ГЕТЕРОГЕННОЕ РАЗМЕЩЕНИЕ ПРОППАНТА В ГИДРОРАЗРЫВЕ ПЛАСТА С НАПОЛНИТЕЛЕМ ИЗ УДАЛЯЕМОГО ЭКСТРАМЕТРИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА
HETEROGENEOUS PROPPANT PLACEMENT IN FRACTURE WITH REMOVABLE EXTRAMETRICAL MATERIAL FILL

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0001] Положения в этом разделе просто содержат исходную информацию, связанную с настоящим методом и не могут относиться к предшествующему уровню техники.
[0002] Известны различные методы разрыва подземного пласта с целью увеличения дебита извлечения флюида. В типичном применении, разрывающая жидкость гидравлически создает и увеличивает разрыв. Состав для гидроразрыва несет частицы проппанта в расширяющийся разрыв. Когда разрывающая жидкость удалена, разрыв закрывается не полностью из-за остатков гидравлического давления; вместо этого разрыв удерживается открытым при помощи закачанного проппанта, позволяя жидкости течь от пласта через барьер проппанта в эксплуатационную скважину.
[0003] Успех гидравлического разрыва пласта определяется способностью жидкости течь из пласта через барьер проппанта. Другими словами, барьер проппанта или матрица должны иметь высокую проницаемость относительно пласта для того, чтобы жидкость поступала в эксплуатационную скважину с низким сопротивлением. Кроме того, поверхностные области разрыва не должны быть значительно повреждены процессом разрыва, чтобы сохранить проницаемость жидкости через поверхностные области для оптимального потока из пласта в разрыв и барьер проппанта.
[0004] В некоторых методах стремились увеличивать проницаемость барьера проппанта, увеличивая пористость промежуточных каналов между смежными частицами проппанта в пределах матрицы проппанта. Например, опубликованная заявка на патент Соединенных Штатов 200600408944Al (van Batenburg и др.) раскрывает метод формирования высокой пористости поддерживаемого разрыва при помощи суспензии, которая состоит из жидкости разрыва, частиц проппанта и утяжелителя. Эти технологии стремятся распределять пористость и промежуточные проходы потока настолько однородно, насколько возможно в объединенной матрице проппанта, заполняющей разрыв, и таким образом использовать гомогенные процедуры размещения проппанта однородно, распределяя проппант и не содержащие проппант частицы, увеличивающие пористость материала в пределах разрыва.
[0005] В других методах, таких как, в опубликованной патентной заявке US 20060048943A1 (Parker, и др.), частицы проппанта и способный к разложению материал не разделяются заранее, в течение или после закачки для того, чтобы помочь поддержать однородность в пределах матрицы проппанта. Жидкости разрыва полностью смешаны с целью предотвращения любого разделения проппанта и не содержащих проппанта частиц. В другом подходе, частицы материалов, не содержащих проппанта, имеют размер, форму и определенный удельный вес, подобный проппанту, чтобы поддержать существенную однородность в пределах смеси частиц в жидкости разрыва и в полученной пробке проппанта. Повышенная клейкость покрытия состава на частицах также использовалась, чтобы увеличить гомогенное распределение проппанта и не содержащих проппанта частиц, при смешивании и закачивании в разрыв.
[0006] Недавний подход к улучшению гидравлической проводимости разрыва состоял в том, чтобы пробовать строить группы проппанта в разрыве, в противовес созданию непрерывного барьера проппанта. US 6776235 (Англия) раскрывает метод гидравлического разрыва пласта, включающий чередование этапов закачки проппанта, содержащегося в гидравлической жидкости разрыва, различающиеся по своим нормам осадки проппанта для того, чтобы сформировать группы проппанта, как опоры, которые предотвращают закрытие разрыва. Этот метод чередует этапы закачки составов, обедненных проппантом, и безпроппантовых разрывных жидкостей для того, чтобы создать группы проппанта, или островки в разрыве и каналах между ними, чтобы пластовый флюид мог протекать. Количество проппанта, депонированного в разрыве, в течение каждого этапа модулируется, изменяя транспортные характеристики жидкости (типа вязкости и эластичности), плотность проппанта, диаметр частиц, концентрации и разрывную скорость закачки жидкости. Однако, расположением проппант-содержащей жидкости трудно управлять. Например, проппант-содержащий состав может иметь более высокую плотность, чем безжидкостный проппант, и может таким образом выталкивать безжидкостный проппант. Это выталкивание может закончиться неоднородным распределением групп проппанта, которые, в свою очередь, могут привести к чрезмерному закрытию разрыва там, где недостаточно проппанта, и сжатию каналов потока там, где слишком много проппанта.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0007] Это описание создано для того, чтобы ознакомить с понятиями, которые описаны ниже в детальном описании. Это описание не предназначено для того, чтобы идентифицировать ключевые или существенные особенности заявленного предмета изучения, и не предназначено для использования в качестве пособия, ограничивая возможности заявленного предмета изучения.
[0008] Согласно некоторым примерам раскрытия, разрывная обработка пласта включает введение как проппанта, так и удаляемого материала, который может действовать как наполнение к физически отделенным группам проппанта на соответствующих расстояниях во время размещения в разрыве, но может впоследствии быть удален для формирования каналов. Проппант и удаляемый материал расположены в пределах разрыва таким образом, что удаляемый материал является отделенным от проппанта, чтобы действовать как временный материал наполнителя, сжатый в разрыве в местах между группами или островками проппанта, которые формируют столбы, чтобы сохранять разрыв открытым. Затем, наполнитель удаляется для того, чтобы сформировать открытые каналы для беспрепятственного потока жидкости через разрыв в местах, оставленных вокруг столбов проппанта. Заявитель ссылается при этом на удаляемый экстраметрический материал, или на наполнитель, формирующий канал, как "каналлант". В альтернативных примерах осуществления экстраметрический материал не обязательно может служить как каналлант.
[0009] В одном отношении, примеры осуществления связаны с методами гетерогенного размещения проппанта в подземном разрыве, выполненном при помощи введения состава для обработки через ствол скважины в трещину подземного пласта. Состав для обработки может состоять из проппанта и проппант-разносящего экстраметрического материала. Проппант может быть помещен в разрыв во множестве групп проппанта, формирующих столбы, разделенных экстраметрическим материалом. Затем, экстраметрический материал может быть удален для того, чтобы сформировать открытые каналы вокруг столбов для потока жидкости из пласта через разрыв в ствол скважины.
[0010] В другом отношении, примеры осуществления связаны с методами рассмотрения подземного пласта, вскрытого стволовом скважины, в котором разрыв сформирован в пределах пласта при помощи введения жидкости в ствол скважины под давлением, равным или большим, чем давление инициирования разрыва пласта, сопровождаемого закачкой одного или нескольких пачек, каждой из проппант-обедненной жидкости для обработки скважин и жидкости, объединенной экстраметрическим материалом. Эти жидкости закачиваются отдельно и/или одновременно. Экстраметрический материал может быть удален для того, чтобы сформировать открытые каналы вокруг столбов проппанта для потока жидкости из пласта через разрыв к стволу скважины. На удаление экстраметрического материала можно влиять такими факторами, как закачка пластовых жидкостей, воздействием воды, временем реагирования, присутствием плавильных реагентов или замедлителей в смеси с частицами экстраметрического материала, последующей закачкой ПАР, и т.п., или любой их комбинации.
[0011] В примере осуществления, экстраметрический материал может содержать твердые частицы, которые могут быть объединены между островками проппанта или столбами. В примере осуществления, частицы проппанта и экстраметрического материала могут быть разделены во время введения состава для обработки. В другом примере осуществления, частицы экстраметрического материала могут сохраняться в твердом теле в пределах разрыва.
[0012] Закачка может включать введение малой дозы проппанта для того, чтобы начать разрыв; и после этого введение в разрыв проппанта и экстраметрического материала.
[0013] В примере осуществления, закачка может дополнительно включать завершающий этап для того, чтобы сформировать водопроницаемый барьер проппанта в разрыве между открытыми каналами и стволом скважины.
[0014] В примере осуществления, состав для обработки может иметь смешанные стадии, включая стадию, обогащенную проппантом, и стадию, обогащенную экстраметрическим материалом. В примере осуществления, стадия, обогащенная проппантом, может быть прерывистой. Альтернативно или дополнительно, стадия, обогащенная экстраметрическим материалом, может быть непрерывной. В другом примере осуществления, обработанная жидкость может чередовать объемы жидкости, обогащенной проппантом, отдельными объемами, содержащими экстраметрический материал.
[0015] Обработанная жидкость во время введения может альтернативно или дополнительно состоять из смеси проппанта и экстраметрического материала, а метод может включать стадию разделения проппанта и экстраметрического материал для размещения в разрыве. В примере осуществления, разделение может быть облегчено различной плотностью проппанта и экстраметрического материала. Альтернативно или дополнительно, разделение может быть облегчено различиями между проппантом и экстраметрическим материалом.
[0016] Экстраметрический материал в одном исполнении может состоять из твердого кислотного исходного материала для того, чтобы генерировать кислоту в разрыве. Генерируемая кислота может использоваться в качестве деэмульгатора жидкости гидроразрыва. В другом примере осуществления, генерируемая кислота может травить поверхность пласта для того, чтобы увеличить каналы. Альтернативно или дополнительно, генерируемая кислота может облегчить консолидацию групп проппанта.
[0017] Проппант может быть песком, скорлупой ореха, керамикой, глиноземами, стеклом, и т.п. и их комбинациями. В одном примере осуществления проппант состоит из керамических частиц, имеющих узкое распределение размера гранулы, и песок, имеющий широкое распределение размера частицы. Смола, покрывающая проппанты (различная смола и пластмассовые покрытия), имеющая основы любого из предварительно внесенных в список поддерживающих материалов, таких как песок, керамика, глинозем, скорлупа ореха, и т.д. может использоваться в соответствии с примером осуществления. Также могут использоваться другие проппанты, такие как пластмассовые бусины, стирол-дивинилбензол, частицы металлов. Проппант, используемый в этой заявке, не требует тех же самых свойств проходимости, какие типично требуется в обычных обработках, потому что полная проходимость разрыва, по меньшей мере частично, следует из образования каналов. Другими видами проппанта могут быть материалы, такие как буровые отходы, которые выработаны из скважины, и/или другие полезные ископаемые такие как сланцы, слюда, и т.п., или даже размолотые отходы любого вида, такие как шлак, огарки, агломерат, зола, измельченная пластмасса, разбитое стекло, измельченный металл и т.д., и в том числе, если должным образом укреплены, ненужные стержни, которые могут обеспечить достаточную силу, особенно при низком напряжении закрытия, так же как и любые комбинации любых, ранее упомянутых, типов материала. В примере осуществления, проппант может быть в форме сфер, прутов, пластинок, неправильной формы и т.п. и иных их комбинациях. Много других органических материалов могут быть покрыты смолой, а также возможно применение древесной стружки или различных семян, и т.п. По существу, проппант может быть любым материалом, который будет держать открытой расклиненную часть разрыва.
[0018] Экстраметрический материал может быть любым материалом, разрушаемым или растворимым после размещения в разрыве. Экстраметрический материал может быть, например, полимолочной кислотой (ПМК), полигликолиевой кислотой (ПГК), полиолом, полиэтилентерефталатом (ПЭТ), нейлоном 6, нейлоном 6,6, полиэстером, полиамидом, полиолефином, полисахаридом, воском, солью, карбонатом кальция, бензойной кислотой, материалом, основанном на нафталине, окисью магния, бикарбонатом натрия, растворимой смолой, хлоридом натрия, хлоридом кальция, сульфатом аммония, и т.п., или их комбинацией. Экстраметрический материал может иметь размер и форму, соответствующую размеру и форме проппанта для того, чтобы способствовать разделению. В примере осуществления, наполнитель канала может быть в форме сферы, волокон, прутьев, пластинок, лент, и т.п. и их комбинаций.
[0019] В некоторых примерах осуществления экстраметрические материалы могут быть, например, стеклом, керамикой, углеродом, включая составы на основе углерода, металлом, включая металлические сплавы, или подобные, или их комбинацию, или полимерный материал, таких как ПМК, ПГК, ПЭТ, полиол, полиамида, полиимида, или подобные, или их комбинации. В примере осуществления экстраметрические материалы могут формироваться из экстраметрической сети на основе материала. В примере осуществления экстраметрические материалы могут обеспечить укрепление и консолидацию проппанта. В другом примере осуществления экстраметрические материалы могут служить ингибитором разницы оседания проппанта в жидкости для обработки.
[0020] В еще одном примере осуществления, жидкость для обработки может состоять из смеси первых и вторых типов экстраметрических материалов, первый тип экстраметрических материалов обеспечивает укрепление и консолидацию проппанта, а второй тип экстраметрических материалов регулирует оседание проппанта в жидкости для обработки. Первым типом экстраметрического материала может быть стекло, керамика, углерод и составы на основе углерода, металлы и металлические сплавы, или подобные, или их комбинации, а вторым типом экстраметрического материала может быть ПМК, ПГК, ПЭТ, полиол, полиамид, полиимид, или подобный, или их комбинация.
[0021] Альтернативно или дополнительно, проппант может быть связанным и/или не связанным с экстраметрическим материалом. Проппант, например, может иметь связанное покрытие. Точно так же экстраметрические материалы другого осуществления могут быть связанными и/или не связанными с проппантом. Экстраметрический материал, например, может иметь связанное покрытие.
[0022] В другом исполнении, проппант может иметь гидрофобные поверхности, и экстраметрический материал может иметь гидрофильньные поверхности. Альтернативно, проппант может иметь гидрофильные поверхности, и экстраметрический материал может иметь гидрофобные поверхности.
