в трещине. Таким образом, например, из общего содержания твердых частиц 20 процентов могут составлять более крупные частицы, например, больше 100 микрон, и 80 процентов более мелкие частицы, скажем, 80 процентов составляют частицы меньше 20 микрон. Такое смешивание в загущенной суспензии может обеспечить, с учетом площади поверхности, разное время завершения реакции или разложения твердых частиц и, следовательно, разное время завершения разложения или разрушения геля по сравнению со временем, которое обеспечивают при применении другого распределения частиц по размерам.
[0238] Применяемые в настоящем изобретении суспензии жидкостей, содержащие твердые частицы, например, волокна или волокна и/или пластинки, можно получить любым подходящим способом или в любой последовательности или порядке. Таким образом, суспензию можно получить путем смешивания в любом порядке на поверхности и путем добавления в жидкость или суспензию компонентов в подходящих пропорциях при обработке во время закачки. Суспензии также можно смешивать за пределами площадки. В случае некоторых материалов, которые трудно поддаются диспергированию, волокна следует «увлажнить» с помощью подходящей жидкости, такой как вода или скважинный флюид, перед или во время смешивания с жидкостью для гидроразрыва, что обеспечит лучшую подачу волокон. Эффективные способы смешивания следует использовать, чтобы избежать «комкования» твердых частиц.
Подверженные эрозии частицы и волокна
[0239] Подходящие растворимые, способные к разложению или подверженные эрозии расклинивающие агенты включают, без ограничения, водорастворимые твердые вещества, растворимые в углеводородах твердые вещества или их смеси и комбинации. Типичные примеры водорастворимых твердых веществ и растворимых в углеводородах твердых веществ включают, без ограничения, соль, карбонат кальция, воск, растворимые смолы, полимеры или их смеси и комбинации. Типичные соли включают, без ограничения, карбонат кальция, бензойную кислоту, материалы, на основе нафталина, оксид магния, бикарбонат натрия, хлорид натрия, хлорид калия, хлорид кальция, сульфат аммония или их смеси и комбинации. Типичные полимеры включают, без ограничения, полимолочную кислоту (PLA), полигликолевую кислоту (PGA), сополимер молочной кислоты/гликолевой кислоты (PLGA), полисахариды, крахмалы или их смеси и комбинации. В настоящем документе термин «полимеры» включают как гомополимеры, так и сополимеры указанного мономера с одним или более сомономерами, в том числе привитыми сополимерами, блоксополимерами и статистическими сополимерами. Полимеры могут быть линейными, разветвленными, звездообразными, сшитыми, дериватизированными и т.д., при необходимости. Для облегчения отделения от расклинивающего агента растворимые или подверженные эрозии расклинивающие агенты можно выбрать таким образом, чтобы они имели размер и форму, похожие или непохожие на размер и форму частиц расклинивающего агента, при необходимости. Формы растворимых, способных к разложению или подверженных эрозии частиц расклинивающего агента могут включать, например, сферы, стержни, пластинки, ленты и т.п. и их комбинации. В некоторых вариантах применения можно использовать пучки растворимых, способных к разложению или подверженных эрозии волокон или волокнистых или деформируемых материалов.
[0240] Растворимые, способные к разложению или подверженные эрозии расклинивающие агенты, например, волокна, выполненные из полимолочной кислоты (PLA), полигликолевой кислоты (PGA), поливинилового спирта (PVOH) и других соединений, могут разлагаться в водной жидкости для гидроразрыва или в скважинном флюиде. Растворимые, способные к разложению или подверженные эрозии волокна можно выполнить из материала или покрыть материалом, который становится клейким при температурах подземного пласта. Растворимые, способные к разложению или подверженные эрозии волокна, применяемые согласно одному из вариантов реализации изобретения, могут иметь длину до 2 мм при диаметре от 10 до 200 микрон в соответствии с главным условием, что соотношение между любыми двумя из трех размеров составляет больше 5:1. Согласно другому варианту реализации изобретения длина растворимых, способных к разложению или подверженных эрозии волокон может составлять более 1 мм, например, от 1 до 30 мм, от 2 до 25 мм или от 3 до 18 мм, например, примерно 6 мм; при этом их диаметр может составлять от 5 до 100 микрон и/или от примерно 0,1 до 20 денье, предпочтительно примерно от 0,15 до 6 денье. Такие растворимые, способные к разложению или подверженные эрозии волокна необходимы для улучшения способности жидкости для обработки приствольной зоны к переносу расклинивающих агентов при пониженных уровнях полимеров, повышающих вязкость жидкости, или поверхностно-активных веществ. Поперечные сечения растворимых, способных к разложению или подверженных эрозии волокон не обязательно должны быть круглыми, и волокна не обязательно должны быть прямыми. При применении фибриллированных растворимых, способных к разложению или подверженных эрозии волокон диаметры отдельных фибрилл могут быть гораздо меньше, чем приведенные выше диаметры волокон.
Другие компоненты жидкости для гидроразрыва
[0241] Жидкость для гидроразрыва также может содержать соединения сложных эфиров, такие как сложные эфиры поликарбоновых кислот. Например, соединение сложного эфира может представлять собой сложный эфир оксалата, цитрата или этилендиаминтетраацетата. Кроме того, соединение сложного эфира, содержащее гидроксильные группы, можно ацетилировать. Примером этого является то, что лимонную кислоту можно ацетилировать с образованием ацетилтриэтилцитрата. В настоящее время предпочтительным сложным эфиром является ацетилтриэтилцитрат.
Газы
[0242] Газы, подходящие для вспенивания вспениваемой ионносвязанной гелевой композиции, включают, без ограничения, азот, диоксид углерода или любой другой газ, подходящий для применения при гидроразрыве пласта, или их смеси или комбинации.
