СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕНЕРИРОВАНИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ ПРИ КАРТИРОВАНИИ ПОДЗЕМНЫХ ТРЕЩИН
METHOD AND APPARATUS FOR GENERATING SEISMIC PULSES TO MAP SUBTERRANEAN FRACTURES

Перекрестные ссылки на родственные заявки
Отсутствуют
Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Изобретение относится, в общем, к точному определению области распространения, размеров и геометрии трещин и систем трещин, образовавшихся в результате гидроразрыва пласта, то есть к «картированию» в подземном пласте. Более конкретно, изобретение относится к способу и устройству для создания микросейсмических событий в большом количестве мест внутри трещин и систем трещин.
Предпосылки создания изобретения
[0002] Гидроразрыв пласта используется для улучшения производительности скважин путем гидравлической закачки жидкости под давлением в выбранную зону пласта. Под воздействием давления происходит образование и/или увеличение трещин в этой зоне. Обычно, перед окончанием процесса закачки, в трещины вместе с жидкостью подается проппант, который препятствует смыканию трещин. Благодаря проппанту трещины остаются открытыми, и создают проходимый пористый путь, по которому пластовая жидкость из пласта поступает в скважину. Извлекаемые текучие среды, такие как нефть, газ или вода выкачиваются или вытекают на поверхность.
[0003] Информация о геометрии созданных систем трещин гидроразрыва пласта в данном пласте-коллекторе является критически важной для расчета проектных параметров будущих операций по гидроразрыву пласта (таких, как тип и количество проппанта или текучих сред), определения необходимых типов обработки скважин, конструирования будущих скважин, управления процессом нефтедобычи и т.д.. В силу вышесказанного существует потребность в картировании трещин. Для этого обычно используют следующие способы: анализ давления и температуры, анализ наблюдений за показаниями сейсмических датчиков (например, наклономера), микросейсмический мониторинг образования трещин в процессе гидроразрыва пласта. У каждого из перечисленных способов есть свои недостатки, к которым относятся: сложная развертка полученных данных, доверие к расчетным параметрам, научные «предположения» о взаимосвязи различных картированных сейсмических событий, и проблемы, связанные с недоверием к способам «картирование в процессе гидроразрыва», а именно: измерение форм трещин во время их образования, а не после смыкания или в процессе нефтедобычи, измерение трещин, через которые текучая среда, возможно, не будет поступать в скважину, акустический «шум», создаваемый в процессе гидроразрыва, и невозможность выявить, какие из сейсмических событий произошли вследствие гидроразрыва, а какие - по другим причинам.
[0004] Были предложены способы картирования трещин с помощью взрывчатых, имплозивных или быстровоспламеняющихся частиц, которые добавляется в жидкость для гидроразрыва пласта, и закачиваются в трещины в процессе воздействия на пласт для увеличения притока, а именно, в патенте США №7134492 на имя Willberg, et al., который включен в этот документ посредством ссылки для любых целей. Подобные способы раскрыты в документе Autonomous Microexplosives Subsurface Tracing System Final Report (Окончательный отчет о подземной автономной системе отслеживания микроскопических взрывчатых веществ), отчет Sandia (SAND2004-1415), Warpinski, N.R., Engler, BP., et al., (2004), включенном в этот документ посредством ссылки для любых целей. Тем не менее, предложенные практики имеют значительные недостатки, к которым относятся транспортировка и переноска взрывчатых веществ на поверхности и во время закачивания, влияние на взрывчатые вещества очень высокого давления, а также жидкостей и химикатов, используемых в скважине и для воздействия на пласт, трудность контроля времени взрывов, учитывая длительность воздействия на взрывчатое вещество со стороны жидкостей для гидроразрыва пласта, воздействие на взрывчатое вещество значительного и высокого давления во время гидроразрыва пласта, риск прилипания взрывчатого вещества к колонне заканчивания скважины, насосам и смесительному оборудованию и т.д. Далее, реализация некоторых предложений требует использования источников электропитания, электронных приборов и т.д. для закачивания взрывчатых веществ, что может оказаться непрактичным, учитывая те размеры, которые необходимы для просачивания сквозь трещину и проппант, и это делает предложения дорогими.
