СПОСОБЫ ИНИЦИИРОВАНИЯ НОВЫХ РАЗЛОМОВ В ЗАКОНЧЕННОМ СТВОЛЕ СКВАЖИНЫ, УЖЕ СОДЕРЖАЩЕМ РАЗЛОМЫ
METHODS FOR INITIATION OF NEW FAULTS IN FINISHED WELL BORE, ALREADY CONTAINING FAULTS

Уровень техники
Настоящее изобретение в целом относится к операциям разрыва пласта и, более конкретно, к герметизации существующих разломов в законченном стволе скважины с последующим инициированием в нем новых разломов.
Операции разрыва часто проводят с целью повышения добычи из подземной формации. В ходе добычи из подземной формации иногда может стать необходимым проведение последующих операций разрыва в подземной формации, например, если при первой операции разрыва не удалось ввести достаточное количество разломов, необходимое для достижения желаемого уровня добычи. Эти последующие операции разрыва могут стать намного более сложной технической задачей из-за наличия существующих разломов в стволе скважины. Для того чтобы предотвратить утечку жидкости в подземную формацию во время последующих операций разрыва, может быть необходимо герметизировать существующие разломы в подземной формации. Как правило, герметизация существующих разломов в подземной формации может быть проведена с помощью суспензии частиц, которая приводит к осаждению пробок из частиц в разломах. Пробки из частиц могут быть разработаны таким образом, чтобы разрушиться через некоторое время, если это необходимо.
Так как может быть трудно точно определить объем, необходимый для герметизации существующих разломов, в подземную формацию, как правило, вводят избыток суспензии частиц. Наличие избытка суспензии частиц в подземной формации может препятствовать возможности выполнять последующие операции разрыва. В частности, присутствие суспензии частиц в подземной формации может привести к отсутствию гидравлической связи жидкости с поверхностью подземной формации. То есть присутствие частиц в подземной формации может предотвратить разрыв даже тогда, когда жидкость для разрыва вводят в подземную формацию при давлении, которое обычно достаточно для создания или увеличения по меньшей мере одного разрыва в подземной формации.
При выполнении последующих операций разрыва в подземной формации твердые частицы, используемые для герметизации существующих разломов, иногда могут быть просто вымыты из подземной формации до разрыва. Хотя не существует надежного способа окончательно определить, что жидкость внутри формации по существу свободна от частиц и подходит для проведения последующей операции разрыва, этот подход обычно может быть достаточным для незаконченных стволов скважин, так как, чтобы удалить частицы из подземной формации, как правило, в них может быть достигнута достаточная циркуляция жидкости. Тем не менее промывка может значительно повысить затраты времени и средств при добыче из подземной формации.
Для законченных стволов скважин задача устранения частиц из подземной формации может быть значительно более затруднительной. В случае законченных стволов скважин, где существующие разломы находятся за муфтами гидроразрыва или подобными барьерами, может быть трудно создать достаточную циркуляцию жидкости, даже при больших объемах промывки, чтобы эффективно вымыть частицы из ствола скважины. Неспособность полностью удалить остатки частиц из ствола скважины может сделать неудачными последующие операции разрыва.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение в целом относится к операциям разрыва пласта и, более конкретно, к герметизации существующих разломов в законченном стволе скважины с последующим инициированием в нем новых разломов.
В одном варианте осуществления настоящее изобретение предусматривает способ, включающий: введение жидкости для обработки, содержащей множество разрушаемых частиц для герметизации, в законченный ствол скважины, проникающий через подземную формацию, уже имеющую существующий разлом; герметизацию существующего разлома по меньшей мере частью разрушаемых частиц для герметизации, тем самым формируя разрушаемую пробку из частиц; разрушение после герметизации любых разрушаемых частиц для герметизации, оставшихся в жидкости для обработки, так что жидкость для обработки становится по существу свободной от частиц; и разрыв подземной формации после того, как жидкость для обработки становится по существу свободной от частиц, чтобы ввести в нее по меньшей мере один новый разлом.
В одном варианте осуществления настоящее изобретение обеспечивает способ, включающий: обеспечение жидкости для обработки, содержащей множество разрушаемых частиц для герметизации и добавку, которая увеличивает скорость разрушения частиц для герметизации; введение жидкости для обработки в законченный ствол скважины, проникающий через подземную формацию, имеющую существующий разлом, так что существующий разлом герметизируется по меньшей мере частью разрушаемых частиц для герметизации с образованием разрушаемой пробки из частиц; обеспечение достаточного времени, чтобы любые разрушаемые частицы для герметизации, остающиеся в жидкости для обработки, разрушились, так что жидкость для обработки становится по существу свободной от частиц; и после того, как жидкость для обработки становится по существу свободной от частиц, разрыв подземной формации, чтобы ввести в нее по меньшей мере один новый разлом.
В одном варианте осуществления настоящее изобретение предусматривает способ, включающий: обеспечение жидкости для обработки, содержащей множество разрушаемых частиц для герметизации; введение жидкости для обработки в законченный ствол скважины, проникающий через подземную формацию, имеющую первое множество разломов, так что в первое множество разломов проникает по меньшей мере часть разрушаемых частиц для герметизации с образованием в них разрушаемой пробки из частиц; где законченный ствол скважины включает кольцевое пространство, ограниченное муфтой гидроразрыва и поверхностью подземной формации; обеспечение достаточного времени, чтобы любые разрушаемые частицы для герметизации, остающиеся в жидкости для обработки, разрушились, так что жидкость для обработки становится по существу свободной от частиц; после того, как жидкость для обработки становится по существу свободной от частиц, разрыв подземной формации, чтобы ввести в нее второе множество разломов; разрушение разрушаемой пробки из частиц после разрыва пласта.
Особенности и преимущества настоящего изобретения будут очевидны для специалиста в данной области техники при прочтении описания предпочтительных вариантов осуществления, которые следуют ниже.
Подробное описание изобретения
Настоящее изобретение в целом относится к операции разрыва пласта, и, более конкретно, к герметизации существующих разломов в законченном стволе скважины с последующим инициированием в нем новых разломов.