Ингибиторы коррозии
[0243] Ингибитор коррозии, подходящий для применения в настоящем изобретении, включает, без ограничения: четвертичные соли аммония, например, хлорид, бромиды, йодиды, диметилсульфаты, диэтилсульфаты, нитраты, бикарбонаты, карбонаты, гидроксиды, алкоксиды или т.п. или их смеси или комбинации; соли азотистых оснований; или их смеси или комбинации. Типичные четвертичные соли аммония включают, без ограничения, четвертичные соли аммония, полученные из амина и агента, превращающего третичный амин в соединение четвертичного аммония, например, алкилхлориды, алкилбромид, алкилйодиды, алкилсульфаты, такие как диметилсульфат, диэтилсульфат и т.п., двугалоидзамещенные алканы, такие как дихлорэтановый, дихлорпропановый, дихлорэтиловый эфир, эпихлоргидриновые аддукты спиртов, этоксилаты или т.п.; или их смеси или комбинации, и аминсодержащий агент, например, алкилпиридины, в частности, сильно алкилированные алкилпиридины, алкилхинолины, C6-C24 синтетические третичные амины, амины, полученные из природных продуктов, таких как кокосовые орехи или т.п., диалкилзамещенные метиламины, амины, полученные в результате реакции жирных кислот или масел и полиаминов, амидоимидазолины DETA (диэтилентриамина) и жирных кислот, имидазолины этилендиамина, имидазолины диаминоциклогексана, имидазолины аминоэтилэтилендиамина, пиримидин пропандиамина и алкилированного пропендиамина, оксиалкилированные моно- и полиамины, подходящие для превращения всех подвижных атомов водорода в аминах в кислородсодержащие группы, или т.п.или их смеси или комбинации. Типичные примеры солей азотистых оснований, включают, без ограничения, соли азотистых оснований, полученные из соли, например: C1-C8 монокарбоновых кислот, таких как муравьиная кислота, уксусная кислота, пропионовая кислота, бутановая кислота, пентановая кислота, гексановая кислота, гептановая кислота, октановая кислота, 2-этил-гексановая кислота или т.п.; C2-C12 дикарбоновых кислот, C2-C12 ненасыщенных карбоновых кислот и ангидридов или т.п.; поликислот, таких как дигликолевая кислота, аспарагиновая кислота, лимонная кислота или т.п.; гидроксикислот, таких как молочная кислота, итаконовая кислота или т.п.; ариловых и гидроксиариловых кислот; природных или синтетических аминокислот; тиокислот, таких как тиогликолевая кислота (TGA); свободнокисортных форм производных фосфорной кислоты и гликоля, этоксилатов, этоксилированного амина или т.п. и аминосульфоновых кислот; или их смесей или комбинаций, и амина, например: высокомолекулярных аминов жирных кислот, таких как кокоамин, таловые амины или т.п.; оксиалкилированных аминов жирных кислот; высокомолекулярных полиаминов жирных кислот (ди, три, тетра или более высоких); оксиалкилированных полиаминов жирных кислот; аминоамиды, такие как продукты реакции карбоновой кислоты с полиаминами, при этом эквиваленты карбоновой кислоты меньше эквивалентов реакционноспособных аминов и их оксиалкилированных производных; пиримидины жирных кислот; моноимидазолины EDA (этилендиамина), DETA или высших этиленаминов, гексаметилендиамина (HMDA), тетраметилендиамина (TMDA) и их высших аналогов; бисимидазолины, имидазолины моно- и полиорганических кислот; оксазолины, полученные из моноэтаноламина и жирных кислот или масел, амины эфиров жирных кислот, моно- и бис-амиды аминоэтилпиперазина; соли GAA (гуанидиноуксусной кислоты) и TGA (тиогликолевой кислоты) и продуктов реакции сырого таллового масла или дистиллированного таллового масла с диэтилентриамином; соли GAA и TGA и продуктов реакции димерных кислот со смесями полиаминов, такие как TMDA, HMDA и 1,2-диаминоциклогексан; TGA соль имидазолина, полученная из DETA с помощью жирных кислот таллового масла или соевого масла, масла канолы или т.п.; или их смеси или комбинации.
Другие добавки к жидкости для гидроразрыва
[0244] Жидкости для гидроразрыва согласно настоящему изобретению могут также содержать другие добавки, такие как модификаторы pH, ингибиторы отложений, добавки для регулирования содержания диоксида углерода, добавки для регулирования содержания парафинов, добавки для регулирования содержания кислорода, ингибиторы соли или другие добавки.
Модификаторы pH
2
2
2
2
3
3
2
3
3
2
[0245]Модификаторы pH, подходящие для применения в настоящем изобретении, включают, без ограничения, гидроксиды щелочных металлов, карбонаты щелочных металлов, бикарбонаты щелочных металлов, гидроксиды щелочноземельных металлов, карбонаты щелочноземельных металлов, бикарбонаты щелочноземельных металлов, карбонаты редкоземельных металлов, бикарбонаты редкоземельных металлов, гидроксиды редкоземельных металлов, амины, гидроксиламины (NHOH), алкилированные гидроксиламины (NHOR, где R представляет собой карбильную группу, содержащую 1 до примерно 30 углеродных атомов или гетероатомов - О или N) и их смеси или комбинации. Предпочтительные модификаторы pH включают NaOH, KOH, Са(ОН), СаО, NaCO, KHCO, KCO, NaHCO, MgO, Mg(OH) и их смеси или комбинации. Предпочтительные амины включают триэтиламин, трипропиламин, другие триалкиламины, бис-гидроксилэтилэтилендиамин (DGA), бис-гидроксиэтилдиамин 1,2-диметилциклогексан или т.п. или их смеси или комбинации.
Контроль за образованием отложений
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
3
2
5
[0246] Подходящие добавки для контроля за образованием отложений, применимые в композициях согласно настоящему изобретению, включают, без ограничения: хелатообразующие агенты, например, Na, K или NH соли EDTA (этилендиаминтетрауксусной кислоты); Na, K или NH соли NTA (нитрилотриуксусной кислоты); Na, K или NH соли эриторбиновой кислоты; Na, K или NH соли тиогликолевой кислоты (TGA); Na, K или NH соли гидроксиуксусной кислоты; Na, Kили NH соли лимонной кислоты; Na, K или NH соли винной кислоты или другие подобные соли или их смеси или комбинации. Подходящие добавки, влияющие на пороговые эффекты, комплексообразователи, включают, без ограничения: фосфаты, например, гексаметилфосфат натрия, линейные фосфатные соли, соли полифосфорной кислоты, фосфонаты, например, неионные соединения, такие как HEDP (гидроксиэтилиден пирофосфорная кислота), РВТС (фосфоизобутан, трикарбоновая кислота), аминофосфонаты: МЕА (моноэтаноламина), NH, EDA (этилендиамина), бисгидроксиэтилендиамина, бисаминоэтилового эфира, DETA (диэтилентриамина), HMDA (гексаметилендиамина), гипер гомологи и изомеры HMDA, полиамины EDA и DETA, дигликоламин и гомологи или аналогичные полиамины или их смеси или комбинации; фосфатные эфиры, например, эфиры полифосфорной кислоты или пентоксид фосфора (PO) сложные эфиры: алканол аминов, таких как МЕА, DEA, триэтаноламин (TEA), бисгидроксиэтилэтилендиамин; этоксилированные спирты, глицерин, гликоли, такие как EG (этиленгликоль), пропиленгликоль, бутиленгликоль, гексиленгликоль, триметилолпропан, пентаэритрит, неопентилгликоль или т.п.; трис & тетра-гидроксиамины; этоксилированные алкилфенолы (ограниченное применение вследствие проблем с токсичностью), этоксилированные амины, такие как моноамины, такие как MDEA, и высшие амины, содержащие от 2 до 24 атомов углерода, диамины, содержащие от 2 до 24 атомов углерода или т.п.; полимеры, например, гомополимеры аспарагиновой кислоты, растворимые гомополимеры акриловой кислоты, сополимеры акриловой кислоты и метакриловой кислоты, терполимеры ацилатов, AMPS и т.п., гидролизованные полиакриламиды, ангидрид яблочной поликислоты (РМА); или т.п.; или их смеси или комбинации.
