ПРЯМОЙ СПОСОБ КАНАЛИЗИРОВАНИЯ И СИСТЕМА ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ ПРОВОДИМОСТИ РАЗРЫВА
DIRECT CHANNELING METHOD AND SYSTEM FOR INCREASING FRACTURE CONDUCTIVITY

СВЕДЕНИЯ О РОДСТВЕННЫХ ЗАЯВКАХ
[0001] Отсутствует.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Сведения, изложенные в данном разделе, предоставляют только основную информацию об уровне техники, связанную с настоящим изобретением, и могут не устанавливать предшествующей уровень техники.
[0003] Разрыв используется для создания проводящих путей в подземной формации и увеличения потока текучей среды между формацией и скважиной. Жидкость для гидроразрыва закачивают в скважину, проходящую через подземную формацию. Расклинивающий агент (расклинивающий наполнитель) закачивают в разрыв для предотвращения смыкания разрыва и, таким образом, для обеспечения лучшего извлечения добываемых текучих сред, например, нефти, газа или воды.
[0004] Расклинивающий наполнитель сохраняет расстояние между стенками разрыва, чтобы создавать проводящие каналы в формации. Импульсная инжекция в разрыв попеременно порций без расклинивающего наполнителя и стабилизированных волокнами, насыщенных расклинивающим наполнителем, использовалась для получения неоднородного распределения частиц расклинивающего наполнителя в конфигурации каналов и колонн, что может улучшать проводимость в разрыве. Соответственно, существует потребность в дальнейшем улучшении в данной сфере технологии.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0005] В некоторых вариантах осуществления в соответствии с настоящим изобретением представлен прямой способ и система для увеличения проводимости разрыва. В некоторых вариантах осуществления ступень суспензии для обработки имеет постоянную концентрацию первых твердых частиц и непостоянную концентрацию добавки, что способствует образованию кластеров первых твердых частиц в разрыве, заякориванию кластеров в разрыве, или их сочетанию, для образования заякоренных кластеров первых твердых частиц, чтобы удерживать открытым разрыв при смыкании и обеспечивать гидравлическую проводимость через разрыв после смыкания, например, путем образования взаимосвязанных, гидравлически проводящих каналов между кластерами.
[0006] В некоторых вариантах осуществления способ обработки подземной формации, в которой пробурена скважина, содержит: закачивание состава ступени для обработки под давлением, большим, чем давление гидроразрыва, для образования разрыва в формации; непрерывное распределение первых твердых частиц внутри формации в составе ступени для обработки; объединение первых твердых частиц, распределенных в разрыве, для образования расположенных с промежутками кластеров в разрыве; заякоривание кластеров в разрыве для замедления объединения кластеров; уменьшение давления в разрыве, чтобы удерживать разрыв открытым на кластерах, и образовывать взаимосвязанные, гидравлически проводящие каналы между кластерами.
[0007] В некоторых вариантах осуществления способ обработки подземной формации, в которой пробурена скважина, содержит: закачивание в разрыв в формации при постоянной скорости ступени состава для обработки с постоянной концентрацией первых твердых частиц; в то же время, поддерживая постоянную скорость и концентрацию первых твердых частиц во время закачивания ступени состава для обработки, постепенное изменение уровней концентрации якорного материала в ступени состава для обработки между рядом сравнительно обогащенных якорным материалом уровней и рядом обедненных якорным материалом уровней в закачиваемой ступени состава для обработки.
[0008] В некоторых вариантах осуществления способ обработки подземной формации, в которой пробурена скважина, содержит: закачивание в разрыв в формации при постоянной скорости ступени состава для обработки, содержащего жидкость-носитель загустителя с постоянной концентрацией первых твердых частиц для образования однородной области в разрыве с постоянным однородным распределением первых твердых частиц; последовательное изменение уровней концентрации якорного материала в составе для обработки между сравнительно обогащенными якорным материалом уровнями и сравнительно обедненными якорным материалом уровнями в закачиваемой ступени состава для обработки уровня для образования неоднородных областей, содержащих обогащенные якорным материалом участки и обедненные якорным материалом участки, в однородной области постоянного однородного распределения первых твердых частиц; уменьшение вязкости состава-носителя в однородной области, чтобы вызвать осаждение первых твердых частиц перед смыканием разрыва, для образования гидравлически проводящих каналов по меньшей мере в обедненных якорным материалом участках, и для образования колонн в обогащенных якорным материалом участках; таким образом, позволяя разрыву смыкаться на колоннах. В некоторых вариантах осуществления гидравлически проводящие каналы также могут быть сформированы в обогащенных якорным материалом участках и/или колоннах или через них, например, как описано в одновременно находящейся на рассмотрении заявке на патент США № 13/832938, которая включена в настоящий документ посредством ссылки в полном объеме.
[0009] В некоторых вариантах осуществления система для добычи пластовых флюидов содержит скважину и разрыв, полученный по любому из способов гидроразрыва, раскрытых в настоящем документе.
[0010] В некоторых вариантах осуществления система содержит: подземную формацию, в которой пробурена скважина; ступень суспензии для обработки, расположенную в скважине, при этом ступень суспензии для обработки содержит постоянную концентрацию первых твердых частиц, и ряд относительно богатых якорным материалом вспомогательных ступеней, расположенных в чередующейся последовательности в скважине с рядом обедненных якорным материалом вспомогательных ступеней; и систему насосов для непрерывной подачи ступени состава для обработки от скважины в формацию под давлением, большим, чем давление разрыва, для закачивания ступени состава для обработки в разрыв в формации.
[0011] В некоторых вариантах осуществления система для обработки подземной формации, в которой пробурена скважина, содержит: систему насосов для подачи состава ступени для обработки через скважину в формацию под давлением, большим, чем давление гидроразрыва, для образования разрыва в формации; установку подачи состава ступени для обработки для постоянного распределения первых твердых частиц в составе ступени для обработки, и для введения якорного материала в состав ступени для обработки в последовательно чередующихся концентрациях между относительно обогащенным якорным материалом уровнем и относительно обедненным якорным материалом уровнем, для образования состава ступени для обработки, имеющего постоянную концентрацию первых твердых частиц и двухуровневую концентрацию якорного материала; стимулятор в составе ступени для обработки для инициирования объединения первых твердых частиц в гидроразрыве, чтобы формировать расположенные с промежутками кластеры в разрыве; систему заякоривания в ступени состава для обработки для заякоривания кластеров в разрыве и замедления осаждения или объединения кластеров; и замкнутую систему для поддержания, а затем уменьшения давления в разрыве, чтобы удерживать разрыв открытым на кластерах, и образовывать взаимосвязанные, гидравлически проводящие каналы между кластерами.
[0012] В некоторых вариантах осуществления система для обработки подземной формации, в которой пробурена скважина, содержит: средства закачивания состава ступени для обработки под давлением, большим, чем давление гидроразрыва, для образования разрыва в формации; средства непрерывного распределения первых твердых частиц внутри формации в составе ступени для обработки; средства объединения первых твердых частиц, распределенных в разрыве, чтобы образовывать расположенные с промежутками кластеры в разрыве; средства заякоривания кластеров в разрыве, чтобы замедлять осаждение или объединение кластеров; средства уменьшения давления в разрыве, чтобы удерживать разрыв открытым на кластерах, и образовывать взаимосвязанные, гидравлически проводящие каналы между кластерами.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0013] Эти и другие особенности и преимущества будут лучше понятны со ссылками на следующее подробное описание при рассмотрении вместе с прилагаемыми чертежами.
[0014] На фиг. 1 приведена схема разрыва, заполненного расклинивающим наполнителем и образующим якоря материалом, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
[0015] На фиг. 2 приведена схема осаждения расклинивающего наполнителя в разрыве по фиг. 1 перед смыканием в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
[0016] На фиг. 3 приведена схема, отображающая рост кластеров в разрыве по фиг. 2 в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
[0017] На фиг. 4 приведена схема кластеров по фиг. 3, заякоренных в разрыве, для поддержания системы взаимосвязанных гидравлически проводящих каналов для добычи пластового флюида в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
[0018] На фиг. 5 приведена последовательность закачивания, указывающая скорость закачивания, концентрацию расклинивающего наполнителя и концентрацию якорного материала для обработки пласта с образованием гидроразрыва в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
[0019] На фиг. 6 схематически показана система образования гидроразрыва для осуществления последовательности закачивания по фиг. 5 в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
[0020] На фиг. 7 схематически показано распределение обедненных якорным материалом и обогащенных якорным материалом участков в гидроразрыве из последовательности закачивания по фиг. 5 перед осаждением расклинивающего наполнителя в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
[0021] На фиг. 8 приведен вид сбоку разреза гидроразрыва по фиг. 7, видимый по линиям 8-8.
[0022] На фиг. 9 схематически показано образование обогащенных твердыми частицами кластеров и обедненных твердыми частицами участков, соответствующих каналам проводимости во время осаждения расклинивающего наполнителя из распределения якорного материала по фиг. 7-8 в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
[0023] На фиг. 10 приведен вид сбоку разреза гидроразрыва по фиг. 9, видимый по линиям 10-10.
[0024] На фиг. 11 схематически показано образование обедненных якорным материалом и обогащенных якорным материалом участков после наполнения щелевого разрыва последовательными порциями загущенного состава для обработки без волокон и насыщенного волокнами, описанного в примере 1, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
[0025] На фиг. 12 схематически показан щелевой разрыв по фиг. 11 через 1,5 часа после заполнения щелевого разрыва, описанного в примере 1, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
[0026] На фиг. 13 схематически показан щелевой разрыв по фиг. 11-12 через 15 часов после заполнения щелевого разрыва, описанного в примере 1, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НЕКОТОРЫХ ИЛЛЮСТРАТИВНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
[0027] С целью способствования пониманию принципов настоящего изобретения ссылки будут сделаны на некоторые иллюстративные варианты осуществления настоящего изобретения. Подобные ссылочные обозначения, используемые в настоящем документе, относятся к подобным частям в различных чертежах. Ссылочные обозначения без добавленных букв относятся к части (частям) в целом; ссылочные обозначения с добавленными буквами относятся к конкретным частям.
[0028] Используемый здесь термин «варианты осуществления» относится к не имеющим ограничительного характера примерам раскрытого в настоящем документе применения, внесенным или не внесенным в формулу, которые могут быть использованы или присутствуют в отдельности или в любой комбинации или перестановке с одним или больше других вариантов осуществления. Каждый раскрытый здесь вариант осуществления следует рассматривать, как в качестве дополнительного признака, с одним или больше других вариантов осуществления, так и в качестве альтернативы, используемой отдельно или вместо одного или больше других вариантов осуществления. Специалисту в данной области должно быть понятно, что, таким образом, не подразумеваются никакие ограничения объема заявленного предмета изобретения, какие-либо изменения и дополнительные модификации в представленных вариантах, и какие-либо дополнительные применения принципов изобретения, показанных здесь, являются обычными.
[0029] Кроме того, схематические иллюстрации и описание, представленное здесь, следует рассматривать только как примеры, и компоненты и операции могут быть объединены или разделены, и добавлены или удалены, а также переупорядочены в целом или частично, если не указано прямо противоположное. Определенные показанные операции могут быть реализованы с помощью выполнения на компьютере компьютерной программы на машиночитаемом носителе, причем компьютерная программа содержит команды, побуждающие компьютер выполнять одну или больше операций, или выдавать команды к другим устройствам для выполнения одной или больше операций.
[0030] Следует понимать, что, хотя существенная часть ведущего подробного описания может быть выполнена в контексте операции гидроразрыва нефтяного месторождения, другие операции нефтяного месторождения, такие как цементирование, заполнение гравием и др., и даже операции обработки не нефтяных месторождений, также могут использовать в своих интересах настоящее описание.