Варианты осуществления, описанные здесь, могут позволить успешно проводить несколько операций разрыва пласта в подземной формации с целью повышения добычи из нее. В частности, способы, описанные в настоящем документе, обеспечивают механизм, посредством которого существующие разломы в подземной формации могут быть закрыты с помощью пробки из частиц при выполнении новой операции разрыва, но без частиц, угрожающих возможности образования новых разломов в подземной формации. Ключевым преимуществом способов по изобретению является то, что они могут значительно сократить время ожидания, необходимое для проведения последующих операций разрыва пласта в подземной формации. В результате, способы согласно настоящему изобретению могут привести к более быстрой и более рентабельной добыче. Еще большее преимущество способов согласно настоящему изобретению заключается в том, что они могут быть эффективно использованы в законченных стволах скважин, в которых может быть затруднительно удалить частицы перед последующей операцией разрыва другим способом. Хотя способы настоящего изобретения могут быть особенно полезны для законченных стволов скважин, они также могут сходным образом повысить эффективность добычи и снизить стоимость добычи для не законченных стволов скважин.
В вариантах осуществления, описанных здесь, используют разрушаемые частицы для герметизации, в частности суспензию разрушаемых частиц, которая может быть в форме жидкости для обработки. При введении в подземную формацию разрушаемые частицы для герметизации могут образовывать разрушаемую пробку из частиц в существующих разломах пласта. Хотя в подземных операциях для герметизации разломов было использовано большое разнообразие разрушаемых частиц для герметизации, их, как правило, используют в тех случаях, когда не требуется проводить последующие операции, и частицы могут быть оставлены разрушаться с их естественной скоростью разрушения. В других случаях остаток частиц может быть вымыт из подземной формации. Как отмечалось выше, этот подход может быть неэффективным для законченных скважин.
В отличие от обычных применений разрушаемых частиц для герметизации, в соответствии с вариантами осуществления по изобретению оставшиеся разрушаемые частицы для герметизации в жидкости для обработки могут быть оставлены разрушаться, или их разрушение может быть ускорено, так что жидкость для обработки становится по существу свободной от частиц и способной эффективно передавать давление разрыва. Авторами настоящего изобретения установлено, что разрушаемые частицы для герметизации в жидкости для обработки могут разрушаться со значительно большей скоростью, чем разрушаемые частицы для герметизации, присутствующие в разрушаемой пробке из частиц. В частности, в настоящем изобретении было установлено, что, когда разрушаемые частицы для герметизации находятся в разрушаемой пробке из частиц, химическая и физическая среда, воздействию которой подвергаются разрушаемые частицы для герметизации, может значительно отличаться от среды, присутствующей в жидкости для обработки. Это различие может быть использовано для создания жидкости для обработки, которая временно содержит частицы для формирования разрушаемой пробки из частиц, но позже становится по существу свободной от частиц, так что могут быть проведены дополнительные операции разрыва, в то время как разрушаемая пробка из частиц остается целой. В связи с меньшей скоростью разрушения частиц в разрушаемой пробке из частиц существующие разломы могут быть по меньшей мере временно закрыты пробками, при этом могут быть проведены последующие операции разрыва.
Как указано выше, в описанных в настоящем документе способах разрушаемые частицы для герметизации используются существенно иным образом, чем они обычно использовались в уровне техники. Разрушение разрушаемых частиц для герметизации в жидкости для обработки, потенциально при увеличенной скорости разрушения, может значительно сократить время ожидания и затраты, необходимые для проведения последующих операций разрыва пласта, по сравнению с обычным использованием разрушаемых частиц. В частности, в соответствии с некоторыми из представленных вариантов в жидкость для обработки могут быть введены добавки, чтобы ускорить разрушение частиц для герметизации в жидкости для обработки, но где это увеличение скорости разрушения частиц для герметизации в жидкости для обработки превышает увеличение скорости разрушения разрушаемых частиц для герметизации в разрушаемой пробке из частиц. Это противоречит традиционному использованию разрушаемых частиц для герметизации, где, как правило, не желательно увеличивать скорость разрушения разрушаемой пробки из частиц по сравнению с ее естественной скоростью разрушения. Кроме того, морфология и химия разрушаемых частиц для герметизации могут быть адаптированы, чтобы изменить их скорость разрушения в жидкости для обработки и/или в разрушаемой пробке из частиц, чтобы соответствовать конкретному применению.
В данном описании термины «обработка» или «обрабатывать» относятся к любой операции в подземной формации, при которой используют жидкость с достижением желаемой функции и/или для желаемой цели. Термины «обработка» и «обрабатывать» в настоящем документе не подразумевают какого-либо конкретного действия жидкости или какого-либо конкретного ее компонента, если не указано иное. Используемый здесь термин «жидкость для обработки» представляет собой жидкость, которая находится в подземной формации для осуществления требуемой функции. Жидкость для обработки может включать, например, буровые растворы, жидкости для разрыва, жидкости для набивки гравия, жидкости для кислотной обработки, жидкости для охвата, жидкости для контроля повреждений, жидкости для рекультивации, жидкости для удаления осадка и для ингибирования, жидкости для химического заводнения и тому подобное.
В настоящем документе термин «разрушаемые частицы для герметизации» относится к материалу в форме частиц, который разрушается до материала не в форме частиц в течение определенного периода времени. Разрушение разрушаемых частиц для герметизации в некоторых вариантах может включать химическое разрушение, при котором разрушаемые частицы для герметизации химически изменяются в процессе потери формы частиц. Например, разрушаемые частицы для герметизации могут быть химически изменены из материала, который является по существу нерастворимым в воде, в материал, который является растворимым в воде. В некоторых вариантах осуществления разрушение разрушаемых частиц для герметизации может включать физическое изменение. Например, в некоторых вариантах осуществления частицы для герметизации могут просто стать растворимыми в течение определенного периода времени или претерпеть физическое изменение, которое приведет к потере ими формы частиц. Для разрушения разрушаемых частиц для герметизации также может быть использовано ферментативное (биологическое) превращение. Для разрушения структуры частиц разрушаемых частиц для герметизации также может быть использована комбинация физических, химических и/или биологических изменений. Если не указано иное, термин «разрушаемые» не подразумевает какой-либо конкретный вид разрушения или конкретную скорость разрушения.