Нейтрализация диоксида углерода
2
[0247] Подходящие добавки для нейтрализации CO и для применения в композициях согласно настоящему изобретению включают, без ограничения, МЕА, DEA, изопропиламин, циклогексиламин, морфолин, диамины, диметиламинопропиламин (DMAPA), этилендиамин, метоксипропиламин (МОРА), диметилэтаноламин, метилдиэтаноламин (MDEA) & олигомеры, имидазолины EDA и гомологи и высшие аддукты, имидазолины аминоэтилэтаноламина (АЕЕА), аминоэтилпиперазин, аминоэтилэтаноламин, диизопропаноламин, DOW АМР-90™, Angus АМР-95, диалкиламины (метиловые, этиловые, изопропиловые), моноалкиламины (метиловые, этиловые, изопропиловые), триалкиламины (метиловые, этиловые, изопропиловые), бисгидроксиэтилэтилендиамин (THEED) или т.п. или их смеси или комбинации.
Регулирование содержания парафинов
10
24
[0248] Добавки, подходящие для удаления парафинов, диспергирования парафинов и/или распределения кристаллов парафинов, включают, без ограничения: целлозольвы, которые можно приобрести в компании DOW Chemicals Company; ацетаты целлозольва; кетоны; ацетатные и формиатные соли и сложные эфиры; поверхностно-активные вещества, состоящие из этоксилированных или пропоксилированных спиртов, алкилфенолов и/или аминов; метиловые сложные эфиры, такие как эфир жирной кислоты кокосового масла, лаурат, эфир жирной кислоты соевого масла или другие природные метиловые эфиры жирных кислот; сульфированные метиловые сложные эфиры, такие как сульфированный эфир жирной кислоты кокосового масла, сульфированный лаурат, сульфированный эфир жирной кислоты соевого масла или другие сульфированные природные метиловые сложные эфиры жирных кислот; хлориды низкомолекулярного четвертичного аммония и кокосовых масел и соевых масел или C-C амины или моногалогенированные алкил- и арилхлориды; четвертичные соли аммония, состоящие из двухзамещенных (например, дикоко и т.п.) и низкомолекулярных галогенированных алкил- и/или арилхлоридов; димерные четвертичные соли диалкил- (метил-, этил-, пропил-, смешанных и т.п.) третичных аминов и двугалоидзамещенных этанов, пропанов и т.п. или двугалоидзамещенных простых эфиров, таких как дихлорэтиловый эфир (DCEE) или т.п.; димерные четвертичные соли алкиламинов или амидопропиламинов, таких как кокоамидопропилдиметил, соли бис-четвертичного аммония и DCEE; или их смеси или комбинации. Подходящие спирты, применяемые при получении поверхностно-активных веществ, включают, без ограничения, линейные или разветвленные спирты, в частности, смеси спиртов, взаимодействующих с этиленоксидом, пропиленоксидом или высшим алкиленоксидом, при этом полученные поверхностно-активные вещества характеризуются гидрофильно-липофильным балансом в определенном диапазоне. Подходящие алкилфенолы, применяемые при получении поверхностно-активных веществ, включают, без ограничения, нонилфенол, децилфенол, додецилфенол или другие алкилфенолы, при этом алкильная группа содержит от примерно 4 до примерно 30 углеродных атомов. Подходящие амины, применяемые при получении поверхностно-активных веществ, включают, без ограничения, этилендиамин (EDA), диэтилентриамин (DETA) или другие полиамины. Типичные примеры включают квадролы, тетролы, пентролы, которые можно приобрести в компании BASF. Подходящие алканоламины включают, без ограничения, моноэтаноламин (МЕА), диэтаноламин (DEA), продукты реакции МЕА и/или DEA с кокосовыми маслами и кислотами.
Регулирование содержания кислорода
2
2
2
[0249] Введение воды в скважину часто сопровождается увеличением содержания кислорода в скважинных жидкостях за счет кислорода, растворенного в введенной воде. Таким образом, материалы, введенные в скважину, должны работать в кислородсодержащей среде или должны работать достаточно хорошо до тех пор, пока не произойдет уменьшение содержания кислород за счет природных реакций. В случае системы, которая не может выдержать присутствие кислорода, кислород необходимо удалить или контролировать в каком-либо материале, введенном в скважину. Указанная проблема усугубляется в зимний период, когда нагнетаемые материалы содержат компоненты, подходящие для эксплуатации в зимних условиях, такие как вода, спирты, гликоли, целлозольвы, формиаты, ацетаты или т.п., и поскольку растворимость кислорода в очень холодной воде является более высокой и составляет от примерно 14 до 15 ppm. Кислород также может увеличивать коррозию и образование накипи. При применении ССТ (капилярной гибкой насосно-компрессорной трубе) и использовании разбавленных растворов закачиваемые растворы приводят к нагнетанию окислительной среды (O) в восстановительную среду (CO, HS, органические кислоты и т.п.).
[0250] Варианты регулирования содержания кислорода включают: (1) деаэрацию жидкости перед нагнетанием в скважину, (2) добавление обычных сульфидов в товарные оксиды серы, но такие оксиды серы могут ускорять воздействие кислоты на металлические поверхности, (3) добавление эриторбатов, аскорбатов, диэтилгидроксиамина или других кислородсодержащих реакционно-способных соединений, которые добавляют к жидкости перед закачиванием в скважину; и (4) добавление ингибиторов коррозии или агентов для пассирования металлов, таких как калиевые (щелочные) соли сложных эфиров гликолей, этилоксилаты многоатомных спиртов или другие аналогичные ингибиторы коррозии. Типичные примеры агентов, ингибирующих кислород и коррозию, включают смеси тетраметилендиаминов, гексаметилендиаминов, 1,2-диаминциклогексана, аминовых фракций или продуктов реакции таких аминов с парциальными молярными эквивалентами альдегидов. Другие агенты для регулирования содержания кислорода включают салициловые и бензойные амиды полиаминов, применяемые в частности в щелочных условиях, ацетиленовые диолы с короткой цепью или похожие соединения, фосфатные эфиры, боратовые глицерины, соли мочевины и тиомочевины бисоксалидинов или другие соединения, которые либо абсорбируют кислород, взаимодействуют с кислородом, либо иным образом уменьшают содержание кислорода или исключают его присутствие.