[0031] В некоторых вариантах осуществления в соответствии с настоящим изобретением представлен прямой способ и система для увеличения проводимости разрыва. Термин «прямой» означает, что каналы со сравнительно высокой гидравлической проводимостью образуются в разрыве, после того как он заполнен, главным образом, постоянной концентрацией частиц расклинивающего наполнителя. Используемый здесь термин «гидравлически проводящий разрыв» означает тот, который имеет высокую проводимость по сравнению со смежной матрицей формации, тогда как термин «проводящий канал» относится как к открытым каналам, так и к каналам, заполненным матрицей, имеющей внутрипоровые пространства для проникновения текучих сред через каналы, так что канал имеет относительно большую проводимость, чем смежные области, не относящиеся к каналам.
[0032] Термин «постоянный» в отношении концентрации или другого параметра, как функции от другой переменной, такой как, например, время, означает, что концентрация или другой параметр является непрерывной или неразрывной функцией, которая может содержать сравнительно плавное увеличение и/или уменьшение со временем, например, плавный уровень или концентрация частиц расклинивающего наполнителя, введенного в разрыв, так что распределение частиц расклинивающего наполнителя не содержит повторяющихся сосредоточенных неоднородностей и/или неоднородностей на протяжении заполнения частицами расклинивающего наполнителя. В некоторых вариантах осуществления относительно малое постепенное изменение функции рассматривается как постоянное, в случае изменения в пределах +/-10% от начального значения функции, или в пределах +/-5% от начального значения функции, или в пределах +/-2% от начального значения функции, или в пределах +/-1% от начального значения функции, или др., в течение периода времени 1 минуты, 10 секунд, 1 секунды, или 1 миллисекунды. Термин «повторяющийся» в настоящем документе относится к событию, которое происходит более чем однажды на ступени.
[0033] И наоборот, параметр, как функция другой переменной, такой как, например, время, является «дискретным», везде, где он не является постоянным, и в некоторых вариантах осуществления, повторяющийся относительно изменения функции с большим шагом рассматривается как дискретный, например, в случае, когда нижнее одно из значений параметра до и после постепенного изменения, меньше, чем 80%, или меньше, чем 50%, или меньше, чем 20%, или меньше, чем 10%, или меньше, чем 5%, или меньше, чем 2% или меньше, чем 1%, от верхнего одного из значений параметра до и после постепенного изменения в течение периода времени 1 минуты, 10 секунд, 1 секунды, или 1 миллисекунды.
[0034] В вариантах осуществления проводящие каналы формируются прямо после размещения частиц расклинивающего наполнителя в разрыве путем дифференциального перемещения частиц расклинивающего наполнителя, например, путем гравитационного осаждения и/или перемещения текучей среды, такого как поток текучей среды, вызванный операцией обратного притока, наружу и/или от участка (участков), соответствующего проводящему каналу (каналам), и к или по направлению к расположенным с промежутком участкам, в которых образование кластеров частиц расклинивающего наполнителя приводит к образованию участков со сравнительно малой проводимостью, в которых кластеры могут соответствовать колоннам между противоположными сторонами разрыва при смыкании.
[0035] В некоторых вариантах осуществления ступень суспензии для обработки имеет постоянную концентрацию первых твердых частиц, например, расклинивающего наполнителя, и непостоянную концентрацию добавки, что способствует либо образованию кластеров первых твердых частиц в разрыве, либо заякориванию кластеров в разрыве, или их сочетанию, для образования заякоренных кластеров первых твердых частиц, чтобы удерживать открытым разрыв при смыкании. Используемый здесь термин «якорный материал» относится к материалу, прекурсору материала или механизму, который замедляет осаждение, или предпочтительно останавливает осаждение, частиц или кластеров частиц в разрыве, тогда как термин «якорь» относится к якорному материалу, который является активным или активированным для замедления или остановки осаждения. В некоторых вариантах осуществления якорный материал может содержать материал, такой как, волокна, флокулы, хлопья, диски, стержни, звездочки и др., который может быть неоднородно распределен в разрыве и имеет различную скорость осаждения, и/или приводит к тому, что первые твердые частицы имеют различную скорость осаждения, которая может быть больше или предпочтительно меньше по отношению к первым твердым частицам и/или кластерам. Используемый в настоящем документе термин «флокулы» включает в себя как коагулированные коллоиды, так и коллоиды, способные образовывать флокулы на ступени суспензии для обработки.
[0036] В некоторых вариантах осуществления якорный материал может прилипать к одной или обеим противоположным поверхностям разрыва, чтобы останавливать перемещение кластера частиц расклинивающего наполнителя и/или создавать неподвижные структуры, на которых может скапливаться расклинивающий наполнитель и/или кластер (кластеры) расклинивающего наполнителя. В некоторых вариантах осуществления якоря могут прилипать друг к другу, чтобы способствовать объединению, стабильности и/или прочности образованных кластеров.
[0037] В некоторых вариантах осуществления якорный материал может содержать постоянную концентрацию первого компонента якорного материала и непостоянную концентрацию второго компонента якорного материала, например, в котором первый и второй компоненты якорного материала могут реагировать для образования якоря, как системы из двух реагирующих веществ, системы катализатора/реагирующего вещества, системы модификатора pH реагирующего вещества, чувствительного к pH или др.
[0038] В некоторых вариантах осуществления якорный материал может образовывать нижние границы для осаждения твердых частиц.
[0039] В некоторых вариантах осуществления способ обработки подземной формации, в которой пробурена скважина, содержит: закачивание состава ступени для обработки под давлением, большим, чем давление гидроразрыва, для образования разрыва в формации; непрерывное распределение первых твердых частиц внутри формации в составе ступени для обработки; объединение первых твердых частиц, распределенных в разрыве, для образования расположенных с промежутками кластеров в разрыве; заякоривание по меньшей мере некоторых из кластеров в разрыве для замедления объединения по меньшей мере некоторых из кластеров; уменьшение давления в разрыве, чтобы удерживать разрыв открытым на кластерах, и образовывать взаимосвязанные, гидравлически проводящие каналы между кластерами.
[0040] В некоторых вариантах осуществления первые твердые частицы, непрерывно распределяемые в составе ступени для обработки, содержат дезагрегированный расклинивающий наполнитель при постоянной концентрации. В некоторых вариантах осуществления объединение содержит стимуляцию осаждения распределенных первых твердых частиц. В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно содержит загущение состава ступени для обработки для распределения первых твердых частиц в формации, и разжижение состава ступени для обработки в разрыве, чтобы стимулировать осаждение. В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно содержит постепенное чередование уровней концентрации якорного материала в составе ступени для обработки между уровнем, относительно обогащенным якорным материалом, и уровнем, обедненным якорным материалом, во время непрерывного распределения первых твердых частиц в формации в составе ступени для обработки, чтобы способствовать одному или обоим процессам, объединению и заякориванию кластеров. Используемый в настоящем описании якорный материал представляет собой добавку, которая либо инициирует, либо облегчает объединение твердых частиц в кластеры, или способствует активации якорей, как указано выше, или и то, и другое. В некоторых вариантах осуществления якорный материал содержит волокна, флокулы, хлопья, диски, стержни, звездочки и др. В некоторых вариантах осуществления обедненный якорным материалом уровень концентрации не содержит или по существу не содержит якорного материала, или разница между концентрациями обогащенного якорным материалом и обедненного якорным материалам уровней составляет по меньшей мере 10, или по меньшей мере 25, или по меньшей мере 40, или по меньшей мере 50, или по меньшей мере 60, или по меньшей мере 75, или по меньшей мере 80, или по меньшей мере 90, или по меньшей мере 95, или по меньшей мере 98, или по меньшей мере 99, или по меньшей мере 99,5 процентов по весу от концентрации якорного материала в обогащенном якорным материалом уровне. Обедненный якорным материалом уровень по существу не содержит якорного материала, если концентрация якорного материала недостаточна для образования якорей.
[0041] В некоторых вариантах осуществления проводящие каналы проходят, сообщаясь по текучей среде, от смежной поверхности в формации вдали от скважины до скважины или близко к ней, например, чтобы облегчить проход текучей среды между скважиной и формацией, например, при добыче пластовых флюидов и/или закачивании флюидов в матрицу формации. Используемый здесь термин «близко к скважине» относится к проводящим каналам, одинакового протяжения с большей частью длины разрыва, оканчивающегося у проницаемой матрицы, между проводящими каналами и скважиной, например, там, где область разрыва, смежная со скважиной, заполнена проницаемой твердой закладкой, как на ступени закрепления расклинивающего наполнителя с высокой проводимостью, заполнения гравием или др.
[0042] В некоторых вариантах осуществления способ обработки подземной формации, в которой пробурена скважина, содержит: закачивание в разрыв в формации при постоянной скорости ступени состава для обработки с постоянной концентрацией первых твердых частиц; в то же время, поддерживая постоянную скорость и концентрацию первых твердых частиц во время закачивания ступени состава для обработки, последовательное чередование уровней концентрации якорного материала, например, волокон, в ступени состава для обработки между рядом сравнительно богатых якорным материалом уровней и рядом бедных якорным материалом уровней при закачивании ступени состава для обработки.
[0043] В некоторых вариантах осуществления закачивание ступени состава для обработки образует однородную область в разрыве с постоянным равномерным распределением первых твердых частиц. В некоторых вариантах осуществления чередование концентрации якорного материала образует неоднородные области в разрыве, содержащие обогащенные якорным материалом участки и обедненные якорным материалом участки.
[0044] В некоторых вариантах осуществления закачиваемая ступень состава для обработки содержит загущенный несущий состав, и способ может дополнительно содержать понижение вязкости несущего состава в разрыве, чтобы вызывать осаждение первых твердых частиц перед смыканием разрыва, и впоследствии позволять разрыву смыкаться.
[0045] В некоторых вариантах осуществления способ может также содержать образование перемычек с обогащенными якорным материалом уровнями в разрыве и образование проводящих каналов между перемычками с обедненными якорным материалом уровнями.
[0046] В некоторых вариантах осуществления способ обработки подземной формации, в которой пробурена скважина, содержит: закачивание в разрыв в формации при постоянной скорости ступени состава для обработки, содержащего загущенный несущий состав с постоянной концентрацией первых твердых частиц для образования однородной области в разрыве с постоянным однородным распределением первых твердых частиц; последовательное чередование уровней концентрации якорного материала в составе для обработки между сравнительно богатыми якорным материалом уровнями и сравнительно бедными якорным материалом уровнями в закачиваемой ступени состава для обработки уровня, для образования неоднородных областей, содержащих обогащенные якорным материалом участки и обедненные якорным материалом участки в однородной области постоянного однородного распределения первых твердых частиц; уменьшение вязкости несущего состава в однородной области, чтобы вызвать осаждение первых твердых частиц перед смыканием разрыва, чтобы образовывать гидравлически проводящие каналы по меньшей мере в обедненных якорным материалом участках и колонны в обогащенных якорным материалом участках; таким образом, позволяя разрыву смыкаться на колоннах.
[0047] В некоторых вариантах осуществления способ может содержать преобразование обогащенных якорным материалом участков в узлы, обогащенные первыми твердыми частицами, для образования колонн. В некоторых вариантах осуществления первые твердые частицы и якорный материал могут иметь различные характеристики для придания различных скоростей осаждения. В некоторых вариантах осуществления первые твердые частицы и якорный материал могут иметь различные формы, размеры, плотности или их сочетания. В некоторых вариантах осуществления якорный материал имеет соотношение размеров, определяемое как отношение самого длинного размера частиц к самому короткому размеру частиц, большее, чем 6. В некоторых вариантах осуществления якорный материал представляет собой волокно, флокул, хлопья, ленту, пластинку, стержень или их сочетание.