В настоящем документе термин «разрушаемая пробка из частиц» относится к агломерированному скоплению разрушаемых частиц для герметизации, которые не расположены внутри жидкости для обработки. Если не указано иное, то разрушаемые частицы для герметизации в разрушаемой пробке из частиц могут иметь сниженную скорость деградации по сравнению с разрушаемыми частицами для герметизации, которые присутствуют в жидкости для обработки.
В настоящем описании термин «по существу свободный от частиц» относится к состоянию, при котором жидкость для обработки не содержит частиц на уровне, который мешает гидравлической связи давления разрыва с поверхностью подземной формации. В некоторых вариантах осуществления жидкость для обработки, которая содержит менее чем около 5 об.% разрушаемых частиц для герметизации, можно считать по существу свободной от частиц. В других вариантах осуществления жидкость для обработки, которая содержит менее чем около 1 об.% разрушаемых частиц для герметизации можно считать по существу свободной от частиц.
В некоторых вариантах осуществления описанные здесь способы могут включать: введение жидкости для обработки, содержащей множество разрушаемых частиц для герметизации, в законченный ствол скважины, проникающий через подземную формацию, имеющую существующий разлом; герметизацию существующего разлома по меньшей мере частью разрушаемых частиц для герметизации с формированием разрушаемой пробки из частиц; разрушение после герметизации любых разрушаемых частиц для герметизации, оставшихся в жидкости для обработки, так что жидкость для обработки становится по существу свободной от частиц, и разрыв подземной формации после того, как жидкость для обработки становится по существу свободной от частиц, чтобы ввести в нее по меньшей мере один новый разлом.
В некоторых вариантах осуществления описанные здесь способы могут включать: обеспечение жидкости для обработки, содержащей множество разрушаемых частиц для герметизации, и добавку, которая увеличивает скорость разрушения разрушаемых частиц для герметизации; введение жидкости для обработки в законченный ствол скважины, проникающий через подземную формацию, имеющую существующий разлом, так что существующий разлом герметизируется по меньшей мере частью разрушаемых частиц для герметизации с образованием разрушаемой пробки частиц; обеспечение достаточного времени, чтобы любые разрушаемые частицы для герметизации, остающиеся в жидкости для обработки, разрушились, так что жидкость для обработки становится по существу свободной от частиц; и разрыв подземной формации после того, как жидкость для обработки становится по существу свободной от частиц, чтобы ввести в нее по меньшей мере один новый разлом.
В некоторых вариантах осуществления описанные здесь способы могут включать: обеспечение жидкости для обработки, содержащей множество разрушаемых частиц для герметизации; введение жидкости для обработки в законченный ствол скважины, проникающий через подземную формацию, имеющую существующий разлом, так что существующий разлом герметизируется по меньшей мере частью разрушаемых частиц для герметизации с образованием разрушаемой пробки из частиц, где законченный ствол скважины включает кольцевое пространство, ограниченное муфтой гидроразрыва и поверхностью подземной формации; обеспечение достаточного времени, чтобы любые разрушаемые частицы для герметизации, остающиеся в жидкости для обработки, разрушились, так что жидкость для обработки становится по существу свободной от частиц; и разрыв подземной формации после того, как жидкость для обработки становится по существу свободной от частиц, чтобы ввести в нее по меньшей мере один новый разлом.
После формирования разрушаемой пробки из частиц в подземной формации и после того, как жидкость для обработки стала по существу свободной от частиц, в подземной формации может быть проведена операция разрыва, чтобы создать в ней по меньшей мере один новый разлом. Впоследствии, при желании, новые разломы могут быть временно герметизированы в соответствии со способами, описанными в настоящем документе, и в подземной формации может быть проведена еще одна операция разрыва. То есть способы настоящего изобретения могут быть использованы для разрыва подземной формации несколько раз, если это необходимо. В противном случае, когда операция разрыва завершена, в некоторых вариантах осуществления может быть начата добыча.
В некоторых вариантах осуществления способы настоящего изобретения могут дополнительно включать добычу текучих веществ из подземной формации. В некоторых вариантах осуществления добываемое текучее вещество может представлять собой пластовое текучее вещество, такое как, например, нефть или природный газ, которые добывают после операции разрыва.
В некоторых вариантах осуществления способы настоящего изобретения могут дополнительно включать разрушение разрушаемой пробки из частиц после проведения разрыва. Единственное главное требование к разрушаемой пробке из частиц состоит в том, что она остается целой в течение достаточно продолжительного времени для проведения операции разрыва и что она разрушается более медленно, чем остаточные разрушаемые частицы для герметизации в жидкости для обработки. После проведения операция разрыва может быть начата добыча. В некоторых вариантах осуществления разрушаемая пробка из частиц может разрушиться до начала добычи. В таких вариантах добыча может происходить как из новых, так и из существовавших разломов. В других вариантах осуществления разрушаемая пробка из частиц может разрушиться при проведении добычи. В таких вариантах осуществления может начаться добыча из новых разломов, а впоследствии она может быть дополнена добычей из существовавших разломов, поскольку они становятся открыты, при условии, что из существовавших разломов добыча еще возможна. В других вариантах осуществления разрушаемая пробка из частиц может быть достаточно стабильной, так что она остается по существу целой при проведении добычи. В таких вариантах добыча может происходить только из новых разломов, в то время как существовавшие разломы остаются закрытыми.