[0023] В еще одном аспекте, пример осуществления метода включает введение большого количества жидкости для обработки через ствол скважины в разрыв подземного пласта, части жидкости, содержащей по меньшей мере или проппант, или экстраметрический материал. Экстраметрический материал состоит по меньшей мере из одного твердого кислотного исходного материала для того, чтобы генерировать кислоту в разрыве, и твердого основного исходного материала, чтобы генерировать основу в разрыве (в любом случае, подходящая кислота или основа - это материал, который изменяет pH водной среды, либо уменьшая либо увеличивая его, соответственно). Проппант помещают в разрыв во множестве групп проппанта, чтобы сформировать столбы. Экстраметрический материал тогда распадается в разрыве, что может далее позволить жидкости протекать из пласта через разрыв к стволу скважины (термин "растворяют" в существующей заявке означает любой подходящий процесс, химический или механический, при помощи которого экстраметрический материал покидает занятое в разрыве пространство).
[0024] Во всех же других примерах осуществлениях, методы включают введение множества фаз жидкости для обработки через ствол скважины в разрыв подземного пласта, где фазы жидкости, содержащей по меньшей мере либо проппант, либо экстраметрический материал, размещают проппант в разрыве во множестве групп проппанта для того, чтобы формировать опоры. Экстраметрический материал впоследствии распадается. Зона, с которой входит в контакт жидкость для обработки пласта включает мелкозернистые осадочные породы, сформированные уплотнением глины и ила в тонкие, относительно непроницаемые слои.
[0025] Дальнейший аспект вовлекает методы, где множество фаз жидкости для обработки вводится через отклоненный ствол скважины в разрыв подземного пласта, и фазы жидкости содержат по меньшей мере либо проппант, либо экстраметрический материал. Проппант помещается в разрыв во множестве пачек проппанта; а помещенный экстраметрический материал оставляют для растворения. Фазы жидкости для обработки используются с измененными объемами проппант-обогащенной жидкости, разделенными объемами экстраметрических материалов обогащенных жидкостью.
[0026] В некоторых примерах осуществления, обработка разрыва в импульсном режиме объединяется с гомогенной фазой в конце обработки. Такой подход может обеспечить существенное увеличение проводимости разрыва, достигнутой закачкой гетерогенного наполнителя проппанта (комбинация столбов проппанта) в разрыв.
[0027] Некоторые примеры осуществления являются методами интенсификации пласта с увеличенной проводимостью разрыва, достигнутой гетерогенным размещением проппанта в гидроразрыве. Метод обеспечивает обработку, порядок закачивания с параметрами, оптимизированными на основе геомеханических свойств пласта. Оптимизация проекта может быть выполнена или до обработки, или в режиме реального времени. Раскрыты различные примеры осуществления оптимизации проекта.
[0028] Любой из методов также включает этапы извлечения флюида типа углеводородов, или любых других соответствующих жидкостей, из пласта через открытые каналы и ствол скважины.
[0029] Некоторые другие примеры осуществления включают использование вспенивателя, используя подходящий газ, не ограниченный воздухом, азотом, углекислым газом, и т.п., или любыми их смесями. Может использоваться любое подходящее сочетание жидкой и газовой фазы. В одном случае, примером осуществления является метод, включающий введение первой жидкости для обработки, содержащей газ и свободной от макроскопических частиц, через ствол скважины под давлением, достаточным, чтобы инициировать разрыв в подземном пласте; закачку второй жидкости для обработки, содержащей проппант и экстраметрический материал, через ствол скважины в разрыв подземного пласта, где введение достигнуто различной импульсной концентрацией проппанта, закачка оптимизирована для жидкости и свойств пласта, и/или достигается изменением фаз закачки во время пульсации; и формирование множества групп проппанта, включающих проппант и экстраметрический материал, в разрыве; где экстраметрический материал объединяет проппант в группы, а также растворение экстраметрического материала.
[0030] В другом отношении, метод включает введение первой жидкости для обработки, содержащей газ и свободной от макроскопических частиц, через ствол скважины под давлением, достаточным, чтобы инициировать разрыв в подземном пласте; введение второй жидкостьи для обработки, содержащей проппант и экстраметрический материал, через ствол скважины в разрыв подземного пласта, где введение достигнуто различной импульсной концентрацией проппанта, закачка оптимизирована для жидкости и свойств пласта, и/или достигнута изменением фаз закачки во время пульсации; и помещение проппанта в разрыв во множестве групп проппанта; где экстраметрический материал укрепляет группы проппанта и где экстраметрический материал является удаляемым материалом.
[0031] Еще один метод включает введение первой жидкости для обработки, содержащей газ и свободной от макроскопических частиц, через ствол скважины под давлением, достаточным, чтобы инициировать разрыв в подземном пласте; закачку второй жидкости для обработки, содержащей проппант и волокна, через ствол скважины в разрыв подземного пласта; и формирование множества групп проппанта, состоящих из проппанта и волокон в разрыве; где волокно объединяет проппант в группы, где волокно размывается.
[0032] Другой пример осуществления включает метод, использующий введение первой жидкости для обработки, содержащей газ и свободной от макроскопических частиц, через ствол скважины под давлением, достаточным, чтобы инициировать разрыв в подземном пласте; закачку второй жидкости для обработки, содержащей проппант и волокна, через ствол скважины в разрыв подземного пласта; и размещение проппанта в разрыве во множестве групп проппанта; где волокно укрепляет группы проппанта, где волокно является удаляемым материалом.
[0033] Также, другой метод включает конструирование системы в подземном пласте, через который проходит ствол скважины, где конструирование состоит из:
i. введения первой жидкости для обработки, содержащей газ и свободной от макроскопических частиц, через ствол скважины под давлением, достаточным, чтобы инициировать разрыв в подземном пласте;
ii. введения второй жидкости для обработки, содержащей проппант и волокна, через ствол скважины в разрыв подземного пласта, где волокно является растворяющимся материалом;
iii. размещение проппанта в разрыве во множестве групп проппанта; после этого происходит извлечение пластового флюида из пласта через построенную систему.
[0034] Еще один метод включает конструирование системы в подземном пласте, через который проходит ствол скважины, где конструирование состоит из:
i. введения первой жидкости для обработки, содержащей газ и свободной от макроскопических частиц, через ствол скважины под давлением, достаточным, чтобы инициировать разрыв в подземном пласте;
ii. введения второй жидкости для обработки, содержащей проппант и волокна, через ствол скважины в разрыв подземного пласта, где волокно является удаляемым материалом;
iii. размещения проппанта в разрыв во множестве групп проппанта; после этого происходит извлечение пластового флюида из пласта, через первую систему.
[0035] Другие или альтернативные особенности станут очевидными из последующего описания, из рисунков, и из формулы изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР
[0036] Некоторые примеры осуществления будут описаны со ссылкой на сопровождающие рисунки, где цифры ссылки обозначают элементы. Должно быть понятно, что сопровождающие рисунки иллюстрируют только различные примеры осуществления, описанные здесь и не предназначенные для ограничения возможностей различных технологий, описанных здесь. Фигуры следующие:
Фиг.1 схематично иллюстрирует в разрезе размещение проппанта и удаляемого экстраметрического материала в процессе гидравлического разрыва в соответствии с вариантом осуществления;
Фиг.2 схематично иллюстрирует в разрезе расположение ствола скважины, перфорации и опор проппанта в разрыве после удаления экстраметрического материала из разрыва на Фиг.1;
Фиг.3 схематично показывает вид сбоку в разрезе разрыва, заполненного отделенным проппантом и разлагаемым твердым исходным материалом кислоты в качестве экстраметрического материала в карбонатном пласте, согласно одному из вариантов осуществления;
Фиг.4 схематично показывает вид сбоку в разрезе разрыва Фиг.3, вследствие гидролиза твердого исходного материала кислоты и вытравливания лицевых поверхностей разрыва, находящихся в непосредственной близости от кислоты, образованной таким образом;
Фиг.5 схематично иллюстрирует пример графика импульсного режима в соответствии с одним вариантом осуществления, где время на оси х, а концентрации проппанта на оси у;
Фиг.6 схематично показывает разрыв, заполненный системой столбов так, что есть открытые каналы между ними;
0
Фиг.7 показывает, как проводимость канала может зависеть от участка расклиненного разрыва для различных соотношений L/L;
Фиг.8 описывает результаты численного моделирования для проппанта, транспортируемого в горизонтальном поперечном разрыве (с черными областями, представляющими проппант). Обозначения: 1 - ствол скважины, 2 - границы гидроразрыва (поперечного, расположенного между напряженными преградами с ограниченной высотой роста), 3 - импульсы проппанта, транспортируемого радиально в центральную часть разрыва, 4 - импульсы проппанта, транспортируемого горизонтально в крылья разрыва;
Фиг.9 схематически описывает модель, представляющую транспортировку проппанта в горизонтальной скважине. Пометки: 1 - скважина, 2 - границы гидроразрыва, расположенного поперек границ напряжения и высоты роста, 3 - импульсы проппанта, передаваемого радиально в центральную часть разрыва, 4 - импульсы проппанта, передаваемого горизонтально в крылья разрыва, 5 - уплотнение проппанта, расположенное близко к участку вблизи ствола, 6 - участок потенциального выклинивания, если неправильно размещено уплотнение проппанта 5.
ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ
[0037] Вначале нужно отметить, что в развитии любого актуального примера осуществления проводятся многочисленные примеры осуществления - конкретных решений для достижения определенных целей разработчика, таких как соответствие связанных систем и деловых ограничений, которые изменяются от одного примера осуществления к другому. Кроме того, будет оценено, что такое развивающее усилие могло бы быть сложным и трудоемким, но тем не менее будет рутинным для специалиста в данной области, раскрытой в этом описании.
[0038] Описание и примеры представлены исключительно ради иллюстрирования некоторых различных исполнений раскрытия и не должны быть рассмотрены как ограничение возможностей и применимости раскрытия. В то время как составы существующего раскрытия описаны здесь как содержащие некоторые материалы, нужно понимать, что состав мог произвольно включить два или больше химически различных материала. Кроме того, состав может также включать некоторые другие компоненты, кроме уже указанных. В сущности раскрытия и этом детальном описании, каждое числовое значение нужно рассматривать, как измененное термином "приблизительно" (помимо уже измененных), и затем рассматривать вновь, как не измененное, если иначе не обозначено в контексте. Также, в сущности раскрытия и этом детальном описании, нужно понимать, что внесенный в список диапазон концентраций указан или описан как являющийся полезным, подходящим, или подобным, и любую и каждую концентрацию в пределах диапазона, включая конечные пункты, нужно рассматривать как установленную. Например, "диапазон от 1 до 10" должен читаться как указание каждого возможного числа по континууму между приблизительно 1 и приблизительно 10. Таким образом, даже если измерены определенные пункты данных в пределах диапазона, или даже не измерены, и явно идентифицированы или относятся только к немногим определенным данным, нужно понимать, что изобретатели оценивают и понимают, что любой или все пункты данных в пределах диапазона нужно считать указанными, и что изобретатели владеют полным диапазоном и всеми пунктами в пределах диапазона.
[0039] В некоторых примерах осуществления используют жидкости, содержащие газовую и жидкостную фазы. Используемый здесь термин "жидкостная фаза" означает, что включены все компоненты жидкости кроме газовой фазы. Термин "газ" используется здесь для того, чтобы описать любую жидкость в газообразном состоянии или в сверхкритическом состоянии, где газообразное состояние относится к любому состоянию, для которого температура жидкости является ниже ее критической температуры, и давление жидкости - ниже ее давления пара, а сверхкритическое состояние относится к любому состоянию, для которого температура жидкости является выше ее критической температуры. Когда обращаются к соединению с газовым компонентом, термины "заряженная жидкость", "пена", и "жидкость" могут попеременно использоваться для того, чтобы описать любую устойчивую смесь газовой и жидкостной фазы. Жидкости, описанные здесь, могут, также относится к жидкостям, не содержащим газовый компонент, в соответствии с контекстом использования. Вспененные и заряженные разрывные жидкости часто содержат "пенообразователь", обычно сурфактант или смеси сурфактантов, которые обеспечивают дисперсию газа в основной жидкости в форме маленьких пузырей или капелек, и придают стабильность дисперсии, задерживая соединение или перегруппировку таких пузырей или капелек. Вспененные и заряженные разрывные жидкости в основном описываются по качеству их пены, то есть соотношением газового объема к объему пены. Если качество пены приблизительно между 52% и 95%, жидкость традиционно называют пеной, а если 52% - заряженной жидкостью. Однако, как используется здесь, термин "заряженная жидкость", определен как любая устойчивая смесь газа и жидкости, несмотря на качественную ценность пены.
[0040] Разрывные жидкости согласно примеру существующего метода могут состоять из проппанта и удаляемого проппант-разносящего материала, который может функционировать, чтобы формировать открытые каналы вокруг столбов проппанта. В некоторых примерах осуществления, этот экстраметрический канал, формирующий материалы, включая проппант-разносящие частицы, упомянутый здесь как "каналлант". В других примерах осуществления, экстраметрический материал не обязательно может служить каналлантом, но может быть по меньшей мере частично, или даже полностью, удаляемым, в зависимости от условий формирования, в то время как в некоторых случаях экстраметрический материал не может быть удаляемым.
