СПОСОБ УЛУЧШЕНИЯ ПРОВОДИМОСТИ ТРЕЩИНЫ В ПРОСТРАНСТВЕ МЕЖДУ ОПОРАМИ, ВЫПОЛНЕННЫМИ ИЗ ПРОППАНТА
METHOD FOR WELL CONDUCTIVITY IMPROVEMENT BETWEEN PROPANT SUPPORTS

Изобретение относится к области нефтедобычи с использованием метода гидроразрыва пласта (ГРП) и может быть использовано для усиления дебета скважины за счет улучшения прохождения нефти между сформированными опорами из частиц проппанта в трещине гидроразрыва, преимущественно после того, как в результате гидроразрыва трещина образована и зафиксирована с использованием проппантных опор.
При этом следует отметить, что реализация разработанного способа направлена на улучшение протока нефти в области вокруг опор. Обычно такие опоры получают в результате неоднородной закачки проппанта в трещину или в результате обработки породы вокруг трещины.
Известен (патент US 6114410) проппант, состоящий из адгезивных и вымываемых частиц. Разработанный проппант содержит частицы, способные к адгезии и вымыванию, причем применение этого проппанта позволяет увеличивать проводимость ГРП трещины. В проппант введены частицы, способные к адгезии или вымыванию. Адгезивные частицы могут иметь покрытие из вулканизируемой смолы. Адгезивные частицы в случае контакта с аналогичными адгезивными частицами образуют стабильную прочную матрицу, причем связь с внешней средой осуществляется за счет вымываемых частиц. Это увеличивает проводимость трещины и улучшает общую производительность гидравлической операции.
Недостатком известного технического решения можно признать отсутствие возможности очистки пространства между проппантными опорами, что приводит к постепенному уменьшению протока нефти между опорами.
Известен (патент US 4785884) способ применения проппанта со смоляным покрытием в трещинах ГРП. Указанное покрытие способно активироваться кислотным катализатором при сравнительно низких (до 55°С) температурах с образованием термореактивного покрытия на поверхности проппанта. Указанное термореактивное покрытие обеспечивает взаимную адгезию частиц проппанта с образованием опор в трещине. Технический результат, получаемый при реализации данного технического решения, состоит в предотвращении выноса песка из породы, но при этом пространство между опорами может забиваться с уменьшением протока нефти между опорами.
Целью разработанного технического решения является повышение дебета скважины, обработанной по способу гидроразрыва пласта за счет увеличения протока нефти между проппантными опорами в трещине ГРП.
Для достижения указанной цели предложено использовать разработанный способ повышения проводимости трещины в пространстве между опорами проппанта.
Согласно разработанному способу проводят обработку свободной поверхности трещины или пространства трещины между опорами химическим реагентом с использованием защитной маски, образуемой веществами, выделившимися из указанных опор, причем реагент закачивают под давлением ниже давления гидроразрыва с последующей промывкой с использованием дополнительных жидкостей для воздействия на смачиваемость породы, а также для растворения природных глин и осадков. Предпочтительно химический реагент закачивают в скважину после образования проппантных опор. Однако возможен вариант, когда химический реагент закачивают в скважину одновременно с частицами проппанта в виде твердых частиц, способных генерировать химический реагент под действием условий скважины. Преимущественно в качестве веществ, образующих защитную маску, используют смолистые покрытия частиц, способные растворяться в условиях скважины.
Вариантами конкретной реализации разработанного способа могут быть следующие.
1. В созданную проппантную упаковку проводят дополнительную закачку растворителя или жидкости, несущей окислитель/деструктор геля.
2. Проводят дополнительную закачку химически активной жидкости, которая разъедает породу и "открывает" поверхность породы между и вокруг проппантных опор.
Но в обоих случаях предварительно создают смоляное покрытие на частицах обычного проппанта, посредством которого при нагрузке частицы проппанта связываются и образуют барьер в трещине. Основа проппанта со смолистым покрытием - обычный проппантный материал (например, песок, молотая скорлупа орехов, искусственные частицы, керамика, бокситы, стекло, и др.).
Известны способы создания кластеров/островов из частиц проппанта или же структур в виде опор/столбов по всему объему трещины ГРП. Эти опоры удерживают трещину от закрытия, при этом остается достаточно открытых каналов, по которым нефть будет стекать в скважину. Разработанное техническое решение направлено на расширение, травление или промывку областей между опорами, полученными из сдавленных частиц проппанта или как результат травления свободной поверхности - уже после того, как эти структуры созданы.
Согласно одному из вариантов реализации разработанного способа проводят промывку поверхности и/или объема трещины с использованием порции растворителя или жидкости с деструктором геля или окислителем. Такая промывка помогает очистить трещину от остатков геля или фильтрационной корки, которая обычно образуется в результате основного ГРП, спланированного для осаждения проппанта в виде структур-опор. Такая промывка будет работать с рабочей жидкостью для проведения ГПР и доставки проппанта в трещину. В другом варианте реализации разработанного способа жидкость промывки может реагировать с различными химическими и механическими компонентами, которые закачивают в скважину (например, вещества, помогающие удалить частицы растворимого проппанта, добавка отвердителя для смоляного покрытия, необходимого для консолидации опорных структур). Растворитель закачивают под давлением ниже давления гидроразрыва, чтобы это давление не нарушало сложившуюся структуру проппантных опор, причем затем осуществляют промывку с использованием дополнительных жидкостей для воздействия на смачиваемость породы, для растворения природных глин и осадков, или для решения широкого круга проблем, которые случаются при добыче углеводородов из скважины.