В целом, разрушаемые частицы для герметизации в жидкости для обработки и разрушаемые частицы для герметизации в разрушаемой пробке из частиц могут разрушаться со значительно различающейся скоростью, так что разрушаемая пробка из частиц может оставаться целой, в то время как разрушаемые частицы для герметизации внутри жидкости для обработки могут разрушиться с получением по существу свободной от частиц жидкости для обработки. В некоторых вариантах осуществления различие скоростей разрушения частиц для герметизации в жидкости для обработки и в разрушаемой пробке из частиц может быть связано с различиями химических или физических свойств в каждом из указанных мест. В других вариантах жидкость для обработки может содержать добавку, которая увеличивает скорость разрушения разрушаемых частиц для герметизации в жидкости для обработки, но не в разрушаемой пробке из частиц. В частности, разрушаемые частицы для герметизации в разрушаемой пробке из частиц могут не быть подвержены воздействию добавки или могут подвергаться воздействию такого количества добавки, которое не имеет заметного влияния на их скорость разрушения, в результате чего скорость разрушения разрушаемой пробки из частиц является значительно более низкой. Например, когда разрушаемые частицы для герметизации агломерируют с образованием разрушаемой пробки из частиц, их эффективная концентрация может быть выше, чем в жидкости для обработки, так что концентрация добавки является недостаточной для заметного влияния на их скорость разрушения. В некоторых случаях, сниженная скорость разрушения разрушаемой пробки из частиц может быть связана с уменьшенной площадью поверхности контакта разрушаемых частиц для герметизации в разрушаемой пробке из частиц.
Разрушаемые частицы для герметизации в жидкости для обработки и разрушаемые частицы для герметизации в разрушаемой пробке из частиц не обязательно разрушаются одним способом, если разрушаемая пробка из частиц вообще подвергается разрушению. В некоторых вариантах осуществления для повышения скорости разрушения разрушаемых частиц для герметизации в жидкости для обработки может быть использована добавка для жидкости для обработки, в то время как разрушаемые частицы для герметизации в разрушаемой пробке из частиц могут разрушаться с их естественной скоростью разрушения, так как они подвергаются воздействию более низкой эффективной концентрации добавки. В одном варианте осуществления разрушаемые частицы для герметизации в жидкости для обработки могут разрушаться под действием такой добавки, как, например, кислота, и разрушаемые частицы для герметизации в разрушаемой пробке из частиц могут разрушаться с их естественной скоростью разрушения при длительном воздействии условий в подземной формации (например, воздействие тепла пласта или компонентов пласта). Подходящие разрушаемые частицы для герметизации и добавки раскрыты более подробно ниже. В некоторых вариантах осуществления добавка может быть частью разрушаемых частиц для герметизации.
Единственным основным требованием к разрушаемым частицам для герметизации в жидкости для обработки является то, что по меньшей мере часть разрушаемых частиц для герметизации остается неразрушенной во время их прохождения в скважине, и остается достаточное количество неразрушенных разрушаемых частиц для герметизации, чтобы герметизировать существующий разлом в подземной формации. То есть достаточное количество разрушаемых частиц для герметизации должно оставаться неразрушенным в течение времени, когда их закачивают в скважину, так что они могут эффективно герметизировать существующий разлом. На практике разрушаемые частицы для герметизации в жидкости для обработки могут сохраняться в течение длительного времени после того, как были закачаны в скважину, и сформировалась разрушаемая пробка из частиц. Специалисту в данной области будут понятны факторы, влияющие на скорость разрушения разрушаемых частиц для герметизации в жидкости для обработки, и специалист в данной области в состоянии разработать жидкость для обработки, содержащую соответствующие разрушаемые частицы для герметизации и необязательную добавку, которая увеличивает скорость разрушения, для достижения выбранного времени прохождения в скважине. Кроме того, после того как жидкость для обработки оказывается в скважине, специалисту в данной области техники будет понятно, какой период времени должен пройти, прежде чем конкретная жидкость для обработки, вероятно, станет по существу свободной от частиц. В частности, зная температуру в скважине, время прохождения частиц в скважине и/или другие условия в скважине (например, химические свойства подземной формации), специалист в данной области сможет определить период времени, необходимый для конкретной жидкости для обработки, чтобы стать по существу свободной от частиц, если она содержит конкретный тип разрушаемых частиц для герметизации.
В некоторых вариантах осуществления может быть желательно ускорить разрушение разрушаемой пробки из частиц после того, как была проведена операция разрыва. В некоторых вариантах осуществления для ускорения разрушения разрушаемой пробки из частиц в подземную формацию может быть введена добавка. Добавка для ускорения разрушения разрушаемой пробки из частиц, если она используется, может быть такой же, как добавка, используемая для ускорения разрушения разрушаемых частиц для герметизации в жидкости для обработки, или может отличаться от нее. В вариантах осуществления, в которых добавка является одинаковой, количество добавки, используемой для содействия разрушению разрушаемой пробки из частиц, может быть более высоким, чем количество, используемое для ускорения разрушения разрушаемых частиц для герметизации в жидкости для обработки. Например, для ускорения разрушения разрушаемых частиц для герметизации в жидкости для обработки в ней может быть использована первая концентрация добавки, а для повышения скорости разрушения разрушаемой пробки из частиц может быть использована вторая концентрация добавки. В некоторых вариантах осуществления, добавка может быть частью разрушаемых частиц для герметизации. В некоторых вариантах осуществления добавка может присутствовать только в жидкости для обработки. В некоторых вариантах осуществления добавка может присутствовать как в разрушаемых частицах для герметизации, так и в жидкости для обработки.
3
Подходящие разрушаемые частицы для герметизации могут включать, например, органические соли (например, соли жирных кислот, соединения тетраалкиламмония и тому подобное), неорганические соли (например, СаСО, МgО, СаО и тому подобное), разрушаемые полимеры, растворимые в воде полимеры, обезвоженные бораты, полимолочную кислоту, полилактиды, полиакриламид, полиакрилаты, поливиниловый спирт, сложные поли(ортоэфиры), простые полиэфиры, сложные полиэфиры, простые полиэфир амиды, сложные полиэфир амиды, полиэтилен оксиды, полиамиды, полиацетали, поликарбонаты, поликетоны, полиангидриды, полиуретаны, сложные полиэфируретаны, поликарбонат уретаны, поликапролактон уретаны, воски, гидрогенизированное соевое масло, полисиликоны, полисахариды, ацетилированные полисахариды, пропилированные полисахариды, ксантан, этилцеллюлозу, метилцеллюлозу, ацетилированную гуаровую смолу, крахмалы, дериватизированные крахмалы, хитозан, хитин, многоатомные спирты, растворимые в кислотах соединения, растворимые в основаниях соединения, растворимые в нефти соединения, соединения, разрушаемые под действием окисления, ферментативно разрушаемые соединения, медленно растворимые соединения, медленно растворимые полимеры, шеллак, а также различные их комбинации. Комбинации этих и других материалов могут быть использованы для адаптации скорости разрушения разрушаемых частиц для герметизации к конкретному применению.