[0041] Используемый здесь, термин "открытые каналы" относится к связанным проходам, сформированным в структуре гидроразрыва проппанта. Открытые каналы отличаются от промежуточных проходов между индивидуальными частицами проппанта в матрице проппанта, в том, что каналы полностью простираются между противоположными поверхностями разрыва, свободными от проппантных преград или других препятствующих потоку структур, и существуют вне матрицы проппанта, в некоторых случаях со стороны, ограниченной столбами проппанта. Такие открытые каналы в основном имеют гидравлический радиус, и, следовательно, гидравлическая проводимость, которая является по меньшей мере порядком величины, больше, чем проводимость промежуточных проходов потока через матрицу проппанта.
[0042] Открытые каналы могут быть сформированы помещением проппанта и экстраметрического материал в разрыв таким образом, что опороформирующие острова проппанта оказываются, в конечном счете, отделенными от формирующего канал удаляемого материала. Отделение может происходить или начаться в процессе подготовки, при смешивании или закачивании жидкости для обработки, при введении жидкости для обработки в разрыв, во время или после размещения проппанта, при упаковывании или осваивании разрыва, на отдельном этапе после введения химической и/или механической манипуляции или обработки проппанта/экстраметрического материала после начального размещения в разрыве, или при соединении и уплотнении проппанта во время удаления экстраметрического материала.
[0043] Используемые здесь термины "отделение", "отделенный" и т.п. относятся к любому гетерогенному распределению проппанта/экстраметрического материала между проппант-обогащенными опороформирующими островами или зонами и проппант-обедненными зонами экстраметрического материала. Не обязательно держать проппант-обогащенные зоны полностью свободными от экстраметрического материала, потому что присутствие экстраметрического материала, особенно в относительно незначительных количествах, не может превысить уровня, который предотвращает формирование или консолидацию проппанта в столбы достаточной мощности, способных препятствовать закрытию разрыва. В примере осуществления, экстраметрический материал может функционировать в проппанте или зонах проппанта, чтобы объединять или укреплять острова проппанта и/или усилить столбы проппанта. Наоборот, зоны экстраметрического материала могут содержать частицы проппанта, особенно относительно незначительные количества, которые остаются необъединенными или не предотвращают удаление экстраметрического материала, чтобы сформировать открытые каналы, и которые не приведут к ограждению или чрезмерному засорению открытых каналов проппанта.
[0044] Упрощенное исполнение метода иллюстрировано со ссылкой на Фиг. 1-2, в котором частицы экстраметрического материала могут быть вообще не растворяться во введенной жидкости и растворяться в жидкости пласта. На Фиг. 1, стволовая скважина 10 может быть закончена перфорациями 12 в пласте 14. Ствол скважины показывается, как вертикальная скважина только в целях иллюстрации. Ствол скважины может быть отклонен под любым углом относительно вертикальной скважины, а также применена любая комбинация вертикальных и отклоненных секций. Отделенные частицы проппанта 16 и частицы экстраметрического материала 18 могут быть введены в разрывную жидкость через ствол скважины 10 в разрыв 20, где они могут быть гетерогенно помещены в соответствующие проппант-обогащенные острова 22, раздельные обособленно зонами, обогащенными экстраметрическим материалом 24. Разрыву 20 можно позволить закрыться, и островки проппанта 22 сжимаются, чтобы формировать столбы для поддержки разрыва 20 и предотвращения противоположных поверхностей разрыва от контакта друг с другом. Одновременно, экстраметрический материал может быть упакован в проппант-обедненных зонах 24 и может ограничивать острова 22 от оползания или распространения в поперечном направлении от давления веса пласта, таким образом, упрощая набор большей высоты или размера открытия, в результате полученного разрыва и большой гидравлической проводимости.
[0045] Во время другого рабочего этапа, экстраметрический материал может быть удален в различных осуществлениях, промывкой, растворением, размягчением, расплавлением, разрушением, или уничтожением экстраметрического материала, полностью или частично, с помощью подходящих механизмов воздействия, таких как, но не ограничиваясь, температура, время, pH, соленость, введение растворителя, введение катализатора, гидролиз, и т.п., или любую их комбинацию. Механизм воздействия может быть вызван окружающими условиями в пласте, вторжением в жидкости пласта, воздействием воды, истечением времени, присутствием начинающихся или отсроченных реагентов или соединением с частицами экстраметрического материала, после введения жидкости пласта, или подобного, или любой комбинацией пусковых механизмов.
[0046] Затем, ссылаясь на Фиг. 2, жидкости пласта можно позволить войти в разрыв 20, чтобы заместить любой экстраметрический материал, раствор экстраметрического материала, продукты распада экстраметрического материала и любой не уплотненный проппант или другие частицы, от проппант-обедненных зон. В одном исполнении, экстраметрический материал может просто быть не уплотнен так, чтобы он мог быть удален гидравлически, или может включать не уплотненные частицы, которые могут быть удалены гидравлически, например, промывкой разрыва жидкостью пласта и/или введением промывочной или резервной промывочной жидкости. Сеть связанных открытых каналов 26 может быть сформирована вокруг столбов 28 таким образом, чтобы обеспечить разрыв 20 высокой проводимостью для потока жидкости. Жидкости могут теперь генерироваться из пласта 14 в разрыве 20 через открытые каналы 26 и перфорации 12 в стволе скважины 10.
[0047] Экстраметрический материал может, в некоторых случаях, быть удален механически, например, используя жидкость, чтобы вытолкнуть экстраметрический материал из пласта. В таких случаях экстраметрический материал может остаться в твердом теле со времени введения до удаления из разрыва. Некоторые подходящие материалы, которые могут сопротивляться деградации и разрушению, содержат стекло, керамику, углерод и составы на основе углерода, металлы и металлические сплавы, природные и синтетические полезные ископаемые, и высокоплотные пластмассы, нефтепрочные и имеющие кристалличность более 10%. Некоторые другие подходящие пластмассовые материалы с высокой плотностью включают нейлоны, акрилы, стиролы, полиэстеры, полиэтилены, маслостойкие, термореактивные смолы и их комбинации.
[0048] Альтернативно, экстраметрический материал может размягчаться, растворяться, реагировать или разрушаться иным способом. Материалы, подходящие для растворимого экстраметрического материала, включают, например, и без ограничения, экстраметрические материалы из поливинилового спирта (ПВС), соль, воск, карбонат кальция, и т.п. и их комбинации. Разрушаемый нефтью экстраметрический материал может быть отобран, так, что он будет разрушаться генерируемыми жидкостями. Альтернативно, экстраметрический материал может быть отобран разрушающимся агентами, целенаправленно помещенными в пласт, при помощи закачки, где смешивание экстраметрического материала с агентом вызывает замедленную реакцию разрушения экстраметрического материала.
[0049] В некоторых осуществлениях разрыва, твердый кислотный прекурсор может использоваться как разрушающий экстраметрический материал. Подходящие, генерирующие кислоту, растворимые экстраметрические материалы могут включать, например, и без ограничения, ПМК, ПГК карбоксильную кислоту, лактид, гликолид, сополимеры ПМК или ПГК, и т.п. и их комбинации. При условии, что порода пласта карбонат, доломит, песчаник, или иной кислотный реактив, тогда гидролизованный продукт экстраметрического материала, реактивная жидкая кислота, могут травить пласт на поверхности между столбами проппанта. Это травление может увеличить открытые каналы и, таким образом, увеличить проводимость между столбами. Другие виды использования жидкости, генерирующей кислоту, могут включать помощь в разрушении остаточного геля, облегчение уплотнения групп проппанта, вулканизацию или размягчение смолистых покрытий и увеличение проходимости проппанта.
[0050] В других осуществлениях раскрытия экстраметрический материал может быть сформирован из или содержать источники фтора, способного к генерированию фтористоводородной кислоты после освобождения фтора и соответствующего протонирования. Некоторые неограничивающие примеры источников фтора, которые являются эффективными для того, чтобы генерировать фтористоводородную кислоту, включают, не ограничиваясь, фтороборную кислоту, фторид аммония, фторид натрия, и т.п., или любые их смеси.
[0051] Фиг.3-4 иллюстрируют процесс травления кислотой для большей проводимости разрыва. В ссылке на Фиг.3 островки проппанта 30 гетерогенно размещены в разрыве 32 с разрушающимся твердым кислотным прекурсором в обогащенных экстраметрическим материалом зонах 34. В ссылке к Фиг.4, отсроченный гидролиз кислотного прекурсора экстраметрического материала в пластовых условиях формирует кислоту, которая врезается в поверхность карбонатного пласта, приводя к ограниченному травлению 36, чтобы увеличить каналы 38. Столбы проппанта 30 остаются неповрежденными для удержания разрыва открытым.
[0052] Подход гетерогенного размещения проппанта (ГРП) воплощен в некоторых аспектах осуществления этого изобретения. Гетерогенные пачки проппанта, в дальнейшем столбы проппанта, могут предотвратить закрытие разрыва и обеспечить высокую проводимость каналов вокруг столбов, служащих каналом потока для углеводородов. ГРП может привести к ряду преимуществ, по сравнению с обычными возбуждающими обработками, такими как, без ограничения, увеличенная проводимость разрыва, улучшенная промывка разрыва, более эффективная длина разрыва, уменьшенное потребление проппанта и другими.
[0053] Метод ГРП согласно некоторым осуществлениям полагается на пульсацию концентрации проппанта во время разрывной обработки, которая приводит к ГРП. Параметры графика обработки могут включать, например, продолжительность реакции суспензии проппанта и импульсов промывающей жидкости, концентрацию проппанта, и проект транспортерной жидкости. Оптимизация, вышеупомянутых и других параметров проекта по меньшей мере частично основанная на геомеханических свойствах обрабатываемого пласта, может значительно увеличить проводимость разрыва и эффективную длину, в конечном счете, приводя к увеличениям производства углеводорода.
[0054] В некоторых осуществлениях, график обработки использует пульсирующий график проппанта, как показано на Фиг.5. Первый этап проходит без проппанта и называется PAD, он направлен на инициирование разрыва и помогает определять его геометрию. После этого множество этапов проппанта могут быть закачаны с увеличенной концентрацией проппанта. Все или некоторые этапы проппанта могут быть закачаны в циклах, с каждым циклом, состоящим из импульса промывающей жидкости и импульса суспензии проппанта такой же или различной продолжительности. Концентрация проппанта в импульсе суспензии проппанта сохраняется подобной или такой же для каждого этапа. На последнем этапе проппанта, известном, как "хвостовой", график выполняется закачкой без импульсов и приводит к сцеплению между направленным разрывом и стволом скважины.
[0055] В некоторых методах, продолжительность импульса и концентрация проппанта могут быть различными и оптимизированными. Скорость закачки может использоваться в качестве инструмента, так, имея одинаковую продолжительность импульса, можно обеспечить различные объемы импульса и соответственно различный интервал между столбами. В некоторых случаях, может быть проведена оптимизация различных объемов импульса/объемов шлама и/или продолжительности и/или изменение скорости закачки во время импульса.
[0056] Проводимость направленного разрыва может зависеть от ширины столба, расстояния между столбами, напряжения, проявленного столбами, геомеханических свойств пласта и других факторов. Расстояние между столбами может быть связано с продолжительностью импульса промывочной жидкости. Напряжение на столбах может быть связано с минимальным местным напряжением в пласте и процентом зоны стены разрыва, покрытой столбами.
[0057] Некоторые осуществления относятся к методам оптимизации графика закачки при обработке, в особенности на продолжительность этапов, концентрацию проппанта в импульсе и продолжительности импульса промывочной жидкости/суспензии проппанта, которые могут обеспечить оптимально достижимую проводимость разрыва. Обратный подход позволяет определять параметры графика обработки так, чтобы обеспечить определенную геометрию разрыва и проводимость с меньшим количеством проппанта и/или разрывной жидкости.
[0058] Например, во время обработки часть разрывной жидкости может уходить в пласт. Это может привести к уменьшению эффективности жидкости и может также уменьшить расстояние между столбами проппанта в разрыве с увеличением концентрации проппанта. Кроме того, свойства трения разрывной жидкости (эффективная вязкость) могут воздействовать на ширину гидроразрыва. На основе моделирования утечки и свойств трения жидкости, концентрация проппанта в импульсах суспензии, так же как и длительность импульсов суспензии проппанта и промывочной жидкости, могут быть рассчитаны, и проводимость разрыва может быть дополнительно оптимизирована. Параметры графика могут быть дополнительно изменены во время обработки для того, чтобы оптимально распределить столбы по всей длине разрыва. Одно из возможных исполнений показано следующим образом:
0
столбов
пл
проп
проп
пром
роп
пром
столбов
пл
0
max
0
Разрыв заполнен системой столбов так, что есть открытые каналы, остающиеся между столбами (см. Фиг. 6). Расстояние между краями столбов L меньше, чем L - расстояние, на котором каналы начинают закрываться. Отношение области столба к области остроконечной площадки (Фиг.6) S/S определяет отношение области площади поверхности разрыва к общей области разрыва. Это отношение связано с T/(T+T), где Тп - время импульса грязи, а T - времени промывочного импульса. Проводимость K каналов между столбами зависит от S/S и L/L. Для некоторых параметров проводимость достигает теоретического максимума K. Фиг.7 иллюстрирует, что проводимость канала может зависеть от области открытого разрыва для различного отношения L/L.
[0059] В другом примере, поскольку разрывная жидкость протекает в ствол скважины и в разрыв, шламовая суспензия проппанта поддается дисперсии из-за смешивания с промывочной жидкостью на границах раздела, что может привести к увеличению объема шлама проппанта и уменьшению концентрации проппанта в шламе. Степень дисперсии шлама на входе в пласт (группы перфораций), в зависимости от концентрации проппанта в шламах и объема шламов на поверхности, может быть оптимизирована, чтобы обеспечить требуемые параметры импульса. Степень дисперсии шлама может быть определена с поверхности и измерениями давления в скважине, плотности жидкости и/или других параметров, известных специалистом в этой области техники.