Ингибиторы соли
[0251] Ингибиторы соли, подходящие для применения в жидкостях согласно настоящему изобретению, включают, без ограничения, Na Minus - нитрилотриацетамид, который можно приобрести в компании Clearwater International, LLC of Houston, Техас.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
pad
pp
t
pcycle
pcycle
pcp
pfp
pcycle
pcp
pfp
pcp
pfp
[0252] Обратимся теперь к фигуре 1А, на которой показан вариант реализации импульса, вызывающего разрыв пласта, или последовательности введения порций, в общем обозначенный как 100, включающий стадию 102 введения подушки, характеризующуюся продолжительностью t введения подушки, стадию 104 размещения расклинивающего агента, характеризующуюся продолжительностью t размещения расклинивающего агента, и стадию крепления 106, характеризующуюся продолжительностью крепления t. Стадия 104 размещения расклинивающего агента включает четыре подстадий 108, 110, 112 и 114, при этом каждая подстадия 108, 110, 112 и 114 включает два импульса 108а&b, 110a&b, 112a&b и 114a&b давления жидкости, не содержащей расклинивающий агент, и два импульса 108c&d, 110c&d, 112c&d и 114c&d давления жидкости, содержащей расклинивающий агент. Каждую подстадию 108, 110, 112 и 114 описывают с помощью длительности t цикла импульсов. Длительность t цикла импульсов включает длительность t импульса давления жидкости, содержащей расклинивающий агент, и длительность t импульса давления жидкости, не содержащей расклинивающий агент, при этом для каждой подстадий 108, 110, 112 и 114 длительности t, t и t могут быть одинаковыми или разными и длительности t и t в каждом цикле могут быть одинаковыми или разными.
pad
pp
t
pcycle
pcycle
[0253] Обратимся теперь к фигуре 1В, на которой показан другой вариант реализации импульса, вызывающего разрыв пласта, или последовательности введения порций, в общем обозначенный как 120, включающий стадию 122 введения подушки, характеризующуюся продолжительностью t введения подушки, стадию 124 размещения расклинивающего агента, характеризующуюся продолжительностью t размещения расклинивающего агента, и стадию крепления 126, характеризующуюся продолжительностью крепления t. Стадия 124 размещения расклинивающего агента включает четыре подстадии 128, 130, 132 и 134, при этом каждая подстадия 128, 130, 132 и 134 включает множество синусоидальных импульсов 128а-с, 130а-с, 132а-с и 134а-с давления жидкости, не содержащей расклинивающий агент, и множество синусоидальных импульсов 128e-g, 130e-g, 132e-g и 134e-g давления жидкости, содержащей расклинивающий агент. Каждую подстадию 128, 130, 132 и 134 описывают с помощью продолжительности t цикла синусоидальных импульсов. Для каждой подстадий 128, 130, 132 и 134 продолжительности t цикла импульсов могут быть одинаковыми или разными и продолжительности синусоидальных фаз при применении жидкости, содержащей расклинивающий агент, и продолжительности синусоидальных фаз при применении жидкости, не содержащих расклинивающий агент, в каждом цикле могут быть одинаковыми или разными.
pad
pp
t
pcycle
pcycle
pcp
pfp
pcycle
pcp
pfp
pcp
pfp
[0254] Обратимся теперь к фигуре 1С, на которой показан другой вариант реализации импульса, вызывающего разрыв пласта, или последовательности введения порций, в общем обозначенный как 140, включающий стадию 142 введения подушки, характеризующуюся продолжительностью t введения подушки, стадию 144 размещения расклинивающего агента, характеризующуюся продолжительностью t размещения расклинивающего агента, и стадию крепления 146, характеризующуюся продолжительностью крепления t. Стадия 144 размещения расклинивающего агента показана здесь в виде непрерывного линейного возрастания объема. Линейное изменение 144 включает множество импульсов 144a-h давления жидкости, не содержащей расклинивающий агент, и множество импульсов 104i-o давления жидкости, содержащей расклинивающий агент. Каждый из импульсов 104i-o давления жидкости, содержащей расклинивающий агент, включает импульс давления агрегирующей композиции или агрегирующей композиции и композиции для сшивания покрытий, который может быть расположен в центре импульсов 104i-o давления жидкости, содержащей расклинивающий агент, подстадию 108, 110, 112 и 114 описывают с помощью длительности t цикла импульсов. Длительность t цикла импульсов включает длительность t импульса давления жидкости, содержащей расклинивающий агент, и длительность t импульса давления жидкости, не содержащей расклинивающий агент, при этом для каждой подстадии 108, 110, 112 и 114 продолжительности t, t и t могут быть одинаковыми или разными и длительности t и t в каждом цикле могут быть одинаковыми или разными.
pad
pp
t
[0255] Обратимся теперь к фигуре 1D, на которой показан еще один вариант реализации импульса, вызывающего разрыв пласта, или последовательности введения порций, в общем обозначенный как 160, включающий стадию 162 введения подушки, характеризующуюся продолжительностью t введения подушки, стадию 164 размещения расклинивающего агента, характеризующуюся продолжительностью t размещения расклинивающего агента и стадию крепления 166, характеризующуюся продолжительностью крепления t. Стадия 164 размещения расклинивающего агента показана здесь в виде непрерывного линейного возрастания объема. Линейное изменение 164 включает закачивание 164а непрерывно возрастающего объема жидкости, содержащей расклинивающий агент, и множество импульсов 164b-h давления агрегирующей композиции или агрегирующей композиции и композиции для сшивания покрытий. Каждый из импульсов 164b-h может иметь одинаковую или разную продолжительность.