Разрушаемые частицы для герметизации не ограничены какими-либо конкретными размерами и формами, которые могут включать различные неограничивающие формы, такие как, например, пластинки, стружки, хлопья, ленты, стержни, полоски, сферические частицы, тороидальные частицы, гранулы, таблетки, порошки, иглы и/или тому подобное. Эти формы частиц могут иметь различную величину площади поверхности (например, из-за размера частиц), что может быть использовано, чтобы повлиять на скорость разрушения. В некоторых вариантах осуществления для формирования разрушаемых частиц для герметизации первый разрушаемый материал может быть объединен со вторым разрушаемым материалом. Первый разрушаемый материал и второй разрушаемый материал могут разрушаться под действием одного и того же или различных механизмов. Например, в некоторых из представленных вариантов могут быть использованы разрушаемые частицы для герметизации, включающие комбинацию полиакриламида и поливинилового спирта. В таких вариантах сшитый полиакриламидный гель может быть объединен с частицами из поливинилового спирта, где сшитый полиакриламид может разрушаться в присутствии основания, окислителя и/или тепла, и частицы из поливинилового спирта могут стать медленно растворимыми в воде при удалении полиакриламида при температуре пласта. В таких вариантах сшитый полиакриламид может служить в качестве мягкого геля, и частицы из поливинилового спирта могут служить в качестве твердой сердцевины, где гибридный материал из этих двух компонентов может временно герметизировать разлом.
Разрушаемые полимеры, пригодные для применения в вариантах осуществления согласно настоящему изобретению, могут включать в себя, например, полисахариды (например, декстран, целлюлоза, гуаровая смола и их производные), хитин, хитозан, протеины, алифатические сложные полиэфиры [например, поли(гидрокси)алканоаты], полигликолевую кислоту и другие поли(гликолиды), полимолочную кислоту и другие поли(лактиды), полиакриламид и другие полиакрилаты, полиметакриламид и другие полиметакрилаты, поливиниловый спирт, поли(β-гидрокси-алканоаты) [например, поли(β-гидроксибутират) и поли(β-гидроксибутират-ко-β-гидроксивалерат)], поли(гидроксибутираты), поли(ω-гидрокси-алканоаты) [например, поли(β-пропиолактон) и поли(ε-капролактон)], поли(алкилен-дикарбоксилаты) [например, поли(этилен-сукцинат) и поли(бутилен-сукцинат)], поли(сложные-простые гидроксиэфиры), поли(ангидриды) [например, поли(адипиновый ангидрид), поли(субериновый ангидрид), поли(себациновый ангидрид), поли(додекандикарбоновый ангидрид), поли(малеиновый ангидрид) и поли(бензойный ангидрид)], поликарбонаты (например, триметиленкарбонат), поли(ортоэфиры), поли(аминокислоты), поли(этилен оксиды), поли(сложные эфиры - простые эфиры), сложные полиэфир амиды, полиамиды, поли(диоксепан-2-он) и полифосфазены. Комбинации этих и других полимеров также могут быть использованы в различных вариантах осуществления. В различных вариантах осуществления могут быть использованы гомополимеры или сополимеры этих различных полимеров. В различных вариантах осуществления сополимеры могут включать в себя статистические сополимеры, блок-сополимеры, привитые сополимеры и/или звездообразные сополимеры.
В некоторых вариантах осуществления разрушаемые полимеры могут дополнительно содержать пластификатор. Среди других функций пластификатор может увеличить клейкость разрушаемых полимеров, так что они в большей степени становятся способны образовывать разрушаемую пробку из частиц. Подходящие пластификаторы, которые можно использовать в сочетании с разрушаемыми полимерами в соответствии с вариантами осуществления согласно настоящему изобретению, могут включать, например, полиэтиленгликоль, полиэтиленоксид, олигомеры молочной кислоты, сложные эфиры лимонной кислоты (например, олигомеры трибутил цитрата, триэтил цитрат, ацетилтрибутилцитрат и ацетилтриэтилцитрат), сложные моноэфиры глюкозы, частичные эфиры жирных кислот, полиэтиленгликоль монолаурат, триацетин, поли(ε-капролактон), поли(гидроксибутират), глицерин-1-бензоат-2,3-дилаурат, глицерин-2-бензоат-1,3-дилаурат, бис(бутил-диэтиленгликоль)адипат, этил-фталил-этил-гликолят, монокаприлат диацетат глицерина, диацетил моноацил глицерин, полипропиленгликоль и его эпоксидные производные, поли(пропиленгликоль)дибензоат, дипропиленгликоль дибензоат, глицерин, этил-фталил-этил-гликолат, поли(этилен-адипат)дистеарат, ди-изобутил адипат и их комбинации.
Скорость разрушения разрушаемого полимера может зависеть по меньшей мере частично от структуры его основной цепи. Разрушение разрушаемого полимера может быть связано с химическим изменением, которое, например, разрушает структуру полимера или изменяет растворимость полимера таким образом, что он становится более растворимым, чем исходный полимер. Например, присутствие гидролизуемых и/или окисляемых связей в основной цепи может сделать полимер разрушаемым в соответствии с одним из указанных выше способов. Скорость, с которой разрушается полимер, может зависеть от таких факторов, как, например, повторяющееся звено, состав, последовательность, длина, геометрия молекулы, молекулярная масса, морфология (например, кристалличность, размер частиц и т.п.), гидрофильность/гидрофобность и площадь поверхности. Эти факторы могут также повлиять на скорость разрушения других видов разрушаемых частиц для герметизации. Как описано ранее, чтобы изменить скорость разрушения разрушаемых полимеров, может также использоваться присутствие других добавок. Кроме того, воздействие таких условий, как, например, температура, влажность, кислород, микроорганизмы, ферменты, рН и тому подобное может изменить скорость разрушения. Зная, как скорость разрушения зависит от структуры полимера, специалист в данной области техники сможет выбрать подходящий разрушаемый полимер, так что его скорость разрушения подходит для конкретного времени прохождения в скважине.