[0048] В некоторых вариантах осуществления якорный материал может содержать распадающийся материал. В некоторых вариантах осуществления якорный материал выбирают из группы, состоящей из полимолочной кислоты (polylactic acid, PLA), полигликолевой кислоты (polyglycolic acid, PGA), полиэтилентерефталата (polyethylene terephthalate, PET), полиэфира, полиамида, поликапролактама и полилактона, поли(бутилен) сукцината, полидиоксанона, стекла, керамики, углерода (включая в себя составы на основе углерода), элементов в металлической форме, сплавов металлов, шерсти, базальта, акрила, полиэтилена, полипропилена, новолоидной смолы, полифенилсульфида, поливинилхлорида, поливинилиденхлорида, полиуретана, поливинилового спирта, полибензимидазола, полигидроквинон-димидазопиридина, поли(p-фенилен-2,6-бензобисоксазола), вискозы, хлопка или других натуральных волокон, резины, вязкой резины или их сочетания. В некоторых вариантах осуществления якорный материал может содержать акриловое волокно. В некоторых вариантах осуществления якорный материал может содержать слюду.
[0049] В некоторых вариантах осуществления якорный материал представлен в ступенях, насыщенных якорным материалом, для обработки суспензии, в количестве, меньшем, чем 5% по объему. Все отдельные значения и поддиапазоны от меньших, чем 5% по объему, включены и раскрыты в настоящем документе. Например, количество якорного материала может быть от 0,05% по объему, меньше, чем 5%, по объему или меньше, чем 1% по объему или меньше, чем 0,5% по объему. Якорный материал может присутствовать в количестве от 0,5% по объему до 1,5% по объему, или в количестве от 0,01% по объему до 0,5% по объему, или в количестве от 0,05% по объему до 0,5% по объему.
[0050] В других вариантах осуществления якорный материал может содержать волокна с длиной от 1 до 50 мм, или более конкретно от 1 до 10 мм, и диаметром от 1 до 50 микронов, или, более конкретно, от 1 до 20 микрон. Все значения и поддиапазоны от 1 до 50 мм включены и раскрыты в настоящем документе. Например, длина волокна связующего вещества может быть от нижнего предела 1, 3, 5, 7, 9, 19, 29 или 49 мм до какого-либо более высокого верхнего предела 2, 4, 6, 8, 10, 20, 30 или 50 мм. Длина волокна якорного материала может колебаться от 1 до 50 мм, или от 1 до 10 мм, или от 1 до 7 мм, или от 3 до 10 мм, или от 2 до 8 мм. Все значения от 1 до 50 микронов включены и раскрыты в настоящем документе. Например, длина волокна якорного материала может быть от нижнего предела 1, 4, 8, 12, 16, 20, 30, 40 или 49 мм до какого-либо верхнего предела 2, 6, 10, 14, 17, 22, 32, 42 или 50 мм. Диаметр волокна якорного материала может колебаться от 1 до 50 микронов или от 10 до 50 микронов, или от 1 до 15 микронов, или от 2 до 17 микронов.
[0051] В других вариантах осуществления якорный материал может быть волокном, выбранным из группы, состоящей из полимолочной кислоты (polylactic acid, PLA), полиэфира, поликапролактама, полиамида, полигликолевой кислоты, политерефталата, целлюлозы, шерсти, базальта, стекла, резины или их сочетания.
[0052] В других вариантах осуществления якорный материал может содержать волокно с длиной от 0,001 до 1 мм и диаметром от 50 нанометров (нм) до 10 микронов. Все отдельные значения от 0,001 до 1 мм включены и раскрыты в настоящем документе. Например, длина волокон якорного материала может быть от нижнего предела 0,001, 0,01, 0,1 или 0,9 мм до какого-либо более высокого верхнего предела 0,009, 0,07, 0,5 или 1 мм. Все отдельные значения от 50 нанометров до 10 микронов включены и раскрыты в настоящем документе. Например, диаметр волокон якорного материала может колебаться от нижнего предела 50, 60, 70, 80, 90, 100 или 500 нанометров до верхнего предела 500 нанометров, 1 микрон или 10 микронов.
[0053] В некоторых вариантах осуществления якорный материал может содержать расширяемый материал, такой как, например, набухающие эластомеры, расширяемые под воздействием температуры частицы. Примеры нефтенабухающих эластомеров включают в себя полимеры и сополимеры на основе бутадиена, такие как стирол-бутадиеновый каучук (styrene butadiene rubber, SBR), стирол-бутадиеновые блок-сополимеры, стирол-изопреновый сополимер, акрилатовые эластомеры, неопреновые эластомеры, нитрильные эластомеры, винилацетатные сополимеры и смеси EVA (этиленвинилацетат), и полиуретановые эластомеры. примеры водо- и рассолонабухающих эластомеров включают в себя привитые кислотой стирол-бутадиеновые эластомеры и привитые акриловой кислотой эластомеры. Примеры расширяемых под воздействием температуры частиц включают в себя метало- и газонаполненные частицы, которые расширяются больше, когда частицы нагревают, относительно кварцевого песка. В некоторых вариантах осуществления расширяемые металлы могут включать в себя окисел металла Ca, Mn, Ni, Fe и др., который реагирует с водой для образования гидроокиси металла, которая имеет меньшую плотность, чем окисел металла, т. е., гидроокись металла занимает больший объем, чем окись металла, таким образом, увеличивая объем, занимаемый частицей. Другие примеры набухающих неорганических материалов можно найти в публикации заявки на патент США № US 20110098202, которая включена в настоящий документ посредством ссылки в полном объеме. Примером газонаполненного материала являются микросферы EXPANCEL™, которые изготавливает и поставляет на рынок Akzo Nobel of Chicago, IL. Данные микросферы содержат полимерную оболочку с газом, заключенным внутри. Когда данные микросферы нагревают, газ внутри оболочки расширяется и увеличивает объем частиц. Диаметр частицы может увеличиваться в 4 раза, что может привести к увеличению объема в 64 раза.
[0054] В некоторых вариантах осуществления ступень состава для обработки представляет собой насыщенную расклинивающим наполнителем жидкость для гидроразрыва, и первые твердые частицы представляют собой расклинивающий наполнитель.
[0055] В некоторых вариантах осуществления система для добычи пластовых флюидов содержит скважину и разрыв, полученный с помощью какого-либо из способов разрыва, раскрытых настоящем документе.
[0056] В некоторых вариантах осуществления система содержит: подземную формацию, в которой пробурена скважина; ступень суспензии для обработки, расположенную в скважине, при этом ступень суспензии для обработки включает в себя постоянную концентрацию первых твердых частиц, и ряд относительно богатых якорным материалом вспомогательных ступеней, расположенных в чередующемся порядке в скважине с рядом обедненных якорным материалом вспомогательных ступеней; и систему насосов, которая может содержать один или больше насосов для постоянной подачи ступени состава для обработки от скважины в формацию под давлением, большим, чем давление разрыва, для закачивания ступени состава для обработки в разрыв в формации. В некоторых вариантах осуществления ступень состава для обработки содержит загущенный несущий состав и разжижитель, чтобы вызывать осаждение первых твердых частиц перед смыканием разрыва. В некоторых вариантах осуществления система также может включать в себя установку подачи состава для обработки в скважину для подачи дополнительных вспомогательных ступеней, обогащенных якорным материалом и обедненных якорным материалом, ступени состава для обработки.
[0057] В некоторых вариантах осуществления система для обработки подземной формации, в которой пробурена скважина, содержит: систему насосов, которая может содержать один или больше насосов для подачи состава ступени для обработки через скважину в формацию под давлением, большим, чем давление разрыва, для образования разрыва в формации; установку подачи состава ступени для обработки для непрерывного распределения первых твердых частиц в составе ступени для обработки, и для введения якорного материала в состав ступени для обработки в последовательно чередующихся концентрациях между сравнительно обогащенным якорным материалом уровнем и обедненным якорным материалом уровнем, для образования состава ступени для обработки, имеющего постоянную концентрацию первых твердых частиц и двухуровневую (или многоуровневую) концентрацию якорного материала; стимулятор в составе ступени для обработки для начала объединения первых твердых частиц в разрыве, чтобы образовывать расположенные с промежутками кластеры в разрыве; систему заякоривания в ступени состава для обработки, чтобы заякоривать кластеры в разрыве и замедлять объединение кластеров; и замкнутую систему для поддержания, а затем уменьшения давления в разрыве, чтобы удерживать разрыв открытым на кластерах, и образовывать взаимосвязанные, гидравлически проводящие каналы между кластерами.
[0058] В некоторых вариантах осуществления инициирование объединения первых твердых частиц может включать в себя гравитационное осаждение первых твердых части. В некоторых вариантах осуществления ступень состава для обработки может содержать загущенный несущий состав, и стимулятор может быть разжижителем.
[0059] Следующее описание основано на конкретных примерах в соответствии с некоторыми вариантами осуществления, в которых твердые частицы содержат расклинивающий наполнитель, а якорный материал или якорь, при наличии, содержит волокно. В некоторых конкретных вариантах осуществления, показанных ниже, скважина ориентирована горизонтально, а разрыв, главным образом, является вертикальным, однако изобретение не ограничено этой конкретной конфигурацией.
[0060] В некоторых вариантах осуществления способ включает в себя закачивание насыщенной расклинивающим наполнителем жидкости для гидроразрыва в подземную формацию под давлением, большим, чем давление разрыва формации, тогда как жидкость для гидроразрыва содержит постоянную концентрацию расклинивающего наполнителя в чередующихся ступенях с добавленным волокном и без него. Как показано на фиг. 1, в некоторых вариантах осуществления скважина 10, сообщающаяся с разрывом 12, может вводить жидкость для гидроразрыва, транспортирующую якорные материалы 14 и расклинивающий наполнитель 16, в разрыв 12. В ходе ступени разрыва в данном варианте осуществления жидкость для гидроразрыва течет радиально от скважины 10 для распределения якорных материалов 14 и расклинивающего наполнителя 16 в разрыве 12.
[0061] После закачивания жидкости для гидроразрыва скважина в некоторых вариантах осуществления может быть закрыта, или в противном случае поддерживается давление, достаточное для удержания разрыва 12 от смыкания. В некоторых вариантах осуществления гравитационное осаждение расклинивающего наполнителя 16, как показано на фиг. 2, может быть стимулировано, например, путем активации стимулятора для дестабилизации жидкости для гидроразрыва, например, разжижитель и, при необходимости, добавка разжижителя служит для уменьшения вязкости жидкости для гидроразрыва. Якорные материалы 14 при необходимости также могут осаждаться в разрыве 12, например, при меньшей скорости, чем расклинивающий наполнитель 16, что может вызываться в некоторых вариантах осуществления якорными материалами 14, имеющими удельный вес, который равен или ближе к удельному весу несущего состава, чем к удельному весу расклинивающего наполнителя 16. В одном, не имеющем ограничительного характера примере, расклинивающим наполнителем может быть песок с удельным весом 2,65, якорные материалы 14 могут быть локализованной насыщенной волокнами областью, содержащей волокно с удельным весом 1,1-1,5, например, волокна полимолочной кислоты, имеющие удельный вес 1,25, и несущий состав может быть на водной основе, с удельным весом1-1,1. В данном примере якорные материалы 14 могут иметь пониженную скорость осаждения по сравнению с расклинивающим наполнителем 16. В других вариантах осуществления якорные материалы 14 могут взаимодействовать с другой или обеими из сторон разрыва, например, за счет трения или адгезии, и могут иметь плотность, аналогичную или отличающуюся от плотности расклинивающего наполнителя, например, стекловолокно может иметь удельный вес больше, чем 2.