[0060] В другом примере, ранние этапы проппанта в гидравлических обработках разрыва разработаны с низкими концентрациями проппанта, чтобы избежать отсеивания. Эти этапы предназначены для того, чтобы разместить проппант близко к концу разрыва, где гидравлическая ширина мала. В случае ГРП, достигаемого пульсациями, каналы в области конца могут иметь более высокую вероятность закрытия, значительно влияя на проводимость разрыва и эффективную длину разрыва. Чтобы уменьшать риск потери проводимости в конце, может быть закачан импульс проппанта раствора жидкости с различными концентрациями проппанта. Закрытые каналы в этом случае могут оставаться подпертыми, обеспечивая проводимость гомогенного уплотнения проппанта. Также можно закачивать проппант непрерывно без импульсов в начале обработки, чтобы подпереть область конца и затем переключиться на оптимизированный импульсный график закачивания.
[0061] В дальнейшем примере, сильно отклоненные или чрезвычайно горизонтальные скважины с многоэтапным выполнением могут облегчить инициирование многократных разрывов в течение одной обработки. Разрывная жидкость и раствор жидкости проппанта могут быть распределены между открытыми разрывами в некоторых отношениях. Количество открытых разрывов (группы перфораций, включая жидкость) может быть определено методами, известными специалистам области. Это количество может быть важным параметром для проекта графика пульсации. В зависимости от количества разрывов, продолжительность импульса промывочной жидкости может быть настроена так, чтобы обеспечить оптимальное среднее расстояние между столбами во всех разрывах. Так как количество разрывов может измениться во время обработки (отсеиваться из разрывов и/или нового открытого разрыва), график пульсации может быть отрегулирован в режиме реального времени.
[0062] В следующем примере, практика гидравлического разрыва включает закачивающие этапы с постепенным увеличением концентрации проппанта. Это делается для того, чтобы уменьшить риск преждевременного отсеивания, поскольку высокая концентрация проппанта увеличивает проводимость разрыва, но может также привести к соединению проппанта в разрыве. С другой стороны, закачка только части проппанта шламового импульса с более высокой концентрацией на определенном этапе может увеличить проводимость разрыва без значительного увеличения вероятности отсеивания. Неограничивающим примером является 3 PPA этап закачивания каждого третьего шламового пульса с 4 РРА концентрацией проппанта. В этом случае, проппант в разрыве будет иметь более высокую концентрацию, таким образом, более толстые столбы будут окружены более тонкими. Этот подход может способствовать дальнейшему увеличению проводимости разрыва и эффективной длины с уменьшенным риском преждевременного отсеивания. Кроме того, часть импульса может быть разработана с более низкими концентрациями, например, в тех же самых 3 РРА этапах, поскольку в предыдущем примере, каждый второй импульс может быть разработан в 2 РРА. Частота импульсов суспензии с меньшей концентрацией проппанта и переменная концентрации проппанта могут быть разработаны для того, чтобы обеспечить открытие каналов в разрыве. В этом случае разрыв может иметь достаточную проводимость для добычи высокомолекулярных углеводородов с использованием меньшего количества проппанта.
[0063] Некоторые другие осуществления - это методы создания гетерогенного уплотнения проппанта в гидравлическом разрыве для случая применения к горизонтальным скважинам, и поэтому создания сети проводящих открытых каналов, доступных для потока жидкости. Гидравлические разрывы, охваченные таким гетерогенным уплотнением проппанта, могут иметь более высокую проводимость, чем обычные (однородно подпертые) разрывы, и поэтому могут увеличить добычу газа и нефти.
[0064] В таких осуществлениях, метод для формирования гетерогенного уплотнения проппанта (ГУП) в разрыве базируется на дополнительном введении в разрыв разрывной жидкости и разрывной жидкости, загруженной проппантом. С такой техникой важно оптимально проектировать продолжительность чередующихся этапов, и кроме того, ввести гомогенное уплотнение ближе к стволу скважины, чтобы предотвратить закрытие разрыва. ГУП в горизонтальных применениях включает следующие этапы:
1) Первый этап - закачка разрывной жидкости и формирование/распространение разрыва. Жидкость, введенная на этом этапе (этап площадки), обычно не имеет никакого проппанта или имеет низкую концентрацию проппанта, в качестве вещества, предотвращающего потери, или шламы проппанта, чтобы очистить и разрушить перфорации, или проппант, чтобы покрыть части разрыва ближе к забою скважины.
2) Второй этап включает повторное дополнение данных объемов проппанта к разрывной жидкости. Данный объем проппанта, смешанного с разрывной жидкостью (в данной концентрации проппанта), называют импульсом проппанта (или подэтап). Объем или продолжительность импульса проппанта является важным параметром и имеет существенное влияние на желательные конечные свойства разрыва. Чтобы достигнуть существенного увеличения проводимости, в некоторых случаях выбор времени одной закачки шлама (на поверхности) может быть меньше 60 секунд по обычным нормам закачки, при соответствующем объеме меньше 80 баррелей. Продолжительность между введенными импульсами проппанта может управляться параметрами и, в некоторых примерах, составляет меньше 60 секунд или, в зависимости от объема, не превышает 80 баррелей. Количество импульсов проппанта, введенного на втором этапе, может быть достаточно высоким и может также зависеть от размера гидроразрыва и разработанной геометрии разрыва. В то же самое время, чтобы достигнуть желаемой проводимости разрыва, количество импульсов проппанта, введенных на втором этапе, может, как правило, превышать 1, 2, 3, или даже 4 импульса.
3) Третий этап (последний этап) - введение данного объема разрывной жидкости с проппантом в разрыв. Проппант, введенный на этом этапе, формирует устойчивое уплотнение проппанта близко к стволовой скважине, чтобы предотвратить закрытие стены пласта в области стволовой скважины. Продолжительность этого этапа - это управляемый параметр, который зависит от механических свойств пласта и параметров обработки. Очень короткий "последний" этап может закончиться выклиниванием между стволом скважины ближайшего импульса проппанта, закачанного на втором этапе (см. Фиг. 9, примечание №6). В то же время, ГУП, расположенное близко к стволу скважины, может ставить под угрозу добычу, поскольку проводимость этой области может быть значительно ниже, чем проводимость канальной части. Следовательно, продолжительность этого этапа ограничена с верхнего конца требованием добычи. Подводя итог, время закачки на третьем этапе должно, как правило, превышать 6 секунд (или исходя из объема, должно превышать 3 барреля). В то же время может быть выгодно не превышать общее время закачки или введенный объем на втором этапе (стандартная длительность импульса).
[0065] Методы, описанные выше, могут быть также применимы к одновременному инициированию многократных разрывов, которые могут произойти в случаях оканчивания открытого ствола и обсаженого ствола скважины с многочисленными группами перфораций. Объемы этапов, указанных выше, определены в одном разрыве. Следовательно, на поверхности график закачки может быть изменен, и объемы этапов могут быть умножены на ожидаемое количество разрывов, инициированных данной обработкой.
[0066] Во время гидроразрыва, высокое давление закачки на поверхности вводит разрывную жидкость в ствол скважины, смежную с поверхностью или в зону добычи геологического пласта. Первый этап, также названный как "этап прокладки" (упомянутый выше), включает введение разрывной жидкости в скважину на достаточно высокой скорости потока и давлении, достаточном, чтобы буквально разрушить или разорвать часть окружающих слоев на поверхности песковика. Этап прокладки продолжается, пока разрыв не будет иметь достаточных размеров для того, чтобы поместить последующую закачиваемую суспензию на этапе проппанта. Объем прокладки может быть разработан с теми знаниями в области планирования разрывов, например, которые описаны в Reservoir Stimulation, 3rd Ed, M. J. Economides, K. G. Nolte, Editors, John Wiley and Sons, New York, 2000.
[0067] Жидкости разрыва на основе воды являются общепринятыми, с естественными или синтетическими водными растворимыми полимерами, которые добавляют, чтобы увеличить жидкую вязкость, и могут использоваться во всей прокладке и последующих этапах проппанта и/или экстраметрического материала. Эти полимеры включают, но не ограничены, гуаровую резину; полисахариды высокого молекулярного веса, состоящие из маннозы и сахара галактозы; или производные гуара, такие как гидрооксипропил гуар, карбоксиметил гуар, карбоксиметилгидроксипропил гуар, и т.п. Связывающие вещества на основе комплексов бора, титана, циркония или алюминия обычно используются, чтобы увеличить эффективный молекулярный вес полимера для использования в высокотемпературных скважинах.
[0068] До некоторой степени, производные целлюлозы, такие как гидроксиэтилецеллюлоза или гидроксипропилцеллюлоза и карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлоза, могут использоваться с или без взаимных поперечных связей. Два биополимера - ксантан и склероглюкан - обеспечивают превосходную суспензию проппанта, но они более дороги, чем производные гуара и используются реже Полиакриламидные и полиакрилатные полимеры и сополимеры обычно используются для высокотемпературных применений или для преобразования данных трения при низких концентрациях для всех диапазонов температур.
[0069] Жидкости разрыва на основе воды могут также быть получены при помощи вязкоупругих сурфактантов. Обычно эти жидкости получают путем смешивания в соответствующих количествах подходящих сурфактантов, таких как анионные, катионоактивные, неионные, амфотерные, и цветорионные. Вязкость вязкоупругих жидкостей сурфактанта относится к трехмерной структуре, сформированной компонентами жидкости. Когда концентрация сурфактанта в вязкоупругой жидкости значительно превышает критическую концентрацию, и в большинстве случаев в присутствии электролита, совокупность молекул сурфактанта агрегируют в разновидности, такие как червеобразные или стержнеобразные мицеллы, которые могут взаимодействовать, чтобы формировать сеть, обладающую вязким и упругим поведением. Также, жидкости на основе глины без полимера, например основанные на Laponite (синтетическая глина-загуститель) также могут быть полезны.
[0070] После того как разрыв инициирован, проппант и экстраметрический материал могут быть введены в разрыв в виде суспензии или суспензии частиц в разрывной жидкости во время того, что называется здесь как "этап проппанта". На этапе проппанта, проппант и экстраметрический материал могут быть введены в один или более отдельных подэтапов, чередующихся между "подэтапом проппанта" и "подэтапом экстраметрического материла" и/или в виде смеси экстраметрического материала и проппанта в одном или более подэтапах, упомянутых здесь как "смешанный подэтап". Дополнительно, проппант, экстраметрический материал и/или смешанные подэтапы могут быть разделены на один или более дополнительных "подэтапов носителей", которые по сути лишены проппанта и экстраметрического материала и могут также быть лишены других частиц.
[0071] Некоторые осуществления этого раскрытия могут касаться процессов, которые связаны с гидравлическим разрывом. Примеры этих исполнений включают увеличенную нефтяную переработку, обработку отходов скважин для нагнетания хранящегося углекислого газа, сточных вод или других жидких отходов, и обработку скважин для восстановления окружающей среды, то есть для закачки воды, чтобы изменить направление или скорость потока грунтовых вод, или введения химических веществ, чтобы очистить загрязненный водоносный слой. Некоторые осуществления могут извлечь выгоду из использования морской воды или технической воды с твердыми телами.
[0072] В результате проппант полностью не заполняет разрыв. Скорее, раздельные группы проппанта формируются как столбы с разнесенным проппантом экстраметрическим материалом, первоначально заполнившим каналы между ними. Через которые, после последующего удаления экстраметрического материала, протекают флюиды пласта. Объемы проппанта, экстраметрического материала и подэтапов носителя при закачке могут различаться. То есть объем экстраметрического материала и любых подэтапов носителя может быть больше или меньше объема проппанта и/или любых смешанных подэтапов. Кроме того, объемы и порядок введений этих подэтапов могут изменить продолжительность этапов проппанта. То есть подэтапы проппанта, закачанные ранее во время обработки, могут иметь меньший объем, чем подэтап проппанта, закачанный позже во время обработки. Относительный объем подэтапов может быть отобран инженером или оператором на основании того, какие области поверхности разрыва желательно поддерживать группами проппанта и какие области разрыва желательно держать открытыми, через которые флюиды пласта протекают свободно.
[0073] Подходящие проппанты могут состоять из песка, гравия, стекляруса, керамики, глиноземов, слюды, стекла, и т.п. или их комбинаций. Также могут использоваться другие проппанты, такие как пластмассовые бусинки типа стирола дивинилбензол, и частицы металлов. Проппант, используемый в этом исполнении раскрытия, необязательно может иметь те же самые свойства проходимости, которые типично требуются в обычных обработках, потому что полная проходимость разрыва по меньшей мере частично зависит от каналов пласта. Другие проппанты могут быть материалами, такими как буровой шлам, поднятый из скважины при циркуляции. Также, частичные материалы естественного происхождения могут использоваться как проппанты, включая, но не ограничиваясь: грунт или раздробленные оболочки орехов, таких как грецкий орех, кокосовый орех, пекан, миндаль, орех костяной пальмы, бразильский орех, и т.д.; грунт или раздробленные оболочки семян (включая фруктовые косточки) семена фруктов, таких как слива, маслина, персик, вишня, абрикос, и т.д.; грунт или раздробленные оболочки семян других растений, таких как кукуруза (например, початки или зерна кукурузы), и т.д.; обработанные древесные материалы, такие как дуб, пекан, орех, тополь, красное дерево, и т.д., включая такую древесину, которая была обработана шлифовкой, тесанием или другой формой частичной обработки, и т.д., в некоторых неограничивающих примерах проппант выполнен из скорлупы грецкого ореха, пропитанной и покрытой смолами. Дальнейшая информация о некоторых вышеупомянутых составах может быть найдена в Encyclopedia of Chemical Technology, под редакцией Raymond E. Kirk and Donald F. Othmer, Third Edition, John Wiley & Sons, том 16, страницы 248-273 (имеющей название "Nuts"), авторское право 1981 г.. Покрытый смолой (различная смола и пластмассовые покрытия) или инкапсулированный проппант, имеющий основы любого из предварительно внесенных в список раскрывающих материалов, таких как песок, керамика, глинозем, скорлупа ореха, и т.д. может использоваться в соответствии с осуществлением этого изобретения. По существу, проппант может быть любым материалом, который будет удерживать открытой подпертую часть разрыва.