[0256] Обратимся теперь к фигуре 2А, на которой показан вариант реализации системы расклинивающего агента, созданной в пласте, пересеченном стволом скважины, на стадии размещения расклинивающего агента, в общем обозначенный как 200, включающий проникновение ствола 202 скважины в пласт 204. Ствол 202 скважины содержит зацементированную или незацементированную обсадную колонну 206 и широкую трещину 208, образованную в пласте 204 с помощью множества перфорационных отверстий 210 в колонне 206 под действием загущенной жидкой подушки, нагнетаемой в пласт 204 под давлением, достаточным для образования трещины 208. Трещина 208 содержит систему 212 расклинивающего агента, образованную на стадии 200 размещения расклинивающего агента, включающей множество импульсов 214a-h давления жидкости, не содержащей расклинивающий агент, и чередующееся множество импульсов 216a-g давления жидкости, содержащей расклинивающий агент. Система 212 расклинивающего агента содержит набор сетей 218a-g расклинивающего агента, содержащих столбы 220a-g расклинивающего агента и проточные проходы 222a-g. Импульсы 216a-g давления жидкости, содержащей расклинивающий агент, вызваны одинаковыми или разными композициями расклинивающего агента (показаны здесь как разные), что приводит к получению одинаковых или разных столбов 218a-g расклинивающего агента (показаны здесь как разные), при этом композиции расклинивающего агента, вызывающие импульс давления жидкости, содержащей расклинивающий агент, различаются по меньшей мере одним свойством, включающим тип расклинивающего агента, размер расклинивающего агента, форму расклинивающего агента и концентрации расклинивающего агента каждого типа, размера, формы или их смесей и их сочетания или комбинации.
[0257] Обратимся теперь к фигуре 2В, на которой показан вариант реализации системы расклинивающего агента, созданной в пласте, пересеченном стволом скважины, на стадии размещения расклинивающего агента, в общем обозначенный как 200, включающий проникновение ствола 202 скважины в пласт 204. Ствол 202 скважины содержит зацементированную или незацементированную обсадную колонну 206 и узкую трещину 208, образованную в пласте 204 с помощью множества перфорационных отверстий 210 в колонне 206 под действием загущенной жидкой подушки, нагнетаемой в пласт 204 под давлением, достаточным для образования трещины 208. Трещина 208 содержит систему 212 расклинивающего агента, образованную на стадии 200 размещения расклинивающего агента, включающей множество импульсов 214a-g давления жидкости, не содержащей расклинивающий агент, и чередующееся множество импульсов 216a-f давления жидкости, содержащей расклинивающий агент. Система 212 расклинивающего агента содержит набор сетей 218a-f расклинивающего агента, содержащих столбы 220a-f расклинивающего агента и проточные проходы 222a-f. Импульсы 216a-f давления жидкости, содержащей расклинивающий агент, вызваны одинаковыми или разными композициями расклинивающего агента (показаны здесь как разные), что приводит к получению одинаковых или разных столбов 220a-f расклинивающего агента (показаны здесь как разные), при этом композиции расклинивающего агента, вызывающие импульс давления жидкости, содержащей расклинивающий агент, различаются по меньшей мере по одному свойству, включающему тип расклинивающего агента, размер расклинивающего агента, форму расклинивающего агента и концентрации расклинивающего агента каждого типа, размера, формы или их смесей и их сочетания или комбинации.
[0258] Обратимся теперь к фигуре 2С, на которой показан вариант реализации системы расклинивающего агента, созданной в пласте, пересеченном стволом скважины, на стадии размещения расклинивающего агента, в общем обозначенный как 200, включающий проникновение ствола 202 скважины в пласт 204. Ствол 202 скважины содержит зацементированную или незацементированную обсадную колонну 206 и иллюстративную квадратную трещину 208, образованную в пласте 204 с помощью множества перфорационных отверстий 210 в колонне 206 под действием загущенной жидкой подушки, нагнетаемой в пласт 204 под давлением, достаточным для образования трещины 208. Трещина 208 содержит систему 212 расклинивающего агента, образованную на стадии 200 размещения расклинивающего агента, включающей множество импульсов 214а-е давления жидкости, не содержащей расклинивающий агент, и чередующееся множество импульсов 216a-f давления жидкости, содержащей расклинивающий агент. Система 212 расклинивающего агента содержит набор сетей 218a-f расклинивающего агента, содержащих группы 220a-f столбов расклинивающего агента и основные проточные проходы 222a-f и второстепенные проточные проходы внутри группы столбов (не показано, но очевидно при рассмотрении указанных групп). Импульсы 216a-f давления жидкости, содержащей расклинивающий агент, вызваны одинаковыми или разными композициями расклинивающего агента (показаны здесь как разные), что приводит к получению одинаковых или разных столбов 220a-f расклинивающего агента (показаны здесь как разные), при этом композиции расклинивающего агента, вызывающие импульс давления жидкости, содержащей расклинивающий агент, различаются по меньшей мере одним свойством, включающим тип расклинивающего агента, размер расклинивающего агента, форму расклинивающего агента и концентрации расклинивающего агента каждого типа, размера, формы или их смесей и их сочетания или комбинации.
[0259] Обратимся теперь к фигуре 2D, на которой показан вариант реализации системы расклинивающего агента, созданной в пласте, пересеченном стволом скважины, на стадии размещения расклинивающего агента, в общем обозначенный как 200, включающий проникновение ствола 202 скважины в пласт 204. Ствол 202 скважины содержит зацементированную или незацементированную обсадную колонну 206 и сильно разветвленную трещину 208, образованную в пласте 204 с помощью перфорационных отверстий 210 в колонне 206 под действием загущенной жидкой подушки, нагнетаемой в пласт 204 под давлением, достаточным для образования трещины 208. Трещина 208 содержит систему 212 расклинивающего агента, образованную на стадии 200 размещения расклинивающего агента, включающей множество импульсов 214 давления жидкости, не содержащей расклинивающий агент, и чередующееся множество импульсов 216 давления жидкости, содержащей расклинивающий агент. Система 212 расклинивающего агента содержит столбы 218 расклинивающего агента и проточные проходы внутри групп столбов (не показано). Импульсы 216 давления жидкости, содержащей расклинивающий агент, могут быть вызваны одинаковыми или разными композициями расклинивающего агента (показаны здесь как разные), что приводит к получению одинаковых или разных столбов 218 расклинивающего агента (показаны здесь как разные), при этом композиции расклинивающего агента, вызывающие импульс давления жидкости, содержащей расклинивающий агент, различаются по меньшей мере одним свойством, включающим тип расклинивающего агента, размер расклинивающего агента, форму расклинивающего агента и концентрации расклинивающего агента каждого типа, размера, формы или их смесей и их сочетания или комбинации.
[0260] Обратимся теперь к фигуре 2Е, на которой показан вариант реализации системы гидроразрыва с установкой гравийных фильтров, созданной в пласте, пересеченном стволом скважины, в общем обозначенный как 200, включающий проникновение ствола 202 скважины в пласт 204. Ствол 202 скважины содержит зацементированную или незацементированную обсадную колонну 206 и полученную путем гидроразрыва с установкой гравийных фильтров трещину 208, созданную в пласте 204 с помощью множества перфорационных отверстий 210 в колонне 206 под действием загущенной жидкости, содержащей расклинивающий агент, нагнетаемой в пласт 204 под давлением, достаточным для создания трещины 208. Полученная путем гидроразрыва с установкой гравийных фильтров трещина 208 содержит систему 212 столбов расклинивающего агента, содержащую множество столбов 214 расклинивающего агента и множество проходящих через них проточных проходов 216.