Обезвоженное соединение, в частности, обезвоженный борат, может разрушаться с течением времени, так как обезвоженное соединение подвергается регидратации и становится растворимым, посредством чего жидкость для обработки, содержащая обезвоженное соединение, становится по существу свободной от частиц с течением времени. Примеры обезвоженных боратов могут включать в себя, например, безводный тетраборат натрия (безводная бура) и безводную борную кислоту. Эти и другие безводные бораты малорастворимы в воде. Однако при воздействии подземных температур они могут медленно подвергаться регидратации в течение долгого времени и становиться значительно более растворимыми. В результате повышения растворимости частицы безводного бората могут разрушиться, став растворимыми. Время, необходимое для разрушения безводных боратов посредством увеличения растворимости, варьирует между примерно 8 часами и примерно 72 часами в зависимости от температуры в подземном интервале, в который они помещены. В некоторых вариантах осуществления обезвоженные соединения могут химически разлагаться при регидратации (например, гидролизом), так что продукт разложения становится растворимым.
Подходящие растворимые в нефти материалы могут включать природные или синтетические полимеры, такие как, например, поли(бутадиен), полиизопрен, полиакрилы, полиамиды, сложные полиэфируретаны, простые полиэфируретаны и полиолефины (например, полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен и полистирол) и их сополимеры и смеси. В некоторых вариантах осуществления растворимые в нефти материалы могут разрушаться, например, под действием пластовых текучих веществ (например, нефти), которые впоследствии будут добыты из пласта. В других вариантах нефть или подобный гидрофобный материал может быть введен в подземную формацию, чтобы разрушить разрушаемые частицы для герметизации и/или разрушаемую пробку из частиц.
Примеры подходящих комбинаций разрушаемых веществ могут включать в себя, например, поли(молочную кислоту) / тетраборат натрия, поли(молочную кислоту) / борную кислоту, поли(молочную кислоту) / карбонат кальция, поли(молочную кислоту) / оксид магния, полиакриламид / поливиниловый спирт и тому подобное. В некоторых вариантах осуществления комбинация разрушаемых веществ может быть выбрана таким образом, что, когда одно вещество разрушается, остаток разрушаемых частиц для герметизации распадается, так что остаток распавшихся частиц становится растворимым в жидкости для обработки. В некоторых вариантах осуществления, когда одно разрушаемое вещество разрушается, другое вещество может подвергаться воздействию жидкости для обработки, в которой оно исходно растворимо. В некоторых вариантах осуществления, когда одно разрушаемое вещество разрушается, другое вещество может подвергаться воздействию условий, в которых оно химически нестабильно, и впоследствии разрушаться. В некоторых вариантах комбинации разрушаемых веществ могут быть смешаны друг с другом. В других вариантах осуществления одно разрушаемое вещество может быть использовано, чтобы покрыть второе разрушаемое вещество.
В одном варианте осуществления подходящие разрушаемые частицы для герметизации могут быть получены на основе суспензионной добавки BIOVERT™, которая является коммерчески доступной от компании Halliburton Energy Services, Duncan, Oklahoma. Добавка BIOVERT™ представляет собой полимерный материал, содержащий около 90%-100% полилактида, с удельным весом около 1,25. Полилактид может разрушаться под воздействием основания или кислоты. В соответствии с вариантами осуществления согласно настоящему изобретению к суспензионной добавке BIOVERT™ может быть добавлено основание, чтобы ускорить в ней скорость разрушения полилактидных частиц, но не полилактидных частиц, осажденных в виде разрушаемой пробки из частиц. После осаждения в виде разрушаемой пробки из частиц полилактидные частицы могут быть разрушены под действием температуры пласта. Сказанное выше противоречит применению добавки BIOVERT™ в настоящее время, так как обычно считается нежелательным увеличивать скорость разрушения полилактидных частиц.
В одном варианте осуществления подходящие разрушаемые частицы для герметизации могут содержать комбинацию полиакриламида или его сополимера и поливинилового спирта. В частности, в некоторых вариантах осуществления сшитый полиакриламидный гель может быть объединен с существующими частицами из поливинилового спирта. В таких вариантах полиакриламид может быть разрушен, возможно в присутствии основания (например, карбоната кальция), окислителя и/или тепла, и после удаления полиакриламида частицы из поливинилового спирта могут медленно становиться растворимыми в жидкости для обработки при температуре пласта. Другие подходящие разрушающие вещества для полиакриламида могут включать, например, оксид магния и различные окислители. В некоторых вариантах осуществления основание, используемое для разрушения полиакриламида, может возникнуть из подземной формации (например, карбонат кальция из пласта сланца). В некоторых вариантах осуществления карбонат кальция или подобное основание может быть добавлено к жидкости для обработки, содержащей разрушаемые частицы для герметизации. В некоторых вариантах осуществления карбонат кальция или подобное основание может присутствовать как часть разрушаемых частиц для герметизации.
В некоторых вариантах для дальнейшего изменения скорости разрушения разрушаемых частиц для герметизации можно использовать распределение размеров частиц. Например, мелкие частицы могут разрушиться более быстро вследствие их большей площади поверхности на единицу массы.
В некоторых вариантах осуществления разрушаемые частицы для герметизации могут быть саморазрушаемыми. То есть разрушаемые частицы для герметизации могут со временем естественным образом разрушаться, особенно при контакте с подземной средой. В некоторых вариантах осуществления разрушение саморазрушающихся частиц для герметизации может быть связано с присущей частицам нестабильностью или их нестабильностью в присутствии компонента или условия (например, температуры), естественным образом присутствующего в подземной формации. В некоторых вариантах осуществления саморазрушающиеся частицы могут разрушаться, становясь медленно растворимыми в жидкости для обработки, например, становясь гидратированными или дегидратированными, или изменяясь некоторым физическим способом (например, изменение размера частиц или формы частиц, посредством чего они становятся более растворимыми). Опять же, размер частиц и другие морфологические свойства могут быть использованы для изменения скорости разрушения саморазрушающихся частиц для герметизации.