[0074] Выбор проппанта может сбалансировать факторы, например, срок действия проппанта, характеристики распределения проппанта и стоимость проппанта. Проппант может иметь способность проникать глубоко в гидравлический разрыв и формировать раздельные столбы, которые будут подвержены сжатию разрыва и будут противостоять давлению. Относительно недорогие материалы низкой прочности, такие как песок, могут использоваться для гидравлического разрыва пласта с маленькими внутренними напряжениями. Материалы большей стоимости, такие как керамика, глинозем и другие, могут использоваться в пластах с более высокими внутренними напряжениями. В дальнейшем можно рассматривать как критерии выбора химическое взаимодействие между генерируемыми жидкостями и проппантами, которое может значительно менять характеристики проппанта.
[0075] Поскольку исполнение не должно зависеть от пористости или проходимости упакованной матрицы проппанта, для придания разрыву проводимости потока, наличие выбора широкого диапазона материалов проппанта может быть преимуществом в диапазоне заявок и дорогих ограничениях. Например, проппант может иметь разнообразные размеры или диапазоны смешанных, переменных диаметров или других свойств, которые приводят к получению столбов высокой плотности и большой мощности, которые могут формировать матрицу проппанта, которая имеет высокую или низкую пористость и высокую или низкую проходимость. Пористость и проходимость проппанта не являются столь критическими в исполнении этого раскрытия, потому что генерирование жидкости не обязано проходит через матрицу проппанта. Другой опцией для секции является клейкий или укрепляющий материал, который закупоривает обычный наполнитель проппанта. Клейкий или укрепляющий материал могут использоваться в промежуточных пространствах матрицы проппанта, такие как, например, устанавливаемый или связанный полимер, который может быть установлен или связан в проппанте.
[0076] Таким образом, столб проппанта подходящей мощности может быть успешно создан с использованием песка с частицами, слишком слабыми для использования в обычном гидравлическом разрыве. Стоимость песка существенно меньше керамического проппанта. Кроме того, разрушение частиц песка во время применения нагрузки закрытия разрыва может улучшить прочность той же группы, состоящей из гранул проппанта. Это может произойти, так как разлом/разрушение частиц проппанта уменьшает пористость группы, таким образом, уплотняя проппант. Песок, закачанный в разрыв для того, чтобы создать группы проппанта, не нуждается в хороших гранулометрических свойствах, то есть для водопроницаемого наполнителя проппанта в обычном разрыве требуется узкий размер частиц или распределение диаметра. Например, в одном исполнении, можно использовать 50 тонн песка, где 10-15 тонн имеют диаметр частиц от 0,002 до 0,1 мм, 15-30 тонн имеют диаметр частиц от 0,2 до 0,6 мм, и 10-15 тонн имеют диаметр частиц от 0,005 до 0,05 мм. Стоит отметить, что обычный гидравлический разрыв потребует приблизительно 100 тонн проппанта, более дорогого, чем песок, для того, чтобы получить аналогичную величину гидравлической проводимости для прохода жидкости через непрерывную пористую матрицу проппанта в подпертом разрыве.
[0077] Для целей раскрытия, одно исполнение проппанта может использовать песок с клейким покрытием или связанным покрытием, покрытым слоем неклейкого вещества, растворимого в разрыве, например, жидкостью для обработки разрыва или другой жидкостью, проходящей через разрыв. Неклейкое вещество предотвращает формирование скоплений проппанта перед входом в разрыв и позволяет управлять моментом времени в разрыве, когда частица проппанта приобретает свои клейкие свойства. Момент времени соответствует местоположению проппанта в пределах разрыва. Клейкое покрытие может быть активировано температурой пласта, а частицы песка склеиваются между собой. Частицы соединения в пределах столбов могут предотвратить эрозию столба проппанта, когда проходит поток жидкости пласта, таким образом, минимизируя последующее разрушение островков проппанта эрозией.
[0078] В одном исполнении, укрепленный и/или объединенный материал может быть введен в жидкость разрыва для увеличения мощности сформированных групп проппанта и предотвращения их разрушения во время закрытия разрыва. Обычно укрепляющий материал можно добавить к подэтапу проппанта и/или смешанному подэтапу, но можно также вводить дополнительно или альтернативно в подэтап экстраметрического материала и/или подэтап носителя, или другими способами. Например, укрепляющий материал может быть экстраметрическим материалом, который служит для укрепления групп проппанта, но может быть удален как или с экстраметрическим материалом из проппант-обедненных зон. Концентрации проппанта и укрепляющих материалов могут изменяться во время всего этапа проппанта, и от подэтапа к подэтапу. То есть концентрация проппант укрепляющего материала может быть различна на двух последующих подэтапах. Она может также подходить в некоторых применениях осуществления метода для введения укрепляющего материала непрерывным или полунепрерывным способом на всем этапе проппанта, в течение множества смежных носителей, экстраметрического материала, смешанного подэтапа и подэтапа проппанта. Например, укрепляющий материал, размещенный в зонах экстраметрического материала в разрыве, может быть удален с экстраметрическим материалом, как описано ниже. В любом случае, введение укрепляющего материала не должно быть ограничено только подэтапом проппанта. Особенно, могут быть предпочтительными различные осуществления, где концентрация укрепляющего материала не изменяется в течение полного этапа проппанта; монотонно увеличивается в течение этапа проппанта; или монотонно уменьшается в течение этапа проппанта.
[0079] Вулканизируемый или частично вулканизируемый покрытый смолой проппант может использоваться как укрепляющий и объединяющий материал для того, чтобы формировать группы проппанта. Процесс выбора соответствующего покрытого смолой проппанта для конкретной статической температуры (BHST) и конкретной разрывной жидкости может быть известен опытным работникам. Кроме того, органические и/или неорганические экстраметрические материалы могут укрепить группу проппанта. Эти материалы могут использоваться в комбинации с покрытым смолой проппантом или отдельно. Эти экстраметрические материалы могут иметь клейкую поверхность, могут быть химически или физически изменены для того, чтобы иметь клейкое покрытие, или могут иметь клейкое покрытие, полученное из слоя неклейкого вещества, растворимого в разрыве с помощью жидкости одновременно или впоследствии прохождения через разрыв. Экстраметрические материалы, сделанные из клейкого материала, могут использоваться как укрепляющий материал, покрытый неклейким веществом, которое распадается в разрывной жидкости или другой жидкости, поскольку оно проходит через разрыв при подземных температурах. Металлические частицы являются другим исполнением для укрепления материала и могут быть произведены с использованием алюминия, стали, необязательно содержащей специальные добавки, которые предотвращают коррозию, и других металлов и сплавов, и т.п. Например, металлические частицы могут быть сформированы в виде сферы и в некоторых случаях могут иметь размеры 0,1-4 мм. В одном исполнении, металлические частицы могут иметь удлиненную форму с длиной больше, чем 2 мм, и диаметр 10-200 микрон. В другом исполнении, пластины органических или неорганических веществ, керамики, металлов или сплавов на основе металла могут использоваться как укрепляющий материал в проппанте. Эти пластины могут иметь форму диска или прямоугольника и такие длину и ширину, что для всех материалов соотношение между любыми двумя из этих трех размеров будет больше, чем 5 к 1.
[0080] С другой стороны, высокая проходимость и/или высокая пористость наполнителя проппанта могут использоваться в некоторых ситуациях. В одном исполнении, проходимость проппанта может обеспечить некоторую ограниченную проводимость разрыва, если каналы должным образом не сформированы или полностью не связаны. Дополнительно, при некоторых условиях формирования, может быть предпочтительно, при использовании некоторых исполнений существующего метода выполнить заключительный последний этап обработки разрыва, включающей непрерывное введение проппанта в разрывающую жидкость, причем проппант на этом этапе состоит по сути из частиц одного размера, для получения зоны проппанта с непрерывной пористостью, смежной со стволом скважины. При использовании, последний этап обработки разрыва напоминает обычную обработку разрыва, где непрерывный слой хорошо отсортированного обычного проппанта помещен в разрыв, ближайший к стволовой скважине. Последний этап может включать введение и вещества, которое увеличивает способность жидкости для обработки к транспортировке проппанта, и/или вещества, которое действует, как укрепляющий материал. Последний этап отличается от второго этапа непрерывным размещением хорошо отсортированного проппанта, то есть проппанта с чрезвычайно одинаковым размером частиц, или даже стержневого проппанта. Мощность проппанта должна быть достаточна для того, чтобы предотвратить его разрушение, если он подвергается напряжениям, которые происходят при закрытии разрыва. Роль проппанта на этом последнем этапе - это предотвращение закрытия разрыва и, соответственно, обеспечение хорошей проводимости разрыва относительно близко к стволовой скважине.
[0081] Проппанты, полезные в некоторых осуществлениях представленного метода, должны быть способны выделятся в проппант-обогащенные островки для гетерогенного размещения в разрыве, отделенные от смежных островков проппанта. Такие свойства, как плотность, размер, форма, магнитные характеристики, и поверхностные характеристики, например, гидроаффинность и реактивность, и химическое или механическое взаимодействия с экстраметрическим материалом, и т.п. - все это может влиять на отделимость проппанта. Поэтому эти характеристики могут быть выбраны для облегчения отделения от зон, обогащенных экстраметрическим материалом, в зависимости от разнообразия условий, при которых осуществляется разделение, условий скважины, экстраметрического материала, жидкости для обработки и т.д.
[0082] В исполнении, проппант может иметь самоклеющуюся поверхность, например, используя проппант, который имеет природное притяжение или тенденцию к агломерации, свойство прилипания к другим частицам проппанта, а также достичь этого путем нанесения покрытия или химически модифицированной поверхности проппанта для самоприлипания, например, путем нанесения на проппант клейкого вещества или вещества для повышения клейкости, или прививанием клейкого вещества или состава, повышающего клейкость к проппанту. В некоторых случаях, самоклеющийся проппант не клеится к экстраметрическому материалу и другим поверхностям, таким как поверхность трубопровода, насоса и труб в стволе скважины. В одной версии самоклеющегося проппанта, проппант свободно скрепляется вместе в связанных наполнителях или шарах геля или слегка сшит текучим полимером, к которому проппант имеет определенную аффинность, например, проппант может быть привит к формирующему гель полимеру.
[0083] В других осуществлениях, проппант может быть гидрофильным, например, можно использовать проппант, который является обычно гидрофильньным, например, как большинство песков, и/или путем обработки частиц проппанта ионными или полярными модификаторами, такими как сильная кислота, слабая кислота, сильное основание, слабое основание, или с помощью реакции с поверхностью проппанта, чтобы связать ионную или полярную половину с аффинностью к водным жидкостям. Таким образом, проппант может быть дифференцированно привлечен к другим гидрофильным разновидностям жидкости для обработки, например, другим частицам проппанта или несмешивающимся этапам в жидкости для обработки, например, водном этапе, особенно там, где экстраметрический материал является гидрофобным и/или введен с помощью несмешивающегося гидрофобного этапа жидкости в жидкость для обработки.
[0084] В других осуществлениях, проппант может быть гидрофобным, например, можно использовать проппант, который обычно гидрофобный, такой как воск, например, и/или обрабатывая частицы проппанта нефтью, воском или другим углеводородом, или при помощи реакции с поверхностью проппанта для того, чтобы связать углеводородную часть с низкой аффиностью к водным жидкостям. Таким образом, проппант может быть дифференцированно притянут к другим гидрофобным соединениям в жидкости для обработки, например, другие частицы проппанта или несмешивающиеся жидкие этапы в жидкости для обработки, такие как нефть или другие безводные этапы, особенно там, где экстраметрический материал является гидрофильным и/или введен через несмешивающийся гидрофильный жидкий этап в жидкость для обработки.
[0085] В дальнейших осуществлениях проппант может присутствовать в жидкости для обработки, которая введена в разрыв в форме несмешивающегося жидкого наполнителя или шара, рассеянного на более или менее непрерывном этапе второй жидкости, несущей экстраметрический материал. Несмешивающаяся жидкость наполнителя проппанта может содержать достаточное количество проппанта, чтобы сформировать островки подходящего размера, отдельно от изолированного размещения наполнителя или в комбинации с одним или более дополнительными наполнителями проппанта, где может произойти совокупное размещение наполнителя. Поскольку открытые каналы, которые будут сформированы, должны связывать ствол скважины и отдаленные подвергнутые обработке поверхности разрыва, удобнее будет обеспечить экстраметрический материал на непрерывном этапе в жидкости для обработки, в которой наполнители проппанта находятся на рассеянном или прерывистом этапе. В одной версии, наполнители проппанта могут быть снабжены тонкой герметизированной оболочкой или непрочным пузырем для того, чтобы сохранять или группировать проппант и изменять структуры, чтобы он оставался текучим во время закачки, а пузырь может быть произвольно разорван или химически или термически удален во время размещения в разрыве и/или во время закрытия разрыва.