[0062] В результате различных скоростей осаждения, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления, расклинивающий наполнитель 16 образует кластеры 18, смежные с соответствующими якорными материалами 14, и осаждение замедляется, как показано на фиг. 3. Наконец, в некоторых вариантах осуществления якорные материалы 14 активируют, чтобы сделать неподвижными якорные структуры 20, для прочного удерживания кластеров 18 у противоположной поверхности (поверхностей) разрыва 12, как показано на фиг. 4. Кластеры 18 удерживают разрыв открытым, чтобы образовывать гидравлически проводящие каналы 22 между кластерами 18 для потока пластовых флюидов в скважине в ходе этапа добычи.
[0063] Как показано на фиг. 5, последовательность закачки, используемая в некоторых вариантах осуществления, имеет постоянную скорость закачки 30, постоянную концентрацию расклинивающего наполнителя 32 и непостоянную концентрацию волокон 34, 36. В данных вариантах осуществления насыщение расклинивающим наполнителем может сопровождаться ступенью 38 закачки состава для гидроразрыва без расклинивающего наполнителя, начинающейся при сравнительно низком насыщении 40 расклинивающим наполнителем, которая, после одной или больше вспомогательных ступеней 34A, насыщения волокном, может иметь пологий восходящий участок 42 через ряд вспомогательных ступеней 34B, насыщения волокном, до верхнего насыщения 44 расклинивающим наполнителем, а затем ее поддерживают при постоянной скорости 44 в ходе дополнительного ряда вспомогательных ступеней 34C насыщения расклинивающим наполнителем, до ступени 32 окончания закачивания расклинивающего наполнителя, сопровождающейся фонтанным периодом 46.
[0064] Например, вес расклинивающего наполнителя, добавляемого на единицу объема несущего состава, вначале может составлять 0,048 г/мл (0,4 фунта расклинивающего наполнителя, добавляемого на галлон состава-носителя (lbs proppant added per gallon of carrier fluid, (ppa)) и увеличиваться до 0,48 г/мл (4 ppa) или 0,72 г/мл (6 ppa) или 1,4 г/мл (12 ppa). Одновременно, вспомогательные ступени 36, 34 без волокон и насыщенные волокнами, чередуются, например, со вспомогательными ступенями без волокон, не содержащими добавленных волокон или содержащими менее <0,12 г/л, и ступенями, насыщенными волокнами, содержащими 0,12-12 г/л (1-100 фунтов на тысячу галлонов (lbs/thousand gallons), (тысячные доли(ppt))) добавленных волокон.
[0065] Как показано на фиг. 6, система 50, используемая для осуществления последовательности закачки по фиг. 5, может включать в себя систему 52 насосов, содержащую один или больше насосов для подачи чередующихся, без волокон и насыщенных волокнами, порций 54, 56 суспензии расклинивающего наполнителя с постоянной концентрацией в скважину 58 и разрыв 60. В показанных вариантах осуществления скважина 58 может содержать по существу горизонтальную часть 58A, которая может быть обсажена или закончена открытым отверстием, при этом разрыв 60 является поперечно или продольно ориентированным и, следовательно, в основном вертикальным или наклонным относительно горизонтали. Станция 62 смешивания в некоторых вариантах осуществления может быть выполнена на поверхности для подачи смеси 64 несущего состава от источника 66, какого-либо расклинивающего наполнителя от источника 68, который, например, может быть дополнительно стабилизирован концентрированной смешанной суспензией (concentrated blend slurry, CBS), чтобы обеспечить постоянную концентрацию расклинивающего наполнителя, какого-либо волокна от источника 70, которое, например, может быть концентрированной маточной смесью, чтобы обеспечить надежное чередование концентрации волокон и каких-либо других добавок, которые могут подаваться от любых других источников 66, 68, 70 или дополнительного необязательного источника (источников) 72, в любом порядке, например, загустители, агенты, контролирующие потери, ослабители трения, антикоагулянты глин, биоциды, сшивающие вещества, разжижители, добавки разжижителя, ингибиторы коррозии, и/или добавки, контролирующие обратный поток расклинивающего наполнителя или др. В некоторых вариантах осуществления концентрации одной или больше добавок, включающих другие или дополнительные якорные материалы и/или прекурсоры якорных материалов, к жидкости для гидроразрыва, могут чередоваться, например вдобавок к чередованию концентрации волокон. Например, разжижитель для несущего состава может добавляться только к обедненному волокнами составу, или повышенная концентрация разжижителя может быть добавлена к составу без волокон, а пониженная концентрация разжижителя может быть добавлена к составу, насыщенному волокнами. Кроме того, две или больше добавки (в том числе, волокно) могут чередоваться независимо.
[0066] Скважина при необходимости также может быть оборудована запорным клапаном 74 для поддержания давления в скважине 58 и разрыве 60, линией 76 обратного потока/добычи для обратного потока или добытых флюидов либо во время, либо после обработки, а также любым другим обычным скважинным оборудованием.
[0067] Поддержание сравнительно плавной концентрации расклинивающего наполнителя во время закачки в некоторых вариантах осуществления делает возможной стабильность порций 54, 56 во время последовательности закачки, вследствие сравнительно незначительных изменений в плотности между порциями без волокон, и насыщенными волокнами, например, небольшое изменение плотности, при котором плотность порций 56, насыщенных волокнами, находится в пределах +/-10% от плотности предшествующих и последующих порций 54 без волокон, или при котором плотность порций 56, насыщенных волокнами, находится в пределах +/-5% от плотности предшествующих и последующих порций 54 без волокон, или при котором плотность порций 56, насыщенных волокнами, находится в пределах +/-2% от плотности предшествующих и последующих порций 54 без волокон, или при котором плотность порций 56, насыщенных волокнами, находится в пределах +/-1% от плотности предшествующих и последующих порций 54 без волокон, или др. Разность плотности между соседними порциями 54, 56 признана, как главный параметр, влияющий на уровень смешивания поверхности раздела между порциями, особенно, в некоторых вариантах осуществления, в которых используется тот же несущий состав, и/или в которых смежные порции 54, 56 имеют одинаковую или похожую кажущуюся вязкость, т. е., в которых смежные порции имеют вязкости в пределах +/-10% друг от друга, например, +/-5% или +/-2% или +/-1%; в которых разность плотности может в противном случае устанавливать предел минимального объема порций в технологии чередования насыщения расклинивающим наполнителем, раскрытой в публикации заявки на патент США № US 2008/0135242, которая включена в настоящий документ посредством ссылки. В некоторых вариантах осуществления концентрация волокон между смежными порциями 54, 56 может быть знакопеременной ступенчатой функцией от 0 или по сути нуля (без волокон) или меньше, чем 1 г/л (1 ppt) в порциях 54, и равной или по меньшей мере 1,2 г/л (10 ppt), или равной или по меньшей мере 2,4 г/л (20 ppt), или равной или по меньшей мере 4,8 г/л (40 ppt), в порциях 56, насыщенных волокнами.
[0068] Концепция в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения может, таким образом, свести к минимуму смешивание границ раздела, что может обеспечить лучшую стабильность при малом размере порции, что, в свою очередь обеспечивает более глубокое транспортирование порции внутрь разрыва 60 от скважины 58, а это, в свою очередь, может обеспечить лучшее канализирование. В некоторых вариантах осуществления порции 54, 56 могут иметь объем, меньший, чем, или равный 1600 л (10 баррелей), 1300 л (8 баррелей), 950 л (6 баррелей), 640 л (4 баррелей), 320 л (2 баррелей), 160 л (1 баррель) или 80 л (0,5 барреля); и/или периодичность порций 54, 56 в скважине по меньшей мере от 10 в час, или по меньшей мере от 20 в час, или по меньшей мере от 30 в час, и до 100 в час или меньше, или до 50 в час или меньше, и/или объемную скорость порции для прохождения по скважине (скорость закачки/объем порции) по меньшей мере 1/мин или по меньшей мере 5/мин или по меньшей мере 10/мин до 100/мин или больше. В некоторых вариантах осуществления, кроме того, предполагается, что объем порции и/или периодичность порции может изменяться в ходе ступени состава для обработки, например, начиная с более высокого объема порции и/или более низкой периодичности, и оканчивая более низким объемом порции и/или более высокой периодичностью, либо с постепенным изменением объема/периодичности порции между порциями, либо как ступенчатая функция или ряд ступенчатых функций.
[0069] В некоторых вариантах осуществления порции 54, 56 могут иметь одинаковые или различные объемы, например, порции 54 без якорного материала могут иметь больший объем, чем порции 56, насыщенные якорным материалом, включая некоторые варианты осуществления, в которых якорный материал содержит волокно. В некоторых вариантах осуществления объемное отношение порций 54 без якорного материала к порциям 56, насыщенным якорным материалом, включая некоторые варианты осуществления, в которых якорный материал содержит волокно, может колебаться от 1:100 до 100:1, или от какого-либо нижнего предела, выбранного от 1:1, 2:1, 3:1, 4:1, 5:1, 6:1, 8:1, 10:1, 20:1, 50:1, до верхнего предела, выбранного от 100:1, 75:1, 25:1, 15:1, 10:1, 8:1, 6:1, 4:1, 3:1, 2:1.
[0070] Согласно фиг. 6 и 7, использование последовательности закачки по фиг. 5 в некоторых вариантах осуществления (особенно, когда перфорированные щели являются поперечными) может приводить к непрерывному введению через ствол скважины 110, чтобы образовывать радиальное расположение участков 114 без расклинивающего наполнителя, соответствующих ступени закачки состава без расклинивающего наполнителя, примыкающих к вершине разрыва 112, и участки, насыщенные расклинивающим наполнителем, примыкающие к скважине 110, с чередующимися участками без волокон 116 и с волокнами 118. Участки 116, содержащие волокна, и участки 118 без волокон вначале образуются в разрыве 112 в виде колец над выходом жидкости для гидроразрыва из скважины 110, при этом кольца утончаются по мере радиального продвижения от скважины, и разбиваются на отдельные участки, что приводит к смещению расклинивающего наполнителя с неоднородным распределением содержания волокон, и образованию участков 116, 118 без волокон внутри разрыва.
[0071] В некоторых вариантах осуществления способность жидкости для гидроразрыва приостанавливать расклинивающий наполнитель снижается после окончания обработки гидроразрыва и перед смыканием разрыва до уровня, который стимулирует гравитационное осаждение расклинивающего наполнителя внутри разрыва. Например, жидкость для гидроразрыва может быть стабилизирована во время размещения с помощью загущенного несущего состава и дестабилизирована с помощью нарушения вязкости после размещения в разрыве и перед смыканием. Осаждение расклинивающего наполнителя приводит к созданию неоднородного распределения расклинивающего наполнителя внутри разрыва, поскольку скорость осаждения расклинивающего наполнителя в присутствии волокон существенно меньше, чем без волокон. При некоторых определенных концентрациях волокон и расклинивающего наполнителя в соответствии с настоящим изобретением, существует возможность образования устойчивых взаимосвязанных участков без расклинивающего наполнителя и обогащенных расклинивающим наполнителем кластеров, что, в свою очередь, обеспечивает возможность высокой проводимости разрыва после его смыкания. Как показано на фиг. 8 и 9, осаждение расклинивающего наполнителя из исходного распределения волокна, показанное на фиг. 6-7, приводит к образованию обогащенных твердыми частицами кластеров 120 через обогащенные волокнами структуры 122 и обедненных твердыми частицами участков 124, соответствующих проводящим каналам. Вид сбоку разреза для разрыва по фиг. 9 по линии 10-10 также представлен на фиг. 10.