[0261] Обратимся теперь к фигурам 3A-I, на которых показаны девять различных конфигураций столбов, при этом каждая конфигурация включает различные типы расклинивающего агента при различных расположениях. Как показано на фигуре 3А, регулярная конфигурация 300 расклинивающего агента включает обработанные твердые частицы 302 расклинивающего агента, содержащие нанесенное на них покрытие 304 из агрегирующей композиции. Как показано на фигуре 3В, неправильная конфигурация 306 расклинивающего агента включает обработанные твердые частицы 308 расклинивающего агента, содержащие нанесенное на них покрытие 310 из агрегирующей композиции, при этом сшитые обработанные твердые частицы 312 расклинивающего агента содержат нанесенное на них сшитое покрытие 314 из агрегирующей композиции, и полые необработанные частицы расклинивающего агента 316. Как показано на фигуре 3С, неправильная конфигурация 318 расклинивающего агента включает сшитые обработанные твердые частицы 320 расклинивающего агента, содержащие нанесенное на них сшитое покрытие 322 из агрегирующей композиции, и необработанные твердые частицы 324 расклинивающего агента. Как показано на фигуре 3D, неправильная конфигурация 326 расклинивающего агента включает обработанные твердые частицы 328 и 330 расклинивающего агента двух разных размеров, содержащие нанесенные на них покрытия 332 и 334 из агрегирующей композиции. Как показано на фигуре 3Е, неправильная конфигурация 336 расклинивающего агента включает обработанные полые частицы 338 расклинивающего агента, содержащие нанесенное на них покрытие 340 из агрегирующей композиции, сшитые обработанные полые частицы 342 расклинивающего агента, содержащие нанесенное на них сшитое покрытие 344 из агрегирующей композиции, обработанные твердые частицы 346 расклинивающего агента неправильной формы, содержащие нанесенное на них покрытие 348 из агрегирующей композиции, сшитые обработанные твердые частицы 350 расклинивающего агента неправильной формы, содержащие нанесенное на них сшитое покрытие 352 из агрегирующей композиции, и твердые необработанные частицы 354 расклинивающего агента. Как показано на фигуре 3F, неправильная конфигурация расклинивающего агента 356 включает обработанные твердые частицы 358 расклинивающего агента, содержащие нанесенное на них покрытие 360 из агрегирующей композиции, и полые необработанные частицы 362 расклинивающего агента. Как показано на фигуре 3G, другая правильная конфигурация 364 расклинивающего агента включает обработанные твердые частицы 366 расклинивающего агента правильной формы, содержащие нанесенное на них покрытие 368 из агрегирующей композиции, и не подверженные эрозии волокна 370, переплетенные с указанным кластером и частично окружающие его. Как показано на фигуре 3H, другая неправильная конфигурация 372 расклинивающего агента включает обработанные твердые частицы 374 расклинивающего агента правильной формы, содержащие нанесенное на них покрытие 376 из агрегирующей композиции, сшитые обработанные твердые частицы 378 расклинивающего агента правильной формы, содержащие нанесенное на них покрытие 380 из агрегирующей композиции, необработанные твердые частицы 382 расклинивающего агента правильной формы и переплетенные не подверженные эрозии волокна 384. Как показано на фигуре 3I, другая неправильная конфигурация 386 расклинивающего агента включает обработанные твердые частицы 388 расклинивающего агента правильной формы, содержащие нанесенное на них покрытие 390 из агрегирующей композиции, необработанные твердые частицы 392 расклинивающего агента правильной формы и два окружающих указанный кластер различных не подверженных эрозии волокна 394 и 396. Конечно, следует понимать, что любая образовавшаяся в результате гидроразрыва трещина может содержать любую из перечисленных групп расклинивающих агентов в любых относительных пропорциях.
[0262] Обратимся теперь к фигурам 4A-J, на которых показаны десять различных групп столбов, при этом каждая группа содержит четыре столба, каждая фигура иллюстрирует разный тип столбов расклинивающего агента, различающийся по типу частиц расклинивающего агента и конфигурации столба. Как показано на фигуре 4А, конфигурация 400 группы столбов включает четыре столба 402 расклинивающего агента неправильной формы, содержащих обработанные твердые частицы 404 расклинивающего агента правильной формы и необработанные частицы 406 расклинивающего агента правильной формы. Как показано на фигуре 4В, другая конфигурация 408 группы столбов включает четыре столба 410 расклинивающего агента правильной формы, содержащих обработанные твердые частицы 412 расклинивающего агента правильной формы. Как показано на фигуре 4C, конфигурация 414 группы столбов включает четыре столба 416 расклинивающего агента неправильной формы, содержащих обработанные твердые частицы 418 расклинивающего агента правильной формы, сшитые обработанные твердые частицы 420 расклинивающего агента правильной формы и необработанные полые частицы 422 расклинивающего агента правильной формы. Как показано на фигуре 4D, конфигурация 424 группы столбов включает четыре столба 426 расклинивающего агента неправильной формы, содержащих обработанные твердые частицы 428 расклинивающего агента правильной формы, сшитые обработанные твердые частицы 430 расклинивающего агента правильной формы, обработанную твердую частицу 432 расклинивающего агента неправильной формы, сшитую обработанную твердую частицу 434 расклинивающего агента неправильной формы и необработанные частицы 436 расклинивающего агента правильной формы. Как показано на фигуре 4Е, конфигурация 438 группы столбов включает четыре столба 440 расклинивающего агента неправильной формы, содержащих обработанные твердые частицы 442 и 444 расклинивающего агента двух разных размеров. Как показано на фигуре 4F, конфигурация 446 группы столбов включает четыре столба 448 расклинивающего агента неправильной формы, содержащих сшитые обработанные полые частицы 450 расклинивающего агента правильной формы и необработанные твердые частицы 452 расклинивающего агента правильной формы. Как показано на фигуре 4G, конфигурация 454 группы столбов включает шесть различных типов 456a-f столбов расклинивающего агента, содержащих различные обработанные, сшитые обработанные и необработанные частицы расклинивающего агента. Как показано на фигуре 4Н, конфигурация 458 группы столбов включает два типа 460а&b столбов расклинивающего агента неправильной формы, содержащих различные обработанные, сшитые обработанные и необработанные частицы расклинивающего агента. Как показано на фигуре 4I, конфигурация 462 группы столбов включает два типа 464a&b столбов расклинивающего агента неправильной формы, содержащих различные обработанные и необработанные частицы расклинивающего агента. Как показано на фигуре 4J, конфигурация 466 группы столбов включает шесть типов 468a-f столбов расклинивающего агента профильной и неправильной формы, содержащих различные обработанные, сшитые обработанные и необработанные частицы расклинивающего агента.