[0086] Выбор экстраметрического материала может зависеть от способа отделения экстраметрического материала и его размещения в разрыве, так же как и способа удаления экстраметрического материала и формирования канала. В своей самой простой форме, экстраметрический материал может быть твердой частицей, которая может быть сохранена в твердой форме во время введения и закрытия разрыва и легко растворена или разрушена для удаления. Материалы, которые используются, могут быть органическими, неорганическими, стеклянными, керамическими, нейлоновыми, углеродными, металлическими, и так далее. Подходящие материалы могут включать водо- или углеводородорастворимые твердые вещества, такие как, например, соль, карбонат кальция, воск, или тому подобное. Полимеры могут использоваться в другом исполнении, включая такие полимеры, как полимолочная кислота (ПМК), полигликолевая кислота (ПГК), полиол, полиэтилентерефталат (ПЭТ), полисахарид, воск, соль, карбонат кальция, бензойная кислота, материалы на основе нафталина, окись магния, бикарбонат натрия, растворимые смолы, хлорид натрия, хлорид кальция, сульфат аммония, и т.п., и так далее, или их любые комбинации. Используемые здесь, "полимеры" включают и гомополимеры, и сополимеры обозначенного мономера с одним или более сомономерами, включая трансплантанты, блокирующие и случайные сополимеры. Полимеры могут быть линейными, разветвленными, в виде звезды, сшитыми, производными, и так далее, по желанию. Экстраметрический материал может быть отобран, чтобы иметь размер и форму, подобную или не сходную с размером и формой частиц проппанта, чтобы способствовать отделению от проппанта. Формы частицы экстраметрического материала могут включать, например, волокна, сферы, стержни, пластинки, ленты, и т.п. и их комбинации. В некоторых применениях могут использоваться пучки волокон, или волокнистых или непрочных материалов. Эти волокна могут дополнительно или альтернативно формировать трехмерную сеть, укрепляя проппант и ограничивая его утечку.
[0087] Например, разделение введенного проппанта и экстраметрического материала, как введенных и помещенных в разрыв, может быть вызвано различиями (или сходством) по размеру, плотности или форме этих двух материалов. Удельный вес и концентрации объема проппанта и экстраметрического материала могут быть приспособлены так, чтобы минимизировать смешивание и гомогенизацию во время размещения. Должным образом определенные размеры экстраметрического материала или добавление различных веществ в жидкость, обогащенную экстраметрическим материалом, могут облегчить отделение в соответствующее время и место.
[0088] И проппант, и разнесенные частицы проппанта могут быть выполнены "клейкими" так, чтобы частицы подобного материала прилипали друг к другу, чтобы гарантировать гетерогенность между двумя разными материалами. Частицы проппанта могут быть отобраны так, чтобы прилипать к другим частицам проппанта, как указано выше, и отталкиваться или отталкивать частицы экстраметрического материала. Альтернативно или дополнительно, частицы экстраметрического материала могут быть отобраны самоклеящимися и не клеящимися к проппанту. Экстраметрический материал может, например, включать самоклеящееся покрытие. Другой способ, провоцирования разделения этих двух материалов - это выбор проппанта и экстраметрического материала со свойственными различиями гидроаффиности или создание поверхностных различий гидроаффиности, обрабатывая и проппант, и экстраметрический материал гидрофобными или гидрофильными покрытиями.
[0089] Присутствие экстраметрического материала в жидкости разрыва на этапе проппанта, например, на смешанном подэтапе или на выделенном подэтапе экстраметрического материала, может иметь преимущество увеличения транспортной способности проппанта. Другими словами, экстраметрический материал может уменьшить скорость осаждения проппанта в жидкости для обработки разрыва. Экстраметрический материал в исполнении может быть материалом с удлиненными частицами, имеющими длину, сильно превышающую диаметр. Этот материал может влиять на реологические свойства и подавлять конвекцию в жидкости, что может привести к уменьшению скорости осаждения проппанта в жидкости разрыва и поддерживанию отделения проппанта от проппант-обедненных зон. Экстраметрический материал может быть способен к разложению в водной жидкости разрыва или в жидкости скважины, такой как волокна, сделанных на основе полимолочной кислоты (ПМК), полигликолевой кислота (ПГК), поливинилового спирта (ПВС), и других.
[0090] Волокна могут быть сделаны из или покрыты материалом, который становится клейким при подземных температурах формирования. Они могут быть сделаны из клейкого материала, покрытого неклейким веществом, которое распадается в разрывающей жидкости или другой жидкости, когда она проходит через разрыв. Волокна, используемые в одном исполнении, могут быть до 2 мм длиной с диаметром 10-200 микронов, в соответствии с условием, что отношение между любыми двумя из этих трех размеров больше, чем 5 к 1. В другом исполнении, волокна могут иметь длину больше, чем 1 мм, такую как, например, 1-30 мм, 2-25 мм или 3-18 мм, или в некоторых случаях приблизительно 6 мм; и они могут иметь диаметр 5-100 микронов и/или денье приблизительно 0,1-20, или в некоторых случаях приблизительно 0,15-6. Эти волокна желательны для облегчения способности переноса проппанта для жидкости для обработки с уменьшенными уровнями жидких загущающих полимеров или сурфактантов. Сечения волокон не должны быть круглыми, а волокна не должны быть прямыми. Если используются фибриллированные волокна, диаметры отдельных волокон могут быть намного меньше, чем вышеупомянутые диаметры волокон.
[0091] Концентрация экстраметрического материала в жидкости для обработки может быть такой, что экстраметрический материал, сжатый между островками проппанта при закрытии разрыва, имеет уплотненный объем для того, чтобы заполнить места между уплотненными островками проппанта, сжатием, подобном проппанту. Другими словами, наполнитель экстраметрического материала, служит для того, чтобы держать островки проппанта на месте и предотвращать боковое расширение, которое могло бы уменьшить окончательную высоту столба проппанта. Концентрация веса волокна экстраметрического материала в разрывной жидкости может быть от 0,1 до 10 процентов в некоторых случаях. Концентрация твердого экстраметрического материала в жидкости для обработки может быть приблизительно от 0,6 г/л (приблизительно 5 ppt) до приблизительно 9,6 г/л (приблизительно 80 ppt).
[0092] В исполнении, первый тип добавки волокна может обеспечить укрепление и консолидацию проппанта. Этот тип волокна может включать, например, стекло, керамику, углерод и составы на основе углерода, металлы и металлические сплавы, и т.п. и их комбинации, такие как материал, уплотненный в проппанте для усиления столбов проппанта. В других применениях, второй тип волокна может использоваться для предотвращения осаждения проппанта в жидкости для обработки. Второй тип волокна может включать, например, полимолочную кислоту, полигликолевую кислоту, полиэтилентерефталат (ПЭТ), полиол, нейлон, и т.п. и их комбинации, такие как материал, предотвращающий осаждение или дисперсию проппанта в жидкости для обработки и служащий главным удаляемым заполняющим материалом в местах между столбами. Все же другие применения могут включать смесь первых и вторых типов волокна, первый тип волокна обеспечивает укрепление и консолидацию проппанта, а второй тип волокна предотвращает осаждение проппанта в жидкости для обработки.
[0093] В природе волокна могут быть гидрофильными или гидрофобными. Гидрофильные волокна можно рассматривать для множества применений. Волокна могут быть любым волокнистым материалом, таким как, не ограничиваясь, природное органическое волокно, измельченный растительный материал, синтетическое волокно полимера (в качестве неограничивающего примера, полиэстер, полиарамид, полиамид, новолоид или новолоидный полимер), фибриллированные синтетические органические волокна, керамические волокна, неорганические волокна, металлические волокна, металлические нити, углеродные волокна, стеклянные волокна, керамические волокна, природные волокна полимера, и любые их смеси. Особенно полезные волокна - это волокна полиэстера, покрытые для большей гидрофильности, такие как, но не ограничиваясь, DACRON полиэтилентерефталат (ПЭТ). Волокна, представляемые Инвиста корп. Вичита, Канзас, США, 67220. Другие примеры полезных волокон включают, не ограничиваясь, полиэстровые волокна полимолочной кислоты, полиэстровые волокна полигликолевой кислоты, волокна поливинилового спирта, и т.п.
[0094] В некоторых осуществлениях, твердый экстраметрический материал отобран из замещенных и незамещенных лактида, гликолида, полимолочной кислоты, полигликолевой кислоты, сополимеров полимолочной кислоты и полигликолевой кислоты, сополимеров гликолевой кислоты с другой гидроксикарбоновой кислотой, или частями гидроксикарбоновой кислоты, сополимеров молочной кислоты с другой гидроксикарбоновой кислотой, или частями гидроксикарбоновой кислоты, и смесей таких материалов. Некоторые примеры - это полигликолевая кислота или ПГК и полимолочная кислота или ПМК. Эти материалы могут функционировать как твердо-кислотные прекурсоры и после растворения в разрыве могут сформировать разновидности кислот, которые могут иметь вторичные функции в разрыве.
[0095] По желанию, вещество, контролирующее pH, может использоваться в жидкости для обработки, особенно там, где присутствует твердый кислотный прекурсор, а одна или более жидкостей обработки pH чувствительна. Вещество, контролирующее pH, может быть отобрано из аминов и щелочного грунта, аммония и солей щелочных металлов сесквикарбонатов, карбонатов, оксалатов, гидроксидов, оксидов, бикарбонатов, и органических карбоксилатов, например, сесквикарбонат натрия, триэтаноламин или тетраэтиленпентамин.
[0096] Например, экстраметрический материал может действовать как реагент для разложения кислоты, для загустителя вещества, где экстраметрический материал отобран из твердого вещества, которое содержит кислоту и гидролизируется, чтобы выпустить кислоту, твердого вещества, которое гидролизируется, чтобы выпустить кислоту, или смеси этих материалов. Твердое вещество может присутствовать в частицах, настолько маленьких, что они по меньшей мере частично входят в поры пласта, и/или настолько больших, что они остаются в разрыве в местах между столбами проппанта. Жидкость для обработки может также содержать вещество, контролирующее pH, присутствующее в количестве, достаточном, чтобы нейтрализовать любое присутствие кислоты в твердом материале перед закачкой и нейтрализовать любую кислоту, произведенную твердым материалом во время закачки так, чтобы реагент разрушения кислоты не мог повредить жидкость во время введения. Когда введение остановлено, веществу можно позволить выпустить кислоту сверх количества, которое может быть нейтрализовано любым веществом, контролирующим pH, таким образом, разрушая вязкую жидкость.
[0097] При желании, вяжущее вещество в некоторых осуществлениях может быть вязкоупругой системой поверхностно-активного вещества. Также при желании твердый материал может иметь размер, который формирует внутреннюю корку фильтра в порах пласта. При желании твердый материал может иметь размер, который не блокирует поток жидкости в порах пласта. Твердый материал отбирается из замещающего и незамещающего лактида, гликолида, полимолочной кислоты, полигликолевой кислоты, сополимеров полимолочной кислоты и полигликолевой кислоты, сополимеров гликолевой кислоты с другой гидроксикарбоновой кислотой, или с частями гидроксикарбоновой кислоты, сополимеров молочной кислоты с другой гидроксикарбоновой кислотой, или с частями гидроксикарбоновой кислоты, и смесей таких материалов. Пример, используемый в некоторых осуществлениях - это полигликолевая кислота. Вещество, контролирующее pH, отбирается из аминов и щелочного грунта, аммония и солей щелочных металлов сесквикарбонатов, карбонатов, оксалатов, гидроксидов, оксидов, бикарбонатов, и органических карбоксилатов, например, сесквикарбонат натрия, триэтаноламин или тетраэтиленпентамин.
[0098] Подходящие твердые кислоты для использования в вязкоупругом сурфактанте (ВУС) жидкостных систем, включают замещенный и незамещенный лактид, гликолид, полимолочную кислоту, полигликолевую кислоту, сополимеры полимолочной кислоты и полигликолевой кислоты, сополимеры гликолевой кислоты с другой гидроксикарбоновой кислотой, или с частями гидроксикарбоновой кислоты, сополимеры молочной кислоты с другой гидроксикарбоновой кислотой, или с частями гидроксикарбоновой кислоты, и смеси таких материалов. Другие материалы, подходящие для использования в ВУС жидкостных систем - все те полимеры гидроксиуксусной кислоты (гликолевая кислота) сами по себе или с другой гидроксикарбоксильной кислотой, или частями, содержащими гидроксикарбоновую кислоту, описанные в патенте США № 4848467; 4957165; и 4986355.
[0099] В некоторых применениях, подходящие компоненты твердой кислоты для ВУС систем - это твердые циклические димеры или твердые полимеры, некоторых органических кислот, которые гидролизируются при известных и управляемых температурных условиях, времени и pH, для формирования органических кислот. Одним из примеров подходящих твердых кислот является твердый циклический димер молочной кислоты, известный как "лактид", который имеет точку плавления 95-125°C, в зависимости от оптической активности. Другим является полимер молочной кислоты, иногда называемой полимолочной кислотой или "ПМК", или полилактатом, или полилактидом. Другим примером является твердый циклический димер гликолевой кислоты, известный как "гликолид", который имеет точку плавления приблизительно 86°C. Еще одним примером является полимер гликолевой кислоты (полиоксиуксусная кислота), также известный как полигликолевая кислота (ПГК) или полигликолид. Другой пример представляет собой сополимер молочной кислоты и гликолевой кислоты. Эти полимеры и сополимеры являются полиэстрами. Полученные материалы могут содержать немного свободной кислоты и немного растворителя, обычно воду.