В некоторых вариантах осуществления скорость разрушения разрушаемых частиц для герметизации может быть ускорена в присутствии добавки. В некоторых вариантах осуществления добавка может присутствовать в жидкости для обработки, содержащей разрушаемые частицы для герметизации. В таких вариантах добавка может присутствовать в жидкости для обработки в концентрации, при которой разрушаемые частицы для герметизации в жидкости для обработки разрушаются быстрее, чем в разрушаемой пробке из частиц. В альтернативных вариантах добавка может быть введена в подземную формацию после того, как разрушаемая пробка из частиц была сформирована. В других воплощениях добавка может присутствовать как часть разрушаемых частиц для герметизации. В некоторых вариантах осуществления добавка может быть разработана таким образом, что разрушающий компонент постепенно высвобождается в жидкость для обработки в течение периода времени, так что в ней достигается достаточная концентрация для разрушения разрушаемых частиц для герметизации. Например, в жидкости для обработки может присутствовать образующее кислоту соединение, такое как сложный эфир или ортоэфир, в такой жидкости для обработки разрушаемые частицы для герметизации первоначально являются стабильными, но жидкость для обработки постепенно становится все более и более разрушительной для разрушаемых в кислоте или растворимых в кислоте соединений. В некоторых вариантах осуществления добавка сама по себе может быть разработана с разрушаемым покрытием, так что разрушающий компонент высвобождается в жидкость для обработки в течение определенного периода времени. Следует также далее отметить, что при желании для конкретного применения в жидкость для обработки может быть добавлена добавка, которая уменьшает, а не увеличивает скорость разрушения. Например, скорость разрушения может быть замедлена добавкой, чтобы сохранить целостность разрушаемых частиц для герметизации, чтобы обеспечить достаточное время для формирования разрушаемой пробки из частиц.
Примеры добавок, которые могут увеличивать скорость разрушения разрушаемых частиц для герметизации, могут включать такие вещества, как, например, кислоты, основания, окислители, растворители, нефть, хелатирующие агенты, ферменты, азосоединения, буферы, катализаторы, соединения, усиливающие растворимость, поверхностно-активные вещества, вещества, образующие кислоту (например, сложные эфиры и ортоэфиры), вещества, образующие основание, и любые их комбинации. В некоторых вариантах осуществления в качестве добавки для увеличения скорости разрушения могут быть использованы соединения, содержащие несколько гидроксильных групп, такие как, например, сорбит, ксилит и мальтит. Учитывая тип разрушаемых частиц для герметизации, используемых в конкретном применении, обычный специалист в данной области сможет подобрать для них соответствующую добавку для увеличения скорости их разрушения до желаемой степени.
В некоторых вариантах добавка также может использоваться, чтобы увеличить скорость разрушения разрушаемых частиц для герметизации в разрушаемой пробке из частиц. В некоторых вариантах осуществления добавка, используемая для ускорения разрушения разрушаемой пробки из частиц, может представлять собой то же количество добавки, добавленное для разрушения разрушаемых частиц для герметизации в жидкости для обработки. То есть добавка в жидкости для обработки может увеличить скорость разрушения разрушаемых частиц для герметизации в разрушаемой пробке из частиц, хотя это происходит медленнее, чем для разрушаемых частиц для герметизации в жидкости для обработки. В некоторых вариантах осуществления для разрушения разрушаемых частиц для герметизации в разрушаемой пробке из частиц в подземную формацию может быть введено отдельное количество добавки. Как правило, добавку, используемую для ускорения разрушения разрушаемой пробки из частиц, вводят после проведения разрыва, но ее также можно ввести до проведения операции разрыва или одновременно с жидкостью для разрыва, особенно если добавка медленно разрушает разрушаемую пробку из частиц. Например, в одном варианте добавка может быть частью разрушаемых частиц для герметизации в разрушаемой пробке из частиц. Когда добавка используется для ускорения разрушения разрушаемой пробки из частиц, добавка может быть такой же, как добавка, используемая для ускорения разрушения разрушаемых частиц для герметизации в жидкости для обработки, или отличаться от нее. Например, для разрушения разрушаемой пробки из частиц из-за более низкой доступности разрушаемой пробки из частиц может потребоваться более агрессивная добавка.
В некоторых вариантах добавка, входящая или введенная в жидкость для обработки для ускорения разрушения разрушаемых частиц для герметизации, может присутствовать по меньшей мере в стехиометрическом количестве относительно разрушаемых частиц для герметизации, вводимых в подземную формацию. Присутствие по меньшей мере стехиометрического количества добавки может гарантировать, что все разрушаемые частицы для герметизации разрушатся до проведения операции разрыва пласта. В альтернативных вариантах добавка может быть использована в субстехиометрическом количестве, чтобы присутствующее количество добавки было достаточным для частичного разрушения разрушаемых частицы для герметизации, и остаток разрушаемых частиц для герметизации разрушался посредством естественного пути разрушения. Причины, из-за которых возможно использование субстехиометрического количества добавки, могут включать, например, нежелательное влияние больших количеств добавки на разрушаемые частицы для герметизации в разрушаемой пробке из частиц или потенциальная возможность повреждения подземной формации большими количествами добавки.
В некоторых вариантах осуществления после того, как жидкость для обработки станет по существу свободной от частиц, она может быть использована для проведения операции разрыва. Например, жидкость для обработки может быть закачана при давлении, которое может создать или увеличить по меньшей мере один разрыв в подземной формации, где давление поддерживают в течение времени, когда формируется разрушаемая пробка из частиц и разрушаются разрушаемые частицы для герметизации в жидкости для обработки. В других вариантах осуществления, после того, как жидкость для обработки стала по существу свободной от частиц, в подземную формацию при давлении, достаточном для создания или увеличения по меньшей мере одного разрыва в подземной формации, может быть введена отдельная жидкость для разрыва. В таких вариантах по существу свободная от частиц жидкость для обработки может оставаться в подземной формации и служить в качестве жидкостной «подушки» для введения жидкости для разрыва. Альтернативно, в некоторых вариантах осуществления по существу свободная от частиц жидкость для обработки может быть выкачана из подземной формации до введения жидкости для разрыва. В некоторых вариантах осуществления жидкость для разрыва может содержать расклинивающий наполнитель для завершения операции разрыва. Подходящие расклинивающие агенты хорошо известны обычным специалистам в данной области.