[0263] Обратимся теперь к фигурам 5A-D, на которых показаны четыре системы перфорационных отверстий, при этом каждая система содержит разные группы перфорационных отверстий, разделенные посредством неперфорированных участков. На фигуре 5А показан интервал 500 перфорации в стволе 502 скважины, который может быть обсажен зацементированной или незацементированной обсадной колонной 504. Интервал 500 содержит две группы 506 и 508 перфорационных отверстий. Группа 506 перфорационных отверстий содержит шесть плотно расположенных перфорационных отверстий 510, тогда как вторая группа 508 содержит единственное перфорационное отверстие 512. На фигуре 5B показан интервал перфорации 520 в стволе 522 скважины, который может быть обсажен зацементированной или незацементированной обсадной колонной 524. Интервал 520 содержит две группы 526 и 528 перфорационных отверстий. Группа 526 перфорационных отверстий содержит шесть плотно расположенных перфорационных отверстий 530, тогда как вторая группа 528 содержит три плотно расположенных перфорационных отверстий 532. На фигуре 5С показан интервал перфорации 540 в стволе 542 скважины, который может быть обсажен зацементированной или незацементированной обсадной колонной 544. Интервал 540 содержит три группы 546, 548 и 550 перфорационных отверстий. Группа 546 перфорационных отверстий содержит пять плотно расположенных перфорационных отверстий 552; вторая группа 548 содержит три плотно расположенных перфорационных отверстий 554; и третья группа 550 перфорационных отверстий содержит три плотно расположенных перфорационных отверстий 556. На фигуре 5D показан интервал 560 перфорации в стволе 562 скважины, который может быть обсажен зацементированной или незацементированной обсадной колонной 564. Интервал 560 содержит три группы 566, 568 и 570 перфорационных отверстий. Группа 566 перфорационных отверстий содержит четыре менее плотно расположенных перфорационных отверстий 572; вторая группа 568 содержит три плотно расположенных перфорационных отверстий 574; и третья группа 570 перфорационных отверстий содержит шесть плотно расположенных перфорационных отверстий 576. Следует понимать, что приведенные выше интервалы перфорации приведены просто в качестве иллюстраций другой конфигурации перфорационных отверстий. Указанные интервалы можно повторять в указанных системах в виде блоков для создания длинных или коротких конфигураций перфорационных отверстий. Кроме того, следует понимать, что размеры перфорационных отверстий можно регулировать таким образом, что каждая группа перфорационных отверстий будет обеспечивать селективное прохождение через нее частиц расклинивающего агента различных размеров.
ЭКСПЕРИМЕНТЫ, СОГЛАСНО НАСТОЯЩЕМУ ИЗОБРЕТЕНИЮ
Пример 1
[0264] Обратимся теперь к фигуре 6, на которой приведена таблица, содержащая диапазоны дзета-потенциала и соответствующие склонности к агрегации. Максимальный потенциал или склонность к агрегации связана со значениями дзета-потенциала, составляющими от +3 мВ до -5 мВ; сильный потенциал или склонность к агрегации связана со значениями дзета-потенциала, составляющими от -5 мВ до -10 мВ; потенциал или склонность к агрегации в диапазоне от средней до слабой связана со значениями дзета-потенциала, составляющими от -10 мВ до -15 мВ; пороговое значение потенциала или склонности к агрегации связано со значениями дзета-потенциала, составляющими от -16 мВ до -30 мВ; и низкий или маленький потенциал или склонность к агрегации связана со значениями дзета-потенциала, составляющими от -31 мВ до -100 мВ или ниже.
[0265] На фигуре 6 также приведены экспериментальные данные для необработанного кремнезема и кремнезема, обработанного с помощью вызывающего агрегацию агента SandAid™, вызывающего агрегацию агента типа амино-фосфатного продукта реакции, который можно приобрести в компании Weatherford International и который образует частичное или полное покрытие на кремнеземе, что приводит к изменению склонности обработанного кремнезема к агрегации. Фактически, дзета-потенциал необработанного кремнезема составляет примерно -47,85 мВ, тогда как дзета-потенциал кремнезема, обработанного SandAid™, составляет примерно -1,58 мВ, соответственно, происходит превращение расклинивающего агента, не способного к агрегации, в расклинивающий агент, подверженный агрегации в максимальной степени. Подобным образом, необработанный уголь, дзета-потенциал которого составляет примерно -28,37 мВ, представляет собой расклинивающий агент с пороговой склонностью к агрегации, при обработке с помощью SandAid™ необработанный уголь превращается в обработанный угольный расклинивающий агент с дзета-потенциалом примерно 1,194 мВ, соответственно, происходит превращение расклинивающего агента с пороговой склонностью к агрегации в расклинивающий агент, подверженный агрегации в максимальной степени. Путем изменения относительных количеств обработанного и необработанного кремнезема или угля можно легко регулировать объемный или относительный дзета-потенциал композиции расклинивающего агента, применяемой в жидкостях для гидроразрыва, содержащих расклинивающий агент, согласно настоящему изобретению.
Пример 2
2
[0266] Настоящий пример иллюстрирует агломерацию песка с помощью SandAid и затем уплотнение с помощью раствора ZnCl.