[00100] ООО Нэйчеворкс, Миннетонка, Миннесота, США, производит циклический димер твердой молочной кислоты, называемый "лактид", из которого производят полимеры молочной кислоты, или полилактаты, с изменением молекулярной массы и степени кристалличности, под общим торговым названием NATUREWORKS™ PLA. ПМК в настоящее время представленные Cargill Dow имеют молекулярную массу приблизительно 100000, хотя любой полилактид (полученный любым процессом любого изготовителя) и любой материал с любой молекулярной массой и с любой степенью кристалличности может использоваться в осуществлениях этого раскрытия. Полимеры ПМК являются твердыми при комнатной температуре и гидролизируются водой для образования молочной кислоты. Доступные от Карджилл Дау обычно имеют кристаллическую температуру плавления от приблизительно 120°C до приблизительно 170°C, но могут быть получены и другие.
[00101] Поли(d,l-лактид) с молекулярным весом до 500000 поставляют Био-Инвигор, Пекин и Тайвань. Био-Инвигор также поставляет полигликолевую кислоту (также известную, как полигликолид) и различные сополимеры молочной кислоты и гликолевой кислоты, часто называемые "полиглактин" или поли(лактид-co-гликолид). Скорости реакций гидролиза всех этих материалов контролируются, помимо других факторов, молекулярной массой, кристалличностью (отношение кристаллического к аморфному материалу), физической формой (размер и форма твердого вещества), а в случае полилактида, количеством двух оптических изомеров. (Естественно встречающийся l-лактид формирует частично кристаллические полимеры; синтетический dl-лактид формирует аморфные полимеры). Аморфные области более восприимчивы к гидролизу, чем кристаллические области. Чем меньше молекулярная масса, тем меньше кристалличность и больше соотношение поверхности к массе, это может привести к более быстрому гидролизу. Гидролиз может также быть ускорен, увеличением температуры, путем добавления кислоты или основы, или добавления материала, который вступает в реакцию с продуктом гидролиза.
[00102] Гомополимеры ПГК и ПМК могут быть более кристализированными; сополимеры имеют тенденцию быть аморфными, если они не являются сополимерами блока. Степень кристалличности может контролироваться методом изготовления гомополимеров и методом изготовления и отношением и распределением лактида и гликолида для сополимеров. Полигликолид может быть изготовлен в пористой форме. Некоторые из полимеров распадаются очень медленно в воде прежде, чем они гидролизируются; нужно понимать, что условия гидролиза или гидролиз и т.д., предназначены для включения в раствор.
[00103] Твердые кислоты могут быть покрытыми для замедления гидролиза. Подходящие покрытия включают поликапролат (сополимер гликолида и эпсилон-капролактона) и стеарат кальция, оба из которых гидрофобны. Поликапролат медленно гидролизируется. Производство гидрофобного слоя на поверхности твердых кислот каким-либо образом может облегчить отделение от гидрофильного проппанта и может задержать гидролиз для закачки и разрыва. Обратите внимание, что покрытие здесь может относиться к герметизации или просто к изменению поверхности, при помощи химической реакцией, формируя или добавляя тонкий слой другого материала. Другой подходящий метод замедления гидролиза твердой кислоты и освобождения кислоты, состоит в том, чтобы суспендировать твердую кислоту с гидрофобным покрытием в масляном веществе или в масляной эмульсии. Гидролиз и кислотное освобождение не происходят, пока вода не входит в контакт с твердой кислотой.
[00104] ВУС самоликвидируется «на месте», то есть в месте расположения. Это место может быть частью суспензии в жидкости для обработки в стволе скважины, в перфорации, в уплотнителе гравия или в разрыве; или являться компонентом фильтрационной корки на стенках ствола скважины или разрыва; или в порах пласта. ВУС может использоваться в пластах любой литологии, но обычно используется в карбонатах или песчаниках.
[00105] Особое преимущество этих материалов состоит в том, что прекурсоры твердой кислоты и произведенные кислоты не токсичны и разлагаются биологически. Например, твердые кислоты часто используются как саморастворяющиеся швы в медицинской практике.
[00106] Полиол - это многоатомный спирт, то есть, он содержит три или более гидроксильные группы. Одно исполнение полиола, полезное в качестве экстраметрического материала, представляет собой полимерный полиол, растворяемый при нагревании, опреснении воды или их комбинации, и который состоит по сути из замещенных гидроксилом углеродистых атомов в цепи полимера, отделенных от смежных замещенных гидроксилом углеродистых атомов по меньшей мере одним углеродистым атомом в цепи полимера. Другими словами, полезные полиолы не содержат смежных гидроксильных замещающих атомов. В одном исполнении полиол имеет среднюю молекулярную массу более чем от 5000 до 500000, или более чем от 10000 до 200000 в других осуществлениях. При желании полиол может быть изменен гидрофобно для дальнейшего предотвращения или задерживания растворения, например, включением углеводородных замещающих атомов, таких как алкил, арил, алкарил или частей аралкила и/или боковых цепей от 2 до 30 углеродистых атомов. Полиол может также быть изменен для того, чтобы включить карбоновую кислоту, тиол, керосин, силан, серную кислоту, ацетоацетилат, окись полиэтилена, или четырехкомпонентный амин или другие катионовые мономеры. Такие модификации производят несколько эффектов на свойства полиола; влияют на растворимость, чувствительность к солености, pH и связанность функциональных групп (например, гидроксильные группы и силанольные группы, которые являются хелатным комплексом, который можно сшить с обычными сшивателями), представляющих наибольший интерес для представленного раскрытия. Все указанные модификации - это коммерчески доступные продукты.
[00107] В одном исполнении полиол - это замещенный или незамещенный поливиниловый спирт, который может быть получен частичным гидролизом прекурсора поливинилового состава, имеющего замещенные атомы эфира, такого как, например, поливинилацетат, поливинил пропаноат, поливинил бутаноат, поливинил пентаноат, поливинил гексаноат, 2-метиловый бутаноат поливинила, 3-этиловый пентаноат поливинила, 3-этиловый гексаноат поливинила, и т.п., и их комбинации. Когда полиол включает поливиниловый спирт, полученный частичным гидролизом поливинилацетата, полиол вообще не растворяется в соленой воде, как описано более подробно ниже, и кроме того, полиол коммерчески доступен в форме частично кристаллизированных волокон, которые имеют относительно резкую активирующую температуру, ниже которой волокна не растворяются в воде и выше которой они легко растворяются так, как описано более подробно ниже.
[00108] Подходящие повторяющиеся звенья полиола могут иметь следующие формулы:
1
1
[00109] Полимеры могут содержать блоки 1 и 2 в изменяющихся размерах, где R1 и R1′ могут быть одинаковыми или различными, но обычно одинаковые. В структурах, R или R′ является алкилированной цепью, которая может быть насыщенной или ненасыщенной, линейной или разветвленной, содержащей от 1 до 5 углеродистых атомов, где n и n′=1-5, и где n и n′ могут быть равными или различными, но обычно равны. R2 является алкилированной цепью, которая может быть насыщенной или ненасыщенной, алифатической или ароматической, линейной или разветвленной, от 0 атомов углерода (к примеру, водорода) до 12 атомов углерода. В формулах выше, m = от 0 до 5000 и m′ = от 100 до 10000. Блоки 1 и 2 могут чередоваться, могут иметь случайную или блоковую конфигурацию.
[00110] Из вышеупомянутого общего описания, полимеры могут быть определены путем изменения параметров. Например, гидролиз 99,99% поливинилового спирта с ММ=5000 будет: m=0, R1′=CH2, n′=1, m′=100. Гидролиз 90% поливинилового спирта и ММ=5000 полученный из поливинилацетата будет: m=10, n=n′=1, R1=R1′=CH2, R2=CH3, m′=90.
[00111] Только ради иллюстрации, осуществления этого раскрытия описаны здесь со ссылкой на поливиниловый спирт (ПВС), как один из примеров подходящего полиольного экстраметрического материала. Специалисты в данной области поймут, что осуществления данного раскрытия не ограничены ПВС, и одинаково применимы к полиолам, которые отвечают вышеупомянутому требованию наличия изменяемых способов растворимости в контексте жидкостей обработки и методологии гетерогенного размещения проппанта, описанной здесь.
[00112] Преимуществом ПВС является нетоксичность и биоразложение. Например, ПВС обычно используется в медицинской промышленности, а формы волокна обычно используются в одежде или тканях, которые предназначены для растворения при стирке в теплой или горячей воде.
[00113] ПВС - твердый материал, который изготавливается во многих формах, таких как, например, волокна, листы, гранулы, бусинки, порошок, и т.п. ПВС - синтетический полимер, который является водорастворимым и вообще не зависит от нефтяных углеводородов. Полимер содержит основную углеродную цепь с гидроксильными и ацетатными группами. Согласно Кирку и другим, Encyclopedia of Chemical Technology, 3rd Edition, Vol. 23, John Wiley and Sons, стр. 848-865 (1983), ПВС может быть получен гидролизом поливиниацетата в метаноле, катализируемом основой согласно следующему уравнению:
[00114] ПВС может вообще существовать в трех различных состояниях агрегации, которые могут управляться условиями раствора. В своем твердом состоянии ПВС является полукристаллическим. Степень кристалличности изменяется от одного способа изготовления к другому и со степенью гидролиза и вида ПВС. В водном растворе ПВС может потерять кристалличность и набухать, чтобы формировать аморфную структуру, которая является гибкой и деформированной, но еще становится растворимой. В зависимости от условий раствора ПВС может полностью растворяться и существовать как полимер, находящийся в растворе.
[00115] Осуществления представленного раскрытия могут использовать ПВС в нерастворимой форме, чтобы разместить ПВС экстраметрического материала в скважине разрыва. Изменяя соленость и/или температурные условия, смежный ПВС, помещенный в разрыв, может быть растворен для того, чтобы удалить отложения ПВС и/или активизировать ПВС для использования в качестве прерывателя или других функций скважины. В дополнение к заполняющему канал материалу, любая ПВС фильтрационная корка может быть удалена таким же образом. Например, ПВС может также использоваться как волокно для вспомогательного волокна транспортировки проппанта. Например, растворенный ПВС может также функционировать как задерживающий прерыватель для сшитого полимера или вязкоупругого сурфактанта (ВУС жидкостные системы).
[00116] Осуществления раскрытых методов могут использовать управление растворимости ПВС и подобных полиолов в водной среде, при помощи содержания жидкой соли. В растворе, с достаточно высокой концентрацией соли, ПВС не растворим, но становится клейким, гибким материалом, который легко соединяется сам с собой и с твердыми поверхностями, позволяя ему действовать в качестве материала, наполняющего канал. Понижая концентрацию раствора ниже критического уровня соли, самоклеящиеся твердые вещества ПВС могут стать растворимыми и быстро превратиться в раствор.
[00117] Растворение ПВС управляется степенью гидролиза ПВС, молекулярной массой, кристалличностью, размером частицы, и т.п. Степень гидролиза определяется как молекулярный процент гидроксильных групп в цепи полимера относительно негидролизируемых ацетатных групп. Например, ПВС со степенью гидролиза 88 имел бы 88 молекулярных процентов гидроксильных групп и 12 молекулярных процентов ацетатных групп вдоль полимерной основы. Гидроксильные и/или ацетатные группы могут быть распределены беспорядочно или в блоках.
[00118] Большинство видов ПВС растворяются в пределах 80°C (176°F). Степень гидролиза приблизительно 88% является оптимальной для растворения в некоторых случаях, то есть растворение ПВС уменьшается, когда степень гидролиза чуть выше или ниже 88%. Когда степень гидролиза превышает 88%, растворимость уменьшается из-за более плотного выравнивания гидроксильных частей, которое, как предполагают, возникает из форм водородного соединения. Если гидролиз ниже 88%, растворимость уменьшается из-за увеличенного количества ацетатных групп; поливинилацетат вообще не растворим в воде. Другие факторы, влияющие на растворимость ПВС, могут включать концентрацию полимера и концентрацию соли; количество нерастворимого ПВС, например, аморфного ПВС, может увеличиться с увеличенными концентрациями соли или полимера. Кристалличность ПВС может также использоваться для управления температурой, при которой ПВС растворяется. Например, ПВС, которые являются частично кристаллическими для изменения степеней, могут растворяться в воде при температурах в диапазоне от 20°C до 90°C. Как часть процесса растворения, ПВС проходит "клееобразное" или аморфное состояние. Растворимость и клееобразное состояние ПВС полимера могут также управляться при помощи концентрации соли. Например, волокно ПВС, которое полностью растворяется в 2% растворе хлористого калия при 80°C (176°F), не может полностью раствориться при температуре ниже 93°C (200°F) в 6% растворе хлористого калия, и может только деформироваться и комковаться при температуре 93°C (200°F) в 10% растворе хлористого калия, и не будет изменяться вообще при температуре 93°C (200°F) в 12% растворе хлористого калия.
[00119] Условия и скорость растворения ПВС, имеющего конкретную химическую и физическую модификацию, включая кристалличность, степень гидролиза, молекулярную массу и распределение, покрытие, если имеется, при определенной температуре и при контакте с жидкостью или жидкостями определенной солености, легко определить простым экспериментом: ПВС подвергают воздействию жидкости или жидкостей при условиях обработки и контролируя растворение.
[00120] ПВС может быть изготовлен и использоваться в различных твердых формах, включая, но не ограничиваясь, волокна, порошки, гранулы, и т.п. Система, содержащая жидкость для обработки и ПВС (и любые другие добавки), может быть смешанной в отдельной емкости или смешанной в процессе закачки, с использованием оборудования для смешивания обычной жидкости для обработки и техники смешивания.