[0072] Используемые здесь термины «состав для обработки» или «состав для обработки скважины» являются включающими «жидкость для гидроразрыва» или «суспензия для обработки», и должны толковаться в широком смысле. Они могут представлять собой или включать в себя жидкость, твердые частицы, газ и их комбинацию, что должно быть понятно специалисту в данной отрасли. Состав для обработки может принимать форму раствора, эмульсии, активированной текучей среды (включая пену), суспензию, или любую другую форму, что должно быть понятно специалисту в данной отрасли.
-1
-1
[0073] Используемый здесь термин «суспензия» относится к необязательно текучей смеси частиц, распределенных в текучем носителе. Термины «текучий» или «накачиваемый», или «смешиваемый» используются здесь как взаимозаменяемые, и относятся к текучей среде или суспензии, которая имеет либо предел текучести, либо вязкость при низком усилии сдвига (5,11 с), меньшую, чем 1000 Па и динамическую кажущуюся вязкость, меньшую, чем 10 Па-с (10 000 сантипуаз) при скорости сдвига 170 с, где предел текучести, вязкость при низком усилии сдвига и динамическая кажущаяся вязкость измеряются при температуре 25°C, если не указана другая температура, явно или в контексте применения.
-1
[0074] Термин «вязкость» используется здесь, если не указано иное, в отношении кажущейся динамической вязкости текучей среды при температуре 25°C и скорость сдвига 170 с.
[0075] «Состав для обработки» или «состав» (в контексте) относится ко всему составу для обработки, включая какой-либо расклинивающий наполнитель, частицы субрасклинивающего наполнителя, жидкость, газ и др. «Цельный состав», «общее количество состава» и «базовый состав» используется здесь в отношении текучей фазы плюс частицам субрасклинивающего наполнителя, распределенным в ней, за исключением частиц расклинивающего наполнителя. «Носитель» «текучая фаза» или «жидкая фаза» относится к текучей среде или жидкости, которая присутствует, и которая может содержать непрерывную фазу и при необходимости одну или больше дисперсных газовых или жидких текучих фаз, распределенных в непрерывной фазе, включая только какие-либо растворенные вещества, загустители или коллоидные частицы, исключая другие частицы твердой фазы; упоминание «воды» в суспензии относится только к воде, и исключает какой-либо газ, жидкость или твердые частицы, растворенные вещества, загустители, коллоидные частицы и др.; упоминание «водной фазы» относится к несущей фазе, содержащей преимущественно воду, которая может быть непрерывной или дисперсной фазой. Используемые здесь термины «жидкость» или «жидкая фаза» охватывают как жидкости, как таковые, так и сверхкритические текучие среды, включая любые растворимые вещества, растворенные в них.
[0076] Термин «дисперсная система» означает смесь одного вещества, распределенного в другом веществе, и может включать в себя коллоидные или не коллоидные системы. Используемый здесь термин «эмульсия», как правило, означает какую-либо систему с одной жидкой фазой, распределенной в другой несмешиваемой жидкой фазой, и может применяться к эмульсиям нефти в воде и воды в нефти. Термин «обращенные эмульсии» относится к какой-либо эмульсии воды в нефти, в которой нефть является непрерывной или внешней фазой, а вода является дисперсной или внутренней фазой.
[0077] Термин «активированная текучая среда» и «пена» относится к текучей среде, которая, будучи подвержена низкому давлению среды, выпускает или высвобождает газ из раствора или дисперсной системы, например, жидкости, содержащей растворенные газы. Пены или активированные текучие среды являются стабильными смесями газов и жидкостей, которые образуют двухфазную систему. Пена и активированные текучие среды, в общем, описываются качеством пены, т. е., отношением объема газа к объему пены (текучей фазы состава для обработки), т. е., отношением объема газа к сумме объемов газа и жидкости. Если качество пены находится между 52% и 95%, активированную текучую среду обычно называют пеной. Свыше 95%, пена обычно сменяется туманом. В применении к настоящему патенту термин «активированная текучая среда» также охватывает пены и относится к любой стабильной смеси газа и жидкости, независимо от качества пены. Активированные текучие среды включают в себя любой из элементов:
(a) Жидкости, которые в условиях температуры и давления забоя скважины близки к насыщению видами газа. Например, жидкость может быть водным раствором, а газ азотом или двуокисью углерода. Связанным с жидкостью и газообразными веществами, и температурой является давление, называемое точкой начала кипения, при котором жидкость является полностью насыщенной. При давлениях ниже точки начала кипения газ выходит из раствора;
(b) Пены, состоящие, в основном, из газовой фазы, водной фазы и твердой фазы. При высоких давлениях качество пены, обычно является низким (т. е., объем ненасыщенного газа низкий), но качество (и объем) возрастает по мере падения давления. Кроме того, водная фаза может быть создана как твердый материал, и, после того как газовая фаза растворяется в твердой фазе, вязкость твердого материала уменьшается, так что твердый материал становится жидким; или
(c) Сжиженные газы.
[0078] Используемое в настоящем документе, если не указано иное, как подробно описано далее, значение размера частиц и распределения частиц по размеру (particle size distribution, PSD) относится к усредненному размеру среднего объема. Используемый здесь средний размер может быть каким-либо объемом, принятым в технике, включая, например, и без ограничений, диаметр примерно сферических твердых частиц. В одном из вариантов осуществления средний размер может быть характеристическим размером, который может быть размером, считающимся наиболее наглядным для частиц при определении диапазона распределения по размерам.
[0079] Используемый здесь термин «водорастворимый полимер» к полимеру, который обладает растворимостью в воде по меньшей мере 5% по весу (0,5 г полимера в 9,5 г воды) при 25°C.
-1
[0080] Измерение или определение вязкости жидкой фазы (как противоположной составу для обработки или базовому составу) может быть основано на прямом измерении жидкости, не содержащей твердых частиц, или на расчете или корреляции на основе измерения (измерений) характеристик или свойств жидкости, содержащей твердые частицы, или на измерении жидкости, содержащей твердые частицы, с использованием метода, в котором определение вязкости не зависит от наличия твердых частиц. Используемый здесь термин «не содержащий твердых частиц» с целью определения вязкости жидкой фазы означает: при отсутствии неколлоидных частиц, больших, чем 1 микрон, так что частицы не влияют на определение вязкости, но при наличии каких-либо субмикронных или коллоидных частиц, которые могут присутствовать для загущения и/или образования геля с жидкостью, т. е., в присутствии ультрамелких частиц, которые могут действовать как загуститель. В некоторых вариантах осуществления термин «жидкая фаза с низкой вязкостью» означает вязкость, меньшую, чем примерно 300 мПа-с, измеренную при отсутствии твердых частиц, больших, чем 1 микрон, при 170 с и 25°C.
2
2
[0081] В некоторых вариантах осуществления состав для обработки может включать в себя непрерывную текучую фазу, также называемую внешней фазой, и дисперсную фазу (фазы), также называемую внутренней фазой (фазами), которая может быть текучей средой (жидкостью или газом) в случае эмульсии, пеной или активированной текучей средой, или которая может быть твердыми частицами в случае суспензии. Непрерывная текучая фаза, также называемая здесь несущим составом, или содержащая несущий состав, может быть любым веществом, которое является по существу постоянным в данных условиях. Примеры непрерывной текучей фазы включают в себя, помимо прочего, воду, углеводороды, газ (например, азот или метан), сжиженный газ (например, пропан, бутан или др.), и т. д., которые могут включать в себя растворенные вещества, например, текучая фаза может быть соляным раствором, и/или может содержать соляной раствор или другой раствор (растворы). В некоторых вариантах осуществления текучая фаза (фазы) может дополнительно содержать загуститель и/или агент, увеличивающий предельное напряжение сдвига и/или часть суммарного количества имеющегося загустителя и/или агента, увеличивающего предельное напряжение сдвига. Некоторые, не имеющие ограничительного характера, примеры текучей фазы (фаз) включают в себя гидратируемые гели и смеси гидратируемых гелей (например, гели, содержащие полисахариды, такие как гуары и их производные, ксантан и диутан и их производные, производные гидратируемой целлюлозы, такие как гидроксиэтилцеллюлоза, карбоксиметилцеллюлоза и другие, поливиниловый спирт и его производные, другие гидратируемые полимеры, коллоидные вещества и др.), поперечно-связанный гидратируемый гель, кислоту с увеличенной вязкостью (т. е. на основе геля), эмульгированную кислоту, (например, масляную кислоту с внешней фазой), активированную текучую среду (например, пена на основе N или CO), вязкоупругое поверхностно-активное вещество (VES), загущенную текучую среду, и текучую среду на масляной основе, включая желатинизированное, вспененное или загущенной иным способом масло.
[0082] Дисперсная фаза, при ее наличии в составе для обработки, может представлять собой любые твердые частицы (в том числе, капли текучей среды), которые взвешены или иным образом диспергированы в непрерывной фазе разрозненным образом. В этом отношении дисперсная фаза также может называться, в собирательном значении, «частицей» или «частицами», которые могут быть использованы как взаимозаменяемые. Используемый здесь термин «частица» должен толковаться в широком значении. Например, в некоторых вариантах осуществления, частица (частицы) по настоящей заявке представляют собой твердые частицы, такие как расклинивающий наполнитель, песок, керамика, кристаллы, соли и др.; однако в некоторых других вариантах осуществления частица (частицы) могут быть жидкостью, газом, пеной, эмульгированными каплями и др. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления частица (частицы) по настоящей заявке являются по сути стабильными, и не изменяют очертания или форму в течение длительного периода времени, под воздействием температуры или давления; в некоторых других вариантах осуществления частица (частицы) в настоящем описании являются разлагаемыми, расширяемыми, набухающими, растворимыми, деформируемыми, плавкими, сублимируемыми, или способными иным образом изменять форму, состояние или структуру.
[0083] В некоторых вариантах осуществления частица (частицы) является по существу круглой и сферической. В некоторых вариантах осуществления частица (частицы) является по существу не сферической и/или круглой, например, она может иметь переменную степень сферичности и круглости в соответствии с индексом API RP-60 сферичности и круглости. Например, частица (частицы) используемая в качестве якорного материала или иным способом, может иметь соотношение размеров, большее, чем 2, 3, 4, 5 или 6. Примеры таких несферических частиц включают в себя, помимо прочего, волокна, флокулы, хлопья, диски, стержни, звездочки и др. Все такие варианты должны рассматриваться в объеме настоящей заявки.
[0084] Введение частиц с высоким соотношением размеров в состав для обработки, например, частиц, имеющих соотношение размеров по меньшей мере 6, представляет дополнительные или альтернативные варианты осуществления для стабилизации состава для обработки замедления осаждения во время размещения расклинивающего наполнителя, который может быть удален, например, путем растворения или разложения в растворимые продукты разложения. Пример таких несферических частиц включает в себя, помимо прочего, волокна флокулы, хлопья, диски, стержни, звездочки, и др., как описано, например, в документах US7275596, US20080196896, которые включены в настоящее описание посредством ссылки. В одном из вариантов осуществления введение реснитчатых или покрытых расклинивающих наполнителей в состав для обработки также может стабилизировать или помочь стабилизировать состав для обработки или его участки. Расклинивающий наполнитель или другие частицы, покрытые гидрофильным полимером, могут принудить частицы вести себя, как большие частицы и/или более липкие частицы, в водной среде. Гидрофильное покрытие на молекулярном уровне может иметь сходство с ресничками, т. е. частицами расклинивающего наполнителя, к которым прикреплены волосоподобные выступы, или которые сформированы на его поверхности. Здесь частицы расклинивающего наполнителя с гидрофильным покрытием упоминаются как «реснитчатый или покрытый расклинивающий наполнитель». Наполнители с гидрофильным покрытием и способы их получения описаны, например, в документах WO 2011-050046, US 5905468, US 8227026 и US 8234072, которые включены в настоящее описание посредством ссылки.