2
[0267] 1,75 мл SandAid™ (7 масс. % относительно массы песка) добавляли к 25 мл 2 масс. % водного раствора KCl, содержащего 25 г песка с размером частиц 200 меш, как показано на фигуре 7А. После перемешивания с помощью механической мешалки со скоростью 450 об/мин в течение 1 минуты песок образовал кластеры и приобрел коричневый цвет благодаря покрытию SandAid. Надосадочную жидкость декантировали для проведения первой обработки SandAid™. К кластерам песка добавляли еще 25 мл 2 масс. % водного раствора KCl и приступали ко второй и третьей обработке SandAid. Затем для удаления непрореагировавших материалов использовали 25 мл 2 масс. % водного раствора KCl для промывания песка с покрытием из SandAid™. Как показано на фигуре 7В, агломерированный песок выглядел мягким на ощупь, глиноподобным материалом. Для уплотнения текстуры агломерированного песка, полученного при первой обработке, далее добавляли 25 мл 2 масс. % водного раствора ZnCl. Смесь дополнительно перемешивали с помощью механической мешалки со скоростью 450 об/мин в течение 1 минуты с последующим декантированием надосадочной жидкости. Агломерированный материал образовывал упрочненные агломерированные частицы и больше не являлся мягким на ощупь или глинообразным и имел внешний вид, показанный на фигуре 7С
2
2
2
2
[0268] Покрытый SandAid песок с размером частиц 100 меш переносили в банку массой 4 унции (примерно 227 г) и, покрывали сверху водой, как показано на фигуре 8А. Такое же количество покрытого SandAid™ песка с размером частиц 200 меш после обработки 2 масс. % ZnCl также переносили в другую стеклянную банку, как показано на фигуре 8В. Оба образца показали отличные кластеры песка при комнатной температуре. Две бутылки нагревали при 180°F (примерно 82°C) в водяной бане в течение 1 часа, кластер песка до обработки ZnCl становился менее агломерированным. Он больше не сохранялся в виде целого куска, но в перевернутой банке начал распадаться на части, как показано на фигуре 8С. Однако кластер песка при обработке ZnCl смог выдержать такое жесткое условие без потери своей первоначальной агломерации, как можно видеть на фигуре 8D. Это указывает, что ZnCl может сцементировать расклинивающие агенты с покрытием из SandAid™, увеличивая не только твердость текстуры, но также термическую устойчивость агломерированных барьеров из расклинивающих агентов.
Испытание на высокую температуру и давление сшитого и несшитого расклинивающего агента с покрытием
2
3
2
2
2
2

[0269] Керамический расклинивающий агент Carbolite, состоящий главным образом из AlO и SiO, диспергировали в воде с последующей обработкой 7 масс. % SandAid и затем три раза промывали 2 масс. % водным раствором KCl. Далее агломерированный расклинивающий агент переносили в стеклянную банку массой 4 унции (примерно 227 г) и покрывали сверху водой, как показано на фигуре 9А. В другом эксперименте обработанный расклинивающий агент CARBOLITE (КАРБОЛИТ) (зарегистрированная торговая марка компании CARBO Ceramics) смешивали с таким же количеством SandAid™ и промывали три раза с помощью 2 масс. % KCl. Сразу же после третьей стадии промывания с помощью KCl использовали 2 масс. % водный ZnCl для сшивания расклинивающего агента CarboLite с покрытием из SandAid™, как показано на фигуре 9С. Оба образца демонстрировали хорошую агломерацию при комнатной температуре. Для испытания их агломерационных свойств в условиях высокой температуры и высокого давления (НТНР) банку, показанную на фигуре 9А и фигуре 9С, без крышки переносили в ячейку под давлением, которую загружали до 300 psi (примерно 2068 кПа) при комнатной температуре для предотвращения испарения растворов. Ячейки помещали в печь с температурой 137°C на 7 дней при давлении 240 psi (примерно 1655 кПа), оба барьера из расклинивающих агентов все еще сохраняли свою первоначальную хорошую агломерацию, не распадаясь на части. Интересно, что, расклинивающий агент при обработке ZnCl, как показано на фигуре 9D, демонстрировал более высокое количество SandAid, оставшееся на его поверхности, чем агент без обработки, как показано на фигуре 9В. Это можно объяснить тем, что ZnCl играл важную роль для сшивания SandAid™ на поверхности расклинивающего агента, что позволило предотвратить десорбцию SandAid™ из расклинивающего агента и дополнительно увеличить твердость текстуры агломерированных расклинивающих агентов.
2
Испытание на максимальный дебит скважины без выноса песка (MSFRT) на песке с покрытием из SandAid™, обработанном с помощью ZnCl
2
2
2
[0270] Два эксперимента были проведены с применением песка с размером частиц 200 меш (100 г) в устройстве для испытания на максимальный дебит скважины без выноса песка (MSFRT) при 180°F (примерно 82°C). В одном эксперименте песчаную пробку обрабатывали 7 масс. % SandAid™, тогда как в другом случае указанную пробку обрабатывали 7 масс. % SandAid™ с последующей промывкой 100 мл 2 масс. % водного раствора ZnCl. MSFRT выполняли при температуре 180°F (примерно 82°C) с измерением максимальной скорости потока, при этом агломерированный песок не распадался и не образовывал песок. Другими словами, чем выше величина максимального дебита скважины без выноса песка, тем более сцементированной будет исследуемая песчаная пробка. При проведении MSFRT для песка с покрытием из SandAid™ песок начал образовываться при скорости потока < 10 мл/мин при 180°F (примерно 82°C), тогда как для песка с покрытием из SandAid™, сшитого с помощью ZnCl, скорость потока могла достигать ~ 200 мл/мин (ограничение системы) при том же условии без выноса песка. На фигуре 10 показана агломерированная песчаная пробка после MSFRT. Темно-коричневая область (нижняя часть) указывает на песок после покрытия SandAid™ и сшивания с помощью ZnCl. На ощупь она такая же твердая, как цемент.
2
Восстановление проницаемости рассола с помощью 5% SandAid при промывании ZnCl и без такого промывания
2
2
2
2
[0271] Испытания на восстановление проницаемости были проведены, чтобы показать, будет ли промывание с помощью ZnCl оказывать какое-либо отрицательное влияние на восстановление проницаемости рассола. При сравнении показателей восстановления проницаемости рассола в процентах, 69,3% (без ZnCl) и 75,6% (с ZnCl), оказалось, что добавление ZnCl не причиняет большого вреда. В таблице 3 приведены результаты измерения восстановленной проницаемости.
2
[0272] На фигурах 11А&В показаны агломерированные песчаные пробки после испытаний на восстановление проницаемости. Как показано на фигуре 11А, песок, обработанный SandAid, исследовали при температуре 180°F (примерно 82°C) при обратном давлении 200 psi (примерно 1379 кПа) и эффективном напряжении, создаваемом горным давлением, 1200 psi (примерно 8274 кПа). Восстановленная проницаемость рассола была измерена в направлении добычи и, как было обнаружено, составляла 74,1 миллидарси. Согласно расчетам, восстановленная проницаемость рассола в процентах составляла 69,3%. Как показано на фигуре 11В, было обнаружено, что восстановленная проницаемость рассола в сшитом обработанном с помощью SandAid песке, обработанном при тех же условиях тестирования (т.е. песке, обработанном SandAid и промытым с помощью 2% ZnCl), составляла 72,5 миллидарси и 75,6%.
[0273] Все ссылки, приведенные в настоящем документе, включены посредством ссылки. Несмотря на то что настоящее изобретение было описано со ссылкой на предпочтительные варианты его реализации, из чтения настоящего описания специалисты в данной области техники могут понять изменения и модификации, которые могут быть сделаны без отклонения от объема и сущности настоящего изобретения, как описано выше и далее в формуле изобретения.