[00121] Если ПВС находится в кристаллической форме волокна, которая используется, прежде всего, ниже своей рабочей температуры размещения, и не набухает или становится аморфным, непосредственно перед растворением в скважине, то обычно используются прямые волокна; хотя полезны изогнутые, витые, имеющие форму спирали и другие трехмерные конфигурации волокна. Также волокна могут быть связаны вместе или отделены друг от друга на одном или обоих концах. В одном исполнении, длина волокна составляет по меньшей мере приблизительно 2 миллиметра, а диапазоны диаметра волокна составляют приблизительно от 3 микрон до приблизительно 200 микрон. Оказывается, нет никакого верхнего предела длины волокон, используемых с точки зрения эффективности. Обработка, смешивание и насосное оборудование диктуют практический верхний предел для длины волокон. Подходящие ПВС волокна в одном исполнении имеют длину приблизительно 2-25 мм, в других осуществлениях приблизительно 3-18 мм, а в еще других осуществлениях приблизительно 6 мм; их денье приблизительно 0,1-20, в некоторых случаях приблизительно 0,15-6. Такие волокна оптимизированы для транспортировки частиц.
[00122] Если ПВС является аморфным или меняется из кристаллической в аморфную форму в жидкости для обработки, особая физическая форма менее критическая, так как ПВС приобретает клееподобную форму, которая рассеивается как маленькие частицы в жидкости для обработки. Если ПВС также использовать как добавку, регулирующую водоотдачу, размер частиц ПВС выбирается, основным образом, из желательных свойств водоотдачи (например, поток и коэффициент коркообразования). Типичные размеры частицы для шариков или порошков в диапазоне от субмикрона, например, от приблизительно 0,2 микрона до приблизительно 200 микрон, например, от приблизительно 10 до приблизительно 50 микрон, но фактические величины зависят особенно от свойств пласта и от других факторов, известных специалистам в данной области техники. Аморфные или частично кристаллические ПВС волокна в этих диапазонах размеров также подходят.
[00123] Если ПВС используется как прерыватель, частицы могут иметь широкий диапазон размеров, например, от наночастиц (для того, чтобы разрушать ВУС в пределах матрицы) до размера проппантов для того, чтобы разрушать транспортирующую жидкость. ПВС и его свойства, такие как молекулярная масса и кристалличность, выбираются с учетом желательных темпов растворения в используемой транспортирующей жидкости, в используемых температуре и солености. Этот выбор может также находится под влиянием желательного времени замедления прерывания, которое может зависеть от размера обработки, независимо от того, является ли обработка гидравлическим разрывом или уплотнением гравия, и других факторов, известных специалистам в данной области, включая концентрации и природу ВУС или связанного полимера и любых других добавок, и температуру.
[00124] Кроме того, во время обработки могут быть изменены параметры, которые приняты во внимание при выборе особо твердого вещества ПВС, включая его химические свойства и кристалличность, его размер и форму, и его концентрацию, среди других факторов, в зависимости от способа, в котором он будет использоваться как экстраметрический материал или иначе. Все эти параметры могут зависеть от характера работы, например, от того, действительно ли необходимо контролирование водоотдачи или нет, температуры, природы пласта и желаемого времени до образования разрыва и/или желаемого времени, при котором образуется разрыв. Например, контроль водоотдачи может не понадобится, при уплотнении гравия в пласт с низкой проходимостью, а выбор может быть сделан на основе разрывающих свойств. Подходящий выбор может быть сделан при помощи простых экспериментов, подобно описанным выше, или в примерах ниже, возможно при помощи программного обеспечения для моделирования.
[00125] Например, когда используются волокна ПВС, они могут обладать зависящей от температуры растворимость в воде, например, выше 90°C. Активирующая температура должна быть выше температуры закачки, но ниже температуры пласта. С этой целью волокна ПВС закачиваются с жидкостью для обработки как твердое вещество, но становятся растворимыми в скважине, после разнесения островков проппанта друг от друга для закрытия разрыва, при увеличении температуры выше активирующей температуры. Растворение может быть замедлено благодаря использованию волокон ПВС с активирующей температурой ниже температуры пласта и/или длительному введению жидкостей с низкой температурой для выдерживания волокон при низкой активирующей температуре до желаемого растворения. Когда растворимость волокон управляется выдерживанием при низкой активирующей температуре, могут быть использованы водные жидкости с низкой соленостью. Также, растворение волокон может управляться или замедляться при помощи использования жидкости с высокой соленостью так, что, если активирующая температура превышена, растворение не происходит, пока соленость не уменьшена. Должна быть проявлена осторожность, чтобы избежать ослабления потока жидкости (когда поток жидкости необходим), при условии, что волокна не полностью растворимы, но становятся "клейкими" настолько, что комкаются и блокируют промежуточные пространства.
[00126] Волокна ПВС могут также использоваться на этапе проппанта, который задействует транспортировку волокон, помогающую улучшить проппант и другую транспортировку частиц, при сокращении количества других требуемых загустителей жидкости. По меньшей мере частично кристаллические волокна ПВС могут быть изготовлены так, чтобы растворяться после обработки, чтобы ни один постоянный остаток волокна не остался в стволе скважины или разрыве. Например, ПВС волокна, активирующиеся при определенной температуре и предварительно установленные температуры, доступны коммерчески под торговой маркой КУРАЛОН К-II (Курарэй Америка, Инкорпорэйтид). Эти волокна ПВС полностью растворяются в воде при доведении до определенной активирующей температуры, но фактически не растворимы при более низкой температуре в широком диапазоне pH и химических условий. Эти волокна ПВС изготавливаются для того, чтобы определить точки активирующей температуры для водного растворения при желаемых температурах между 20°C и 90°C, с шагом 10°C. Когда волокно ПВС действительно растворяется в водной обработке или в жидкости пласта, оно выделяет в раствор поливиниловый спирт. Это может эффективно прервать ВУС жидкости. Растворенное волокно может также прервать некоторые жидкости на основе связанного гуара или другие полимер-вяжущие жидкости, так как добавление растворенного поливинилового спирта эффективно действует для выведения бората, титаната, цирконата и подобных ионов из молекул на основе гуара, таким образом, сокращая вязкость связанного полимера до нормального геля.
[00127] Волокна и другие формы частиц ПВС также доступны в некристаллической или полукристаллической/аморфной формах. Когда используется аморфный ПВС, растворение ПВС может контролироваться одной соленостью. Жидкость для обработки, в которую введены частицы ПВС, должна иметь высокую соленость, чтобы избежать преждевременного растворения. При желании, для растворения твердого вещества ПВС, условия солености могут быть уменьшены путем введения последующей жидкости для обработки с низкой соленостью, например, пресной воды или 2% раствора хлористого калия, или когда вода пласта имеет низкую соленость, позволяя пластовой воде течь к области скопления твердого ПВС.
[00128] Твердые ПВС могут быть покрыты, чтобы замедлить растворение. Подходящие покрытия включают поликапролат (сополимер гликолида и эпсилон-капролактона) и стеарат кальция, оба из которых гидрофобны. Поликапролат медленно гидролизируется. Генерирование гидрофобного слоя на поверхности твердого ПВС замедляет растворение. Обратите внимание, что покрытие здесь может относиться к герметизации или просто к изменению поверхности при помощи химической реакции или формирования или добавления тонкой пленки другого материала. Другой подходящий метод земедления растворения твердого ПВС состоит в том, чтобы суспендировать твердое вещество, возможно с гидрофобным покрытием, в масле или в масляной фазе эмульсии. Растворение не происходит, пока вода низкой солености не входит в контакт с твердым ПВС выше любой активирующей температуры растворимости.
[00129] В другом исполнении раскрытия, применение касается подземного пласта, который раскрыт стволом скважины и разрывом в пласте. В разрыве (то есть месте, сформированном между поверхностями пласта) есть множество групп проппанта, раздельных друг от друга множеством групп экстраметрических материалов. Множество групп экстраметрических материалов являются удаляемыми любым подходящим способом для формирования открытых каналов вокруг множества групп проппанта, чтобы позволить жидкости протекать от пласта через разрыв в ствол скважины.
[00130] В еще одном варианте метод осуществления включает введение множества этапов жидкости для обработки через ствол скважины в разрыв подземного пласта, этапы жидкости, содержащей по меньшей мере либо проппант, либо экстраметрический материал. Каналлант включает по меньшей мере один прекурсор твердой кислоты, чтобы генерировать кислоту в разрыве, и один прекурсор твердой основы, чтобы генерировать основу в разрыве (в любом случае подходящая кислота или основа являются материалами, которые изменяют pH водной среды, как в направлении уменьшения, так и в направлении увеличения, соответственно). Проппант помещается в разрыв во множестве групп проппанта для формирования столбов. Каналлант при этом растворяется в разрыве, что в дальнейшем может позволить жидкости протекать из пласта через разрыв в ствол скважины (термин "растворить" в данном применении, означает любой подходящий процесс, либо химический, либо механический, с помощью которого экстраметрический материал опорожняет занятое место в разрыве).
[00131] Некоторые осуществления могут только выиграть от присутствия разлагаемых, высокоэнергетических материалов в форме эмульсии или волокна. Разлагаемый, высокоэнергетический (взрывной или горючий) полимер или органическое соединение может быть доставлено в разрыв в форме волокна или эмульсии и инициировать разложение, возможно со взрывом, таким образом оставляя уплотнение проппанта без волокон. В дальнейшем, пласт дополнительно возбуждается. Метановые сухие газовые скважины могут только выиграть от таких исполнений из-за своей низкой проникаемости (в диапазоне 10 нД до 5 мД) и своим потребностям в большем времени деградации волокон, вследствие более низких скоростей потока воды или масляных веществ. В некоторых осуществлениях материал содержит и редуктор, и окислитель в той же молекуле и не нуждается при разложении в активном участии среды. Могут использоваться полимеры или продукты с низкой молекулярной массой или их смеси. Окисляющиеся группы в молекуле включают нитро, азидо и/или группы перекиси. Материалы для волокон включают нитроцеллюлозу, нитрокрахмал, нитрополивиниловый спирт, нитрополистерин, нитроинден, нитроэтилен, нитрополиуретан, динитропропил акрилат, поливиниловый азид, полимер глицидил азид, и их производные и смеси. Материалы для эмульсий включают нитроцеллюлозу с различным содержанием нитро групп, нитрополивинилового спирта, нитрополистерина, нитроиндена, нитроэтилена, нитрополиуретана, динитропропил акрилата, поливинилового азида, полимера глицидилового азида, 2,4,6-тринитротолуена и другую производную нитробензола, гексанитростилбина, и их производные и смеси.
[00132] Процессы с высокоэнергетическими материалами могут выиграть от соединений, которые имеют фрагмент углеводорода как замедлитель и нитро (или другой насыщенный азотом) фрагмент как окислитель, и реагент разрушения (не требующий химических активаторов), идеально с CO2, N2 и H2O, в качестве конечных продуктов. Быстроразлагаемые соединения могут использоваться как твердый газовый прекурсор, который обеспечивает медленную или быструю остановку фонтанирования газа. Это приводит к уменьшению гидростатического давления и улучшению добычи. С практической точки зрения, взрывчатое и горючее волокно можно аккуратно доставить к месту назначения во влажной или шламовой форме в воде или геле. Три способа могут быть выбраны для этого разложения.
1. Медленное тепловое разложение материала навалом, без распространения волны разложения. Высокие температуры в условиях скважины могут использоваться для проведения этого разложения. Преимуществом этого является быстрое исчезновение волокна и выпуск газа. Разложение может занять приблизительно 10 дней при 100°C, а энергия активации может составлять приблизительно 27 ккал/моль.
2. Быстрое разложение с распространением волны ниже скорости звука. Быстрое разложение может начаться после теплового или другого типа инициации. Преимуществом является более быстрая деградация волокна, выпуск газа продукта, нагрев пласта вблизи разрыва и управление процессом активации.
3. Взрыв. Взрыв может начаться после тепловой или другой (химической, нажимной, радиационной, акустической волной, и т.д.) инициации. Взрыв разрушает волокна и вызывает возбуждение разрыва. Преимуществом является быстрая деградация волокна, дополнительное возбуждение пласта и управляемая активация.
[00133] Некоторые осуществления, которые рассчитаны на высокоэнергетические волокна, могут выиграть от использования эмульсии высокоэнергетических материалов для герметизации других химикатов скважины, таких как прерыватели, кислоты и т.д. Гидрофобные компоненты можно смешать с гидрофобной стадией эмульсии, которая остается устойчивой на поверхности. Таким образом, может быть достигнуто быстрое освобождение герметичных реагентов.
[00134] Высокоэнергетические эмульсии материала могут включать от 90% до 10% воды, от 90% до 10% разлагаемого высокоэнергетического материала и при необходимости органический растворитель, чтобы растворять разлагаемый материал, эмульгатор, стабилизатор, твердые добавки, герметичные материалы и прерыватели кислот. В условиях скважины, эмульсия вызывается для высокоэнергетических осадков (внутренняя стадия) эмульсии материала. Активация может происходить под действием температуры в скважине, химической дестабилизации капель эмульсии, расширенной поверхности, твердых веществ, электрического разряда, ультразвука, другого метода, или их комбинаций.
[00135] Предшествующее раскрытие и описание исполнений иллюстративны и объяснимы. С легкостью может быть оценено специалистами в данной области, что могут быть произведены различные изменения в размере, форме и материалах, а также в деталях иллюстрированных конструкций или комбинаций элементов, описанных здесь. Ни одно из описаний в данной заявке не допускает того, что любой особый элемент, шаг или функция являются существенным элементом, который должен быть включен в состав формулы изобретения.