[0085] В одном из вариантов осуществления частицы могут быть многоуровневыми. Используемый здесь термин «многоуровневый» относится к множеству размеров или уровней частиц, каждый из которых имеет отличающийся размер или распределение частиц по размерам, например, расклинивающий наполнитель и мелкий заполнитель. Используемые здесь термины «отличающиеся размеры частиц», «отличающееся распределение частиц по размерам», или «многоуровневый» означают, что каждая из множества частиц имеет уникальный уровень распределения частиц по размеру (PSD), усредненный по объему. То есть, статистически, распределение частиц по размеру для различных частиц проявляется, как различные пики (или «уровни») в непрерывной функции распределения вероятностей. Например, смесь двух частиц, имеющую нормальное распределение частиц по размерам с аналогичной изменчивостью, рассматривают, как двухуровневую смесь частиц, если их соответствующие значения отличаются больше, чем сумма их соответствующих среднеквадратических отклонений, и/или если их соответствующие значения отличаются на статистически значимую величину. В одном из вариантов осуществления частицы содержат двухуровневую смесь двух частиц; в одном из вариантов осуществления частицы содержат трехуровневую смесь трех частиц; в одном из вариантов осуществления частицы содержат четырехуровневую смесь четырех частиц; в одном из вариантов осуществления частицы содержат пятиуровневую смесь пяти частиц, и т. д. Репрезентативные ссылки, раскрывающие многоуровневые смеси частиц, включают в себя документы US 5518996, US 7784541, US 7789146, US 8008234, US 8119574, US 8210249, US 2010/0300688, US 2012/0000641, US 2012/0138296, US 2012/0132421, US 2012/0111563, WO 2012/054456, US 2012/0305245, US 2012/0305254, US 2012/0132421, PCT/RU2011/000971 и US 13/415,025, каждый из которых включен в настоящий документ посредством ссылки.
[0086] Термины «твердые частицы» и «объем твердых частиц» относятся ко всем твердым частицам, присутствующим в суспензии, включая расклинивающий наполнитель и частицы субрасклинивающего наполнителя, в том числе, частицы загустителя, такие как коллоидные и субмикронные частицы. «Не содержащий твердых частиц» и аналогичные термины, как правило, исключают расклинивающий наполнитель и частицы субрасклинивающего наполнителя, кроме частиц загустителя, таких как коллоидные вещества, для целей определения вязкости «не содержащей твердых частиц» текучей среды.
[0087] Термин «расклинивающий наполнитель» относится к частицам, которые используют в работах в скважинах и обработках, таких как операции гидроразрыва, для удержания разрывов открытыми после обработки. В некоторых вариантах осуществления расклинивающий наполнитель может быть с уровнем или уровнями размеров частиц в суспензии, имеющей значение средневзвешенного размера частиц, большее, чем или равное примерно 100 микронов, например, частицы 140 меш соответствуют размеру 105 микронов. В других вариантах осуществления расклинивающий наполнитель может содержать частицы или агрегаты, состоящие из частиц, с размером от 0,001 до 1 мм. Все отдельные значения от 0,001 до 1 мм включены и раскрыты в настоящем документе. Например, размер твердых частиц может составлять от нижнего предела 0,001, 0,01, 0,1 или 0,9 мм до верхнего предела 0,009, 0,07, 0,5 или 1 мм. Здесь размер частицы определен, как наибольший размер зерна указанной частицы.
[0088] Термин «гравий» относится к частицам, используемым в заполнении гравием, и термин является синонимом расклинивающего наполнителя, используемого здесь. «Суб-расклинивающий наполнитель» или «субрасклинивающий наполнитель» относится к частицам или размерам, или уровням частиц (включая коллоидные и субмикронные частицы), имеющим меньшие размеры, чем уровень (уровни) расклинивающего наполнителя; упоминание «расклинивающего наполнителя» исключает частицы субрасклинивающего наполнителя, и наоборот. В одном из вариантов осуществления каждый из уровня или уровней расклинивающего наполнителя значение средневзвешенного размера частиц, меньше, чем или равно примерно одной второй значения средневзвешенного размера частицы, наименьшего из уровней расклинивающего наполнителя, например, уровня приостановки/стабилизации.
[0089] Расклинивающий наполнитель, при его наличии, может быть природным материалом, таким как зерна песка. Расклинивающий наполнитель, при его наличии, также может искусственным или специально созданным, например, покрытым (включая покрытие смолами) песком, числовой характеристикой различных орешков, высокопрочными керамическими материалами, такими как спеченные бокситы и др. В некоторых вариантах осуществления расклинивающий наполнитель согласно настоящей заявке, при его наличии, имеет плотность больше, чем 2,45 г/мл, например, 2,5-2,8 г/мл, такой как песок, керамика, спеченный боксит или покрытый смолой расклинивающий наполнитель. В некоторых вариантах осуществления расклинивающий наполнитель согласно настоящей заявке, при его наличии, имеет плотность больше, чем или равную 2,8 г/мл, и/или состав для обработки может иметь кажущийся удельный вес, например, меньше, чем 1,5, меньше, чем 1,4, меньше, чем 1,3, меньше, чем 1,2, меньше, чем 1,1, или меньше, чем 1,05, меньше, чем 1, или меньше, чем 0,95. В некоторых вариантах осуществления сравнительно большая разность плотности между расклинивающим наполнителем и несущим составом может, например, усиливать осаждение расклинивающего наполнителя в ходе фазы образования кластеров.
[0090] В некоторых вариантах осуществления расклинивающий наполнитель согласно настоящей заявке, при его наличии, имеет плотность, меньшую чем или равную 2,45 г/мл, например, легкий/сверхлегкий расклинивающий наполнитель от различных изготовителей, например полый расклинивающий наполнитель. В некоторых вариантах осуществления состав для обработки имеет кажущийся удельный вес больше, чем 1,3, больше, чем 1,4, больше, чем 1,5, больше, чем 1,6, больше, чем 1,7, больше, чем 1,8, больше, чем 1,9, больше, чем 2, больше, чем 2,1, больше, чем 2,2, больше, чем 2,3, больше, чем 2,4, больше, чем 2,5, больше, чем 2,6, больше, чем 2,7, больше, чем 2,8, больше, чем 2,9, или больше, чем 3. В некоторых вариантах осуществления, в которых расклинивающий наполнитель может быть плавучим, т. е., имеющим удельный вес меньший, чем удельный вес несущего состава, термин «осаждение» быть включающим восходящее осаждение или всплывание.
[0091] «Стабильный» или «стабилизированный» или аналогичные термины относятся к концентрированной смешанной суспензии (concentrated blend slurry, CBS), в которой гравитационное осаждение частиц замедляется таким образом, что не образуется или образуется в минимальном количестве свободная жидкость, и/или отсутствуют или имеются в минимальном объеме реологические колебания между стратами на различных глубинах в CBS, и/или суспензия может, главным образом, рассматриваться, как стабильная в течение ожидаемого срока хранения и условий использования CBS, например, CBS, которая проходит испытания на стабильность или эквивалентные испытания. В одном из вариантов осуществления стабильность может быть оценена после различных условий осаждения, например, только статическое под влиянием гравитации, или динамическое под влиянием вибрации, или динамические и статические условия с использованием по меньшей мере одного условия динамического осаждения с последующим и/или предшествующим по меньшей мере одним условием статического осаждения.
[0092] Статические условия испытаний на осаждение могут включать в себя гравитационное осаждение в течение заданного периода, например, 24 часа, 48 часов, 72 часа, и др., которые, как правило, упоминаются с соответствующим кратким примечанием «24 ч-стат», «48 ч-стат» или «72 ч-стат». Динамические условия испытаний на осаждение, как правило, указывают частоту и длительность вибраций, например, 4h@15Hz (4 часа при 15 Гц), 8h@5Hz (8 часов при 5 Гц) или др. Динамические условия испытаний на осаждение имеют место при амплитуде вибраций 1 мм вертикального смещения, если не указано иное. Динамические и статические условия должны указывать историю осаждения предыдущего анализа, включая общую продолжительность вибраций и конечный период статических условий, например, 4 ч при 15 Гц/20 ч-стат относится к 4 часам вибраций с последующими 20 часами статических условий, или 8 ч при 15 Гц/10 д-стат относится к 8 часам вибраций, например, 4 часа вибраций с последующими 20 часами статических условий, 4 часа вибраций с последующими 10 днями статических условий. При отсутствии противоположных указаний обозначение «8 ч при 15 Гц/10 д-стат» относится к условиям испытаний 4 часа вибраций с последующими 20 часами статических испытаний с последующими 4 часами вибраций с последующими 10 днями статических условий. При отсутствии указанных условий осаждения, условия осаждения составляют 72 часа статических условий. Условия стабильного осаждения и испытаний имеют место при 25°C, если не указано иное.
[0093] Используемая здесь концентрированная смешанная суспензия (concentrated blend slurry, CBS) может соответствовать по меньшей мере одному из следующих условий:
-1
(1) суспензия имеет вязкость при низком усилии сдвига, равную или большую, чем 1 Па-с (5,11 с, 25°C);
(2) суспензия имеет предел текучести Гершеля-Бакли (включая формулу пластического течения Бингама) (как определено в способе, описываемом в настоящем документе), равный или больше, чем 1 Па; или
(3) наибольший уровень частиц в суспензии имеет статическую скорость осаждения, меньшую, чем 0,01 мм/ч; или
(4) глубина какой-либо свободной жидкости в конце 72-часовых статических условий испытаний на осаждение или 8 ч при 15 Гц/10 д-статических и динамических условий испытаний на осаждение (4 часа вибраций с последующими 20 часами статических условий с последующими 4 часами вибрацией с последующими в конце 10 днями статических условий) составляет не больше, чем 2% от общей глубины; или
-1
(5) кажущаяся динамическая вязкость (25°C, 170с) по страте колонны после 72-часовых статических условий испытаний на осаждение или 8 ч при 15 Гц/10 д-статических и динамических условий испытаний на осаждение составляет не больше, чем +/-20% от начальной динамической вязкости; или
(6) фракция объема твердых частиц (solids volume fraction, (SVF) суспензии по страте колонны ниже какого-либо слоя свободной воды после 72-часовых статических условий испытаний на осаждение или 8 ч при 15 Гц/10 д-статических и динамических условий испытаний на осаждение составляет не больше, чем на 5% больше чем начальная SVF; или
(7) плотность по страте колонны ниже какого-либо слоя свободной воды после 72-часовых статических условий испытаний на осаждение или 8 ч при 15 Гц/10 д-статических и динамических условий испытаний на осаждение составляет не больше, чем 1% от начальной плотности.
-1
-1
[0094] В некоторых вариантах осуществления концентрированная смешанная суспензия включает в себя по меньшей мере следующие показатели стабильности: (1) SVF по меньшей мере 0,4 до SVF=PVF; (2) вязкость при низком усилие сдвига по меньшей мере 1 Па-с (5,11 с, 25°C); (3) предел текучести (как определено в настоящем документе) по меньшей мере 1 ПА; (4) кажущаяся вязкость по меньшей мере 50 мПа-с (170 с, 25°C); (5) многоуровневая твердая фаза; (6) твердая фаза, имеющая PVF, больше, чем 0,7; (7) загуститель, выбранный из вязкоупругих поверхностно активных веществ, в количестве, колеблющемся от 0,01 до 7,2 г/л (60 ppt), и способные к гидратации гелеобразующие вещества в количестве, колеблющемся от 0,01 до 4,8 г/л (40 ppt) на основе объема текучей фазы; (8) коллоидные частицы; (9) небольшое изменение плотности между твердыми частицами и текучей средой, меньшее, чем 1,6 г/мл, (например, твердые частицы, имеющие удельный вес, меньший, чем 2,65 г/мл, несущий состав, имеющий плотность, большую, чем 1,05 г/мл или их сочетание); (10) частицы, имеющие отношение размеров по меньшей мере 6; (11) реснитчатый или покрытый расклинивающий наполнитель; и (12) их сочетания.