Для реализации способа предложено использовать смолистый материал в проппантной упаковке, чтобы с его использованием создавать «защитную маску» на поверхности трещины и на проппантных опорах. Согласно разработанному способу из-за деформации частиц или вытекания из них смолистого материала образуются «маски» или барьеры на поверхности трещины, которые защищают участки от последующих химических реакций. Кроме того, если смоляное покрытие может деформироваться и затвердеть в нужное время, то оно может быть защитой от той кислоты, что получается при гидролизе твердой полимерной кислоты (например, полимера молочной кислоты или полигликолевой кислоты (PLA или PGA), которые закачивают вместе с обычным проппантом.
Неполный список иных материалов («смолистых веществ»), способных создавать защитную маску при выдавливании из частиц проппанта и подходящих для реализации изобретения, включает диэфир молочной кислоты, диэфир гликолевой кислоты, полимер молочной кислоты, полимер гликолевой кислоты, их сополимеры, сополимеры гликолевой кислоты с иными гидрокси - и карбокси -, гидрокарбокси -кислотные компоненты, полимеры 3-гидроксипропионовой кислоты, а также смеси этих веществ.
Неполный перечень химических реагентов, способных выделить вещества - «смолистые покрытия» из частиц проппанта включает соляную кислоту и ее соли, серную кислоту и ее соли, основания и их соли. В указанный перечень могут быть включены практически любые вещества, вызывающие гидролиз полимерного «смолистого вещества».
Неполный перечень веществ, образующих «смолистые покрытия» включает эфир молочной кислоты, эфир гликолевой кислоты, олигомеры молочной кислоты, олигомеры гликолевой кислоты, их сополимеры, олигомеры гликолевой кислоты с иными гидрокси - и карбокси -, гидрокарбокси - кислотные компоненты, олигомеры 3-гидроксипропионовой кислоты, а также смеси этих веществ.
В качестве дополнительных жидкостей для воздействия на смачиваемость пород предпочтительно используют поверхностно-активные вещества (ПАВы)
В дальнейшем разработанное техническое решение будет иллюстрировано примерами его реализации.
1. Между двумя образцами карбонатной породы (известняк из штата Индиана) были помещены проппанты из различных материалов, причем в состав частиц входят вещества, способные при нахождении в условиях скважины выделяться из объема проппанта и создавать маску для травления. Эти частицы проппанта, зажатые между образцами известняка, должны моделировать отдельные опоры из проппантного материала с открытыми каналами между ними. Эти гранулы были прижаты к поверхности образцов карбоната, но при данных условиях гранулы не подвержены расплавлению или проникновению в породу. Гранулы размещались неоднородно, небольшими группами, занимая около 30% площади образца. Затем в полученную щель на несколько минут была залита концентрированная НСl (~35%). После кислотной обработки пространство между образцами было промыто водой. После промывки образцы были открыты для осмотра обработанной поверхности. Все гранулы легко отделялись от образцов известняка, при этом материал гранул не оставлял следов на поверхности породы, не проникал вглубь, не реагировал каким-либо образом с известняком (то есть роль вносимых материалов сводилась к роли инертной защитной маски). В тех местах, где гранулы полимерного материала имели прямой контакт с поверхностью образцов, масштаб травления кислотой был мал или вообще незаметен. Если попадался кластер из гранул с пустотой в середине, то следы травления в этой внутренней зоне были малозначительны. Смолистое покрытие частиц проппанта работало как защитная маска на трещине в породе.
Результаты эксперимента показали, что кислотный раствор способен проводить дальнейшее травление зон между опорами из частиц проппанта. Даже если материал таких опор в долговременной перспективе будет разлагаться, размываться или уноситься иным образом, все равно на ранних этапах кислота благодаря неоднородному травлению поверх маски смолистых веществ создаст опоры из нетронутой породы, что обеспечит желаемую открытую геометрию трещины ГПР.
2. Между двумя образцами карбонатной породы была размещена плотная и неоднородная упаковка из гранул твердого полимера молочной кислоты и резиновых шариков. Затем зажатые образцы окунались в 2% раствор КСl, и небольшое количество воды заливалось между образцами, чтобы избавиться от воздушных пузырей в упаковке. Затем образы с упаковкой выдерживались 4 часа при температуре 135°С. За это время гранулы полимера молочной кислоты распадались до мономеров молочной кислоты (при этих условиях разлагается до 90% предшественника молочной кислоты). Затем охлажденные образцы разъединялись для осмотра обработанной поверхности. Были видны зоны, где резиновые гранулы спеклись в консолидированную структуру без признаков травления под ними. Открытые участки имели следы существенного кислотного травления. В данном случае природа выделяемого вещества не играет роли; существенно то, что присутствие выделяемого из проппанта смолистого вещества (олигомера) в матрице из частиц твердой кислоты (полимер молочной кислоты) может эффективно выполнять роль защитной маски.
3. Также был проведен аналогичный эксперимент со стальной гайкой и гранулами полимера молочной кислоты: гайка и гранулы размещались между двумя плоскими образцами породы. После гидролиза полимера молочной кислоты была изучена внутренняя поверхность образцов. Участок прямого контакта поверхности с гайкой остался неизменным, а остальная поверхность подверглась травлению. Этот эксперимент только подчеркивает возможность твердых предметов служить в качестве маски. Материал, образующий защитную маску на поверхности трещины, - это размягченный материал (олигомер) смолистого покрытия проппанта.