Способы согласно настоящему изобретению могут быть особенно полезны при использовании в подземных формациях, где ствол скважины включает муфты гидроразрыва. Муфты гидроразрыва могут быть использованы, чтобы обеспечить разобщение в подземной формации без использования сложных способов разобщения пластов. Кроме того, муфты гидроразрыва могут быть использованы в качестве альтернативы цементированию для заканчивания скважины. Специалисту в данной области хорошо известно множество типов муфт гидроразрыва. Специалисту в данной области техники также известны преимущества использования муфт гидроразрыва в консолидированных формациях с низкой проницаемостью, таких как, например, плотные пески и сланцы. Как отмечалось ранее, эффективность потока жидкости в кольцевом пространстве, ограниченном муфтой гидроразрыва и поверхностью подземной формации, может быть низкой, так что после того, как все муфты гидроразрыва были открыты и в подземной формации нарушено разобщение пластов, в связи с наличием частиц может быть затруднительным выполнить последующие операции разрыва. В связи с этим способы согласно настоящему изобретению могут решить эту проблему, известную в уровне техники, позволяя проводить последующие операции разрыва, при которых существующие разломы в законченном стволе скважины находятся позади муфт гидроразрыва.
Тип подземной формации, который можно обрабатывать в соответствии со способами согласно настоящему изобретению, обычно может варьировать без ограничений. Сланцевые формации, в частности, могут представлять собой особенно трудную техническую задачу, которая, однако, может быть легко решена с помощью способов согласно настоящему изобретению, в частности, когда присутствуют муфты гидроразрыва. Аналогичным образом, ориентация ствола скважины, подлежащей обработке в соответствии с вариантами осуществления согласно настоящему изобретению, также обычно может варьировать без ограничений. В некоторых вариантах осуществления ствол скважины может представлять собой вертикальный ствол скважины. В других вариантах ствол скважины может представлять собой горизонтальный ствол скважины.
Для облегчения лучшего понимания настоящего изобретения представлены следующие примеры предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения. Следующие примеры не должны быть истолкованы как ограничивающие или определяющие объем изобретения.
Примеры
Пример 1: разрушаемые пробки из частиц, включающие безводный тетраборат натрия.
Безводный тетраборат натрия является примером медленно растворимого соединения. В качестве контроля образец массой 1 грамм помещали в 100 мл воды и проводили растворение. При комнатной температуре для полного растворения требовалось 72 часа, а при 180°F (82°C) для полного растворения требовалось 48 часов. Когда к воде добавили 1 моль сорбита на 1 моль тетрабората натрия, полное растворение было достигнуто всего за 2,25 ч при комнатной температуре.
Получили суспензию, содержащую 350 мл воды, 0,7 г ксантана, 7 г крахмала, 30 г безводного тетраборат натрия и один молярный эквивалент сорбита на моль тетрабората натрия. После смешивания свежеприготовленную суспензию выливали в диск с прорезями 0,05 дюйма (1,27 мм), вставленный в фильтрационную ячейку Fann HPHT Filtration Cell, при комнатной температуре. Через 15 минут испытательную ячейку закрывали, нагнетали давление 200 фунтов на квадратный дюйм (1379 кПа), и для создания фильтрующего слоя на диске открывали нижний клапан ячейки. После формирования фильтрующего слоя и прекращения потока жидкости давление поддерживали в течение 8 часов, затем ячейку разбирали. Фильтрование жидкости, оставшейся над фильтрующим слоем, показало, что она была по существу свободной от твердых частиц. Это означает, что фильтрующий слой разрушается с меньшей скоростью, чем суспензия становится свободной от частиц. Фильтрующий слой был способен удерживать давление в течение 48 часов при давлении 200 фунтов на квадратный дюйм (1379 кПа).
Следовательно, настоящее изобретение хорошо подходит для достижения результатов и преимуществ, указанных в настоящем документе, а также других результатов и преимуществ, которые ему присущи. Конкретные варианты осуществления, раскрытые выше, являются только иллюстративными, поскольку настоящее изобретение может быть модифицировано и осуществлено различными, но эквивалентными способами, очевидными для специалистов в данной области техники, исходя из настоящего раскрытия. Кроме того, описанные в настоящем документе детали конструкций или инженерных решений не должны быть ограничены каким-либо иным образом, кроме как описано в приведенной ниже формуле изобретения. Поэтому очевидно, что конкретные примеры вариантов осуществления, раскрытые выше, могут быть изменены, скомбинированы или модифицированы, и все такие изменения находятся в пределах объема и сущности настоящего изобретения. Изобретение, иллюстративно описанное в настоящем документе, может быть соответствующим образом осуществлено в отсутствие любого элемента, специально не раскрытого в настоящем документе и/или любого необязательного элемента, раскрытого в настоящем документе. Хотя композиции и способы описаны в терминах «содержат», «содержащие» или «включающие» по отношению к различным компонентам или стадиям, композиции и способы могут также «состоять по существу из» или «состоять из» различных компонентов и стадий. Все числа и диапазоны, раскрытые выше, могут варьировать на некоторое значение. Когда в документе раскрыт численный диапазон, имеющий нижний предел и верхний предел, любое количество и любой поддиапазон, попадающие в указанный диапазон, также специально раскрыты в настоящем документе. В частности, каждый диапазон значений (вида «от около А до около В», или, что эквивалентно, «примерно от А до В», или, что эквивалентно, «примерно А-В»), раскрытый в настоящем документе, следует понимать как раскрытие каждого числа и диапазона, охватываемых более широким диапазоном значений. Кроме того, термины, использованные в формуле изобретения, имеют свой общепринятый, обычный смысл, если иное явно и четко не определено патентообладателем. Кроме того, употребление терминов в единственном числе в формуле изобретения в настоящем документе означает один элемент или более чем один элемент, указанный таким образом. Если существует конфликт в применении слова или термина между данным описанием и одним или несколькими патентами или другими документами, которые могут быть включены в настоящий документ посредством ссылки, должны быть приняты определения, которые согласуются с настоящим описанием.