-1
-1
[0095] В одном из вариантов осуществления концентрированная смешанная суспензия образуется (стабилизируется) по меньшей мере в одной из следующих операций стабилизации суспензии: (1) введение достаточного количества частиц в суспензию или состав для обработки, чтобы увеличить SVF состава для обработки по меньшей мере до 0,4; (2) увеличение вязкости при низком усилии сдвига суспензии или состава для обработки по меньшей мере до 1 Па-с (5.11 с, 25°C); (3) увеличение предела текучести суспензии или состава для обработки по меньшей мере до 1 Па; (4) увеличение кажущейся вязкости суспензии или состава для обработки по меньшей мере до 50 мПа-с (170 с, 25°C); (5) введение многоуровневой твердой фазы в суспензию или состав для обработки; (6) введение твердой фазы, имеющей PVF больше, чем 0,7, в суспензию или состав для обработки; (7) введение в суспензию или состав для обработки загустителя, выбранного среди вязкоупругих поверхностно-активных веществ, например, в количестве, колеблющемся от 0,01 до 7,2 г/л (60 ppt), и способных к гидратации гелеобразующих веществ, например, в количестве, колеблющемся от 0,01 до 4,8 г/л (40 ppt) на основе объема текучей фазы; (8) введение коллоидных частиц в суспензию или состав для обработки; (9) понижение изменения плотности между частицами и текучей средой до меньше, чем 1,6 г/мл (например, вводя частицы, имеющие удельный вес, меньше, чем 2,65 г/мл, несущий состав, имеющий плотность, большую, чем 1,05 г/мл или их сочетание); (10) введение в суспензию или состав для обработки твердых частиц, имеющих соотношение размеров по меньшей мере 6; (11) введение реснитчатого или покрытого расклинивающего наполнителя в суспензию или состав для обработки; и (12) их сочетание. Операции стабилизации суспензии могут быть отдельными или одновременными, например, введение одного загустителя может также увеличивать вязкость при низком усилии сдвига, предел текучести, кажущуюся вязкость и др., или, альтернативно или дополнительно в отношении загустителя, отдельные вещества могут быть добавлены для увеличения вязкости при низком усилии сдвига, пределе текучести и/или кажущейся вязкости.
-1
-1
[0096] Увеличение вязкости несущего состава в ньютоновской текучей среде также пропорционально увеличивает сопротивление перемещению несущего состава. В некоторых вариантах осуществления несущий состав имеет нижний предел кажущейся динамической вязкости, определенный при 170 с и 25°C, по меньшей мере около 10 мПа-с, или по меньшей мере около 25 мПа-с, или по меньшей мере около 50 мПа-с, или по меньшей мере около 75 мПа-с, или по меньшей мере около 100 мПа-с, или по меньшей мере около 150 мПа-с, или по меньшей мере около 300 мПа-с, или по меньшей мере около 500 мПа-с. Недостатком увеличения вязкости является то, что по мере увеличения вязкости, давление трения для закачки суспензии, в основном, также возрастает. В некоторых вариантах осуществления несущая текучая среда имеет верхний предел кажущейся динамической вязкости, определенный при 170 с и 25°C, меньше, чем примерно 1000 мПа-с, или меньше, чем примерно 500 мПа-с, или меньше, чем примерно 300 мПа-с, или меньше, чем примерно 150 мПа-с, или меньше, чем примерно 100 мПа-с, или меньше, чем примерно 50 мПа-с. В некоторых вариантах осуществления вязкость текучей фазы колеблется от какого-либо нижнего предела до какого-либо большего верхнего предела.
[0097] В некоторых вариантах осуществления вещество может, как загущать, так и придавать характеристики предела текучести, линия может также действовать как понизитель трения для уменьшения потерь давления при закачке состава для обработки. В некоторых вариантах осуществления жидкая фаза является по существу свободной от загустителя или содержит загуститель в количестве, колеблющемся от 0,01 до 12 г/л (0,08-100 ppt) от текучей фазы. Загуститель может быть вязкоупругим поверхностно-активным веществом (viscoelastic surfactant, VES) или способным к гидратации гелеобразующим веществом, таким как полисахарид, который может быть поперечно сшитым. При использовании загустителей и/или текучих сред предела текучести, осаждение расклинивающего наполнителя в некоторых вариантах осуществления может стимулироваться путем разжижения текучей среды, использующей разжижитель (разжижители). В некоторых вариантах осуществления суспензию стабилизируют для хранения и/или закачки или другого использования в условиях поверхности и для транспортирования и размещения расклинивающего наполнителя, а стимулирования осаждения достигают внутри скважины в более позднее время, перед смыканием разрыва, что может происходить при более высокой температуре, например для некоторых формаций разность температур между поверхностью и скважиной может быть значительной и полезной для стимулирования распада загустителя, каких-либо стабилизирующих частиц (например, частиц субрасклинивающего наполнителя), при его наличии, вещества или характеристик предела текучести, и/или активации разжижителя. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления разжижители, которые либо являются чувствительными к температуре, либо чувствительными ко времени, либо за счет отсрочки действия разжижителей, или отсрочки смешивания разжижителя в суспензии, могут быть полезными для начала дестабилизации суспензии и или осаждения расклинивающего наполнителя.
3
2
[0098] В некоторых вариантах осуществления текучая среда может включать в себя агенты, контролирующие утечку, например, латексная дисперсия, водорастворимые полимеры, субмикронные частицы, частицы с соотношением размеров, больше, чем 1, или больше, чем 6, их сочетание и др., например, поперечно сшитый микрогель поливинилового спирта. Агент потерь текучей среды может представлять собой, например латексную дисперсию поливинилиденхлорид, поливинилацетат, сополимер полистирола с бутадиеном; водорастворимый полимер, такой как гидроксиэтилцеллюлоза (hydroxyethylcellulose, HEC), гуар, сополимеры полиакриламида и их производные; особенно, агенты контроля потерь текучей среды в диапазоне размеров от 30 нм до 1 микрона, такие как γ-окись алюминия, коллоидный кварц, CaCO , SiO, бентонит и др.; особенно. с различными раз мерами, например, стекло волокно, флокулы, хлопья, пленки и какое-либо их сочетание или др. Агенты потерь текучей среды могут, при необходимости, также включать в себя или использоваться в сочетании с акриламидометилпропан-сульфонатным полимером (acrylamido-methyl-propane sulfonate polymer, AMPS). В одном из вариантов осуществления агент контроля утечки содержит реагирующее твердое вещество, например, гидролизуемый материал, такой как PGA, PLA или др; или он может включать в себя растворимый или диспергируемый материал, такой как воск, маслорастворимая смола, или другой материал, растворимый в углеводородах, или карбонат кальция, или другой материал, растворимый при низком pH; и т. д. В одном из вариантов осуществления агент, контролирующий утечку, содержит реагирующие твердое вещество, выбранное из группы: кварцевая мука, маслорастворимая смола, распадающаяся каменная соль, глина, цеолит или др. В других вариантах осуществления агент, контролирующий утечку, содержит одно или больше из веществ: гидроксид магния, карбоната магния, магниево-кальциевый карбонат, карбонат кальция, гидроксид алюминия, оксалат кальция, фосфат кальция, метафосфат алюминия, натриево-цинковое-калиево-полифосфатное стекло, и натриево-кальциево-магниево-полифосфатнон стекло или др. Состав для обработки может также содержать коллоидные частицы, например коллоидный кремнезем, который может действовать как агент контроля потерь, гелеобразователь и/или загуститель.
[0099] В некоторых вариантах осуществления состав для обработки, содержащий расклинивающий наполнитель, может содержать от 0,06 или 0,12 г расклинивающего наполнителя на мл состава для обработки (соответствует 0,5 или 1 ppa) до 1,2 или 1,8 г/мл (соответствует 10 или 15 ppa). В некоторых вариантах осуществления состав для обработки, насыщенный расклинивающим наполнителем, может иметь относительно низкую насыщенность расклинивающим наполнителем в ранее закачанной жидкости для гидроразрыва, и относительно высокую насыщенность расклинивающим наполнителем в закачанной позже жидкости для гидроразрыва, которая может соответствовать сравнительно узкой ширине разрыва, примыкающей к вершине разрыва, и сравнительно большей ширине разрыва, примыкающей к скважине. Например, насыщенность расклинивающим наполнителем может начинаться с исходной величины 0,48 г/мл (4 ppa) и увеличиваться до 0,6 г/мл (6 ppa) в конце.
[00100] Соответственно, в настоящем изобретении предложены следующие варианты осуществления:
E1. Способ обработки подземной формации, через которую проходит скважина, включающий:
закачивание состава ступени для обработки с давлением, большим давления разрыва, для образования разрыва в формации;
непрерывное распределение первых твердых частиц в формации в составе ступени для обработки;
объединение первых твердых частиц, распределенных в разрыве, чтобы образовывать расположенные с промежутком кластеры в разрыве;
заякоривание по меньшей мере некоторых из кластеров в разрыве, чтобы замедлить объединение по меньшей мере некоторых из кластеров;
уменьшение давления в разрыве, чтобы удерживать разрыв открытым на кластерах и образовывать взаимосвязанные гидравлически проводящие каналы между кластерами.
E2. Способ в соответствии с вариантом осуществления E1, в котором первые твердые частицы, непрерывно распределяемые в составе ступени для обработки, содержат дезагрегированный расклинивающий наполнитель при постоянной концентрации.
E3. Способ в соответствии с вариантом осуществления E1 или вариантом осуществления E2, в котором объединение включает в себя стимулирование осаждения распределенных первых твердых частиц.
E4. Способ в соответствии с вариантом осуществления E3, дополнительно включающий в себя загущение состава ступени для обработки, чтобы распределять первые твердые частицы в формации, и разжижение состава ступени для обработки в разрыве, чтобы стимулировать осаждение.
E5. Способ в соответствии с любым одним из вариантов осуществления от E1 до E4, дополнительно включающий в себя постепенное изменение уровней концентрации якорного материала в составе ступени для обработки между относительно обогащенным якорным материалом уровнем и обедненным якорным материалом уровнем во время непрерывного распределения первых твердых частиц в формации в составе ступени для обработки, чтобы способствовать одному или обоим процессам, объединению и заякориванию кластеров.
E6. Способ в соответствии с вариантом осуществления E5, в котором якорный материал содержит волокно.
E7. Способ в соответствии с любым одним из вариантов осуществления от E1 до E6, в котором проводящие каналы проходят в сообщении по текучей среде от места примыкания поверхности разрыва в формации вдали от скважины до или вблизи ствола скважины.
E8. Способ в соответствии с любым одним из вариантов осуществления от E1 до E7, включающий в себя:
закачивание ступени состава для обработки в разрыв в формации при постоянной скорости с постоянной концентрацией первых твердых частиц;
в то же время поддерживая постоянную скорость и концентрацию первых твердых частиц во время закачивания ступени состава для обработки, последовательно чередуя уровни концентрации якорного материала в ступени состава для обработки между множеством относительно богатых якорным материалом уровнями и множеством относительно бедных якорным материалом уровнями в пределах закачиваемой ступени состава для обработки.
E9. Способ в соответствии с вариантом осуществления E8, в котором чередование уровней концентрации якорного материала образует неоднородные области в разрыве, содержащие участки, обогащенные якорным материалом, и участки, обедненные якорным материалом.
E10. Способ в соответствии с вариантом осуществления E8 или вариантом осуществления E9, дополнительно содержащий образование перемычек с уровнями, обогащенными якорным материалом в разрыве, и образование проводящих каналов между перемычками с уровнями, обогащенными якорным материалом.
E11. Способ в соответствии с любым одним из вариантов осуществления от E1 до E10, в котором закачивание ступени состава для обработки образует однородную область в разрыве с постоянным однородным распределением первых твердых частиц.
E12. Способ в соответствии с любым одним из вариантов осуществления от E1 до E11, в котором закачиваемая ступень состава для обработки содержит загущенный несущий состав, и, кроме того, включающий в себя:
понижение вязкости несущего состава в разрыве, чтобы инициировать осаждение первых твердых частиц перед смыканием разрыва; а затем позволение смыкания разрыва.
E13. Способ обработки подземной формации, через которую проходит скважина, включающий:
закачивание в разрыв в формации при постоянной скорости ступени состава для обработки, содержащего загущенный несущий состав с постоянной концентрацией первых твердых частиц, чтобы образовывать однородную область в разрыве с постоянным однородным распределением первых твердых частиц;
последовательное чередование уровней концентрации якорного материала в составе для обработки между уровнями, обогащенными якорным материалом, и уровнями, обедненными якорным материалом, в закачиваемой ступени состава для обработки, чтобы образовывать неоднородные области, содержащие участки, обогащенные якорным материалом, и участки, обедненные якорным материалом, в однородной области с постоянным однородным распределением первых твердых частиц; понижение вязкости несущего состава в однородной области для инициирования осаждения первых твердых частиц перед смыканием разрыва, чтобы образовывать гидравлически проводящие каналы по меньшей мере в обедненных якорным материалом участках и колонны в обогащенных якорным материалом участках; а затем позволение разрыву смыкаться на колоннах.
E14. Способ в соответствии с вариантом осуществления E13, дополнительно включающий в себя преобразование участков, обогащенных якорным материалом, в узлы, обогащенные первыми твердыми частицами, чтобы образовывать колонны.
E15. Способ в соответствии с вариантом осуществления E13 или вариантом осуществления E14, в котором первые твердые частицы и якорный материал имеют различные формы, размеры, плотности или их сочетание.
E16. Способ в соответствии с одним из вариантов осуществления от E13 до E15, в котором якорный материал имеет соотношение размеров больше, чем 6.
E17. Способ в соответствии с одним из вариантов осуществления от E13 до E17, в котором якорный материал представляет собой волокно, флокулы, смолу, пластинки, стержни или их сочетание.
E18. Способ в соответствии с любым одним из вариантов осуществления от E13 до E17, в котором якорный материал представляет собой разлагаемый материал.
E19. Способ в соответствии с любым одним из вариантов осуществления от E13 до E18, в котором якорный материал выбирают из группы, состоящей из полимолочной кислоты (polylactic acid, PLA), полигликолевой кислоты (polyglycolic acid, PGA), полиэтилентерефталата (polyethylene terephthalate, PET), полиэфира, полиамида, поликапролактама и полилактона, поли(бутилен) сукцината, полидиоксанонполимолочной кислоты, полиэфира, поликапролактама, полиамида, полимолочной кислоты, политерефталата, стекла, керамики, углерода (включая составы на основе углерода), элементов в металлической форме, сплавов металлов, шерсти, базальта, акрила, полиэтилена, полипропилена, новолоидной смолы, полифенилсульфида, поливинилхлорида, поливинилиденхлорида, полиуретана, поливинилового спирта, полибензимидазола, полигидроквинон-димидазопиридина, поли(p-фенилен-2,6-бензобисоксазола), вискозы, хлопка или других натуральных волокон, целлюлозы, шерсти, базальта, стекла, резины, вязкой резины или их сочетания.
E20. Способ в соответствии с любым одним из вариантов осуществления от E13 до E19, в котором якорный материал представляет собой расширяемый материал.
E21. Способ в соответствии с любым одним из вариантов осуществления от E13 до E20, в котором ступень состава для обработки представляет собой жидкость для гидроразрыва, насыщенную расклинивающим наполнителем, а первые твердые частицы представляют собой расклинивающий наполнитель.
E22. Система, содержащая:
подземную формацию, через которую пробурена скважина;
ступень суспензии для обработки, расположенную в скважине, при этом ступень суспензии для обработки содержит постоянную концентрацию первых твердых частиц, и ряд относительно богатых якорным материалом вспомогательных ступеней, расположенных в скважине в чередующемся порядке с рядом обедненных якорным материалом вспомогательных ступеней; и
систему насосов для непрерывной подачи ступени состава для обработки от скважины в формацию под давлением, большим, чем давление гидроразрыва, для закачивания ступени состава для обработки в разрыв в формации.
E23. Система в соответствии с вариантом осуществления E22, в которой ступень состава для обработки содержит загущенный несущий состав и разжижитель, чтобы вызывать осаждение первых твердых частиц перед смыканием разрыва.
E24. Система в соответствии с вариантом осуществления E22 или E23, дополнительно включающая в себя установку подачи состава для обработки в скважину, для подачи дополнительных вспомогательных ступеней, обогащенных якорным материалом и обедненных якорным материалом, ступени состава для обработки.
E25. Система для обработки подземной формации, через которую проходит скважина, включающая:
систему насосов для подачи состава ступени для обработки через скважину в формацию под давлением, большим, чем давление гидроразрыва, для образования разрыва в формации;
установку подачи состава ступени для обработки для постоянного распределения первых твердых частиц в составе ступени для обработки, и для введения якорного материала в состав ступени для обработки в последовательно чередующихся концентрациях между относительно обогащенным якорным материалом уровнем и обедненным якорным материалом уровнем, для образования состава ступени для обработки, имеющего постоянную концентрацию первых твердых частиц и двухуровневую концентрацию якорного материала;
стимулятор в составе ступени для обработки для инициирования объединения первых твердых частиц в гидроразрыве, чтобы формировать расположенные с промежутком кластеры в разрыве;
систему заякоривания в ступени состава для обработки для заякоривания кластеров в разрыве и замедления объединения кластеров;
замкнутую систему для поддержания, а затем уменьшения давления в разрыве, чтобы удерживать разрыв открытым на кластерах, и образовывать взаимосвязанные, гидравлически проводящие каналы между кластерами.
E26. Система в соответствии с вариантом осуществления E25, в которой ступень состава для обработки включает в себя загущенный несущий состав и стимулятор, содержащий разжижитель.
E27. Система для обработки подземной формации, через которую проходит скважина, включающая:
средства для закачивания состава ступени для обработки с давлением, большим давления разрыва, для образования разрыва в формации;
средства для непрерывного распределения первых твердых частиц в формации в составе ступени для обработки;
средства для объединения первых твердых частиц, распределенных в разрыве, чтобы образовывать расположенные с промежутком кластеры в разрыве;
средства для заякоривания кластеров в разрыве, чтобы замедлить объединение кластеров;
средства для уменьшения давления в разрыве, чтобы удерживать разрыв открытым на кластерах и образовывать взаимосвязанные, гидравлически проводящие каналы между кластерами.
ПРИМЕРЫ
[00101] Пример 1: Создание каналов из кластеров расклинивающего наполнителя во время осаждения расклинивающего наполнителя в лабораторных испытаниях по заполнению щелевой модели. В данном примере описаны результаты лабораторного эксперимента по созданию каналов в щелевой модели во время осаждения расклинивающего наполнителя. В данном эксперименте щелевую модель с начальный шириной 6 мм и внутренними размерами 102 см на 102 см (40×40 дюймов) заполняли в чередующейся последовательности порциями расклинивающего наполнителя, насыщенного волокнами и без волокон, приготовленного с помощью поперечно-связанной текучей среды (см. фиг. 11). Щелевая модель имела прозрачную переднюю панель. Перед экспериментом на обратную стенку щелевой модели была приклеена черная наждачная бумага с шероховатостью зерна 100 меш.
[00102] Объем каждой порции составлял 0,8 л. В общем, в щелевую модель были последовательно закачаны 8 порций каждого типа. Две трети щелевой модели было заполнено вследствие значительного отклонения стенки, что приводило к увеличению внутреннего объема щелевой модели по сравнению с рассчитанным объемом состава. Поскольку ширина отклонения средней части во время заполнения увеличивалась от 6 мм до 10 мм. Состав порций приведен ниже.
Состав без волокон: 0,48 г/мл (4 ppa) песка (смесь 85% из 40/70 меш и 15% из 100 меш) в поперечно-связанном загустителе несущего состава (3 г/л (25 ppt); 0,24 г/л (2 gpt) сшивающего агента, 1,2 г/л (10 ppt) разжижителя, 0,5 мл/л (0,5 gpt) добавки разжижителя).
Состав, насыщенный волокнами: 0,48 г/мл (4 ppa) песка (смесь 85% из 40/70 меш и 15% из 100 меш) и 4,8 г/л (40 ppt) волокон PLA в поперечно-связанном загустителе несущего состава (3 г/л (25 ppt); 0,24 г/л (2 gpt) сшивающего агента, 1,2 г/л (10 ppt) разжижителя, 0,5 мл/л (0,5 gpt) добавки разжижителя).
[00103] Песок в составе, насыщенном волокнами, был окрашен в голубой цвет путем добавления небольшого количества метиленового синего. Разжижитель и добавку разжижителя добавляли к каждому типу состава для уменьшения вязкости состава со временем, чтобы сделать возможным осаждение расклинивающего наполнителя. Концентрация разжижителя и добавки разжижителя сделала возможным полное разжижение поперечно связанного состава в течение одного часа после начала эксперимента при комнатной температуре.
[00104] На фиг. 12 и 13 схематически показана щелевая модель через 1,5 часа и 15 часов, соответственно, после начала эксперимента. Очевидно, что разжижение поперечно-связанного состава имеет следствием осаждение расклинивающего наполнителя в участках без волокон и его накапливание в порциях состава, насыщенных волокнами. Неоднородное распределение песка, созданное внутри щелевой модели, было стабильным в течение более чем 10 часов.
[00105] Ширина созданных кластеров составляла примерно 10 миллиметров, как было определено во время разбора щелевой модели после эксперимента. Часть объема твердых частиц внутри кластеров без волокон составляла 56%, и 48% внутри участков, насыщенных волокнами.
[00106] Тогда как варианты осуществления были проиллюстрированы и подробно описаны на чертежах и в вышеприведенном описании, их также следует рассматривать как иллюстративные, а не ограничивающие по характеру, следует понимать, что были показаны и описаны только некоторые варианты осуществления, и что все изменения и модификации, происходящие в пределах сущности вариантов осуществления, требуют защиты. Следует понимать, что в то время как использование таких слов, как в идеале, желательно, предпочтительнее, предпочтительно, предпочтительный, более предпочтительный или примерный, в вышеприведенном описании показывает, что признак, описанный таким образом, может быть более желательным или характерным, тем не менее, может быть не обязательным, и варианты осуществления, не имеющие его, могут быть предусмотрены в пределах объема настоящего изобретения, который определяется следующей формулой изобретения. При рассмотрении пунктов формулы подразумевается, что, если используются такие слова, как неопределенные артикли, «по меньшей мере один», или «по меньшей мере одна часть», это не подразумевает ограничения формулы только одним элементом, если иное явно не указано в формуле изобретения. Когда используются выражения «по меньшей мере часть» и/или «часть», элемент может включать в себя часть и/или весь элемент, если явно не указано иное.