[0005] Таким образом, задачей данного изобретения является создание нового подхода для оценки геометрии гидроразрыва пласта.
Сущность изобретения
[0006] Определенное количество специально выполненных частиц с определенными функциональными характеристиками подают в трещины во время воздействия на пласт, непосредственно после воздействия на пласт во время смыкания, или после воздействия на пласт. Между частицами произойдет энергетическая химическая реакция и вызовет микросейсмическое событие, которое, в свою очередь, создаст в пространстве трещин акустические волны, которые пройдут по пластам и будут обнаружены различными датчиками, расположенными на земной поверхности рядом со скважиной (скважинами) наблюдения или внутри скважины, через которую осуществлялась подача частиц. Этот способ подобен тому, который в настоящее время используется в микросейсмических исследованиях, но при этом настоящее изобретение гарантирует, что сигнал будет выходить из расклиненных и связанных трещин.
[0007] Каждый способ, раскрытый в этом документе, основан на создании обнаруживаемых сейсмических событий (акустических импульсов), для чего используются частицы, способные вступать во взрывную или очень быструю химическую реакцию, и эти частицы подаются в трещины после окончания процесса закачки и образования системы трещин. Все способы, раскрытые в этом документе, позволяют создавать в трещинах акустические импульсы в удобное для оператора время. Для подтверждения изобретения служит ряд способов для определения распределения, ориентации и размеров системы трещин, образовавшихся в результате гидроразрыва подземного пласта, содержащего любой тип текучей среды (воду, углеводороды и т.д.). Каждый способ создает акустические волны в результате действия сейсмических событий, причиной которых стали химические или взрывные реакции высокого или низкого порядка, для чего использовались специально созданные многокомпонентные системы частиц. Для обнаружения созданных акустических волн служат различные типы датчиков, установленные в одной или нескольких скважинах, проходящих через простимулированные пласты или на земной поверхности по всей площади залежи.
Краткое описание чертежей
[0008] Для более полного понимания признаков и преимуществ настоящего изобретения, мы обращаемся сейчас к подробному описанию изобретения и прилагаемым фигурам чертежей, на которых соответствующие номера на различных фиг. относятся к соответствующим деталям, и на которых:
[0009] фиг. 1 является схематическим изображением скважин воздействия и наблюдения с датчиками, установленными для обнаружения и записи микросейсмических событий, вызванных гидроразрывом пласта;
[0010] фиг. 2 является схематическим изображением простой модели трещин; такие трещины образовывались и распространялись во время процессов согласно уровню техники.
[0011] фиг. 3 является типовым вариантом осуществления различных видов частиц центров присоединения (Attachment Site) в расклиненной трещине в соответствии с одним аспектом изобретения;
[0012] фиг. 4A-F являются графическими изображениями типовых модификаций архитектур центров присоединения в соответствии с аспектами изобретения;
[0013] фиг. 5 является схематическим изображением типового варианта осуществления частиц 1-го типа в соответствии с одним из аспектов изобретения;
[0014] фиг. 6 является схематическим изображением типового варианта осуществления частиц 2-го типа в соответствии с одним из аспектов изобретения.
[0015] фиг. 7 является схематическим изображением закачивания частиц 1-го типа в простую трещину в соответствии с одним из аспектов изобретения;
[0016] фиг. 8А является схематическим изображением закачивания частиц 2-го типа в простую трещину в соответствии с одним из аспектов изобретения;
[0017] фиг. 8В является схематическим изображением способа присоединения частиц центров присоединения, частиц 1-го типа и частиц 2-го типа в простой трещине, и создания микросейсмических событий в соответствии с одним из аспектов изобретения;
[0018] фиг. 9 является схематическим изображением типового устройства для закачивания, используемого для закачивания частиц в пласт в соответствии с одним из аспектов изобретения;
[0019] фиг. 10 - типовая технологическая схема, показывающая различные шаги предпочтительных способов в соответствии с аспектами изобретения, является схематическим изображением типового устройства для подачи частиц и способа в соответствии с одним из аспектов изобретения;
[0020] фиг. 11А-В являются схематическими изображениями типовых частиц 3-го типа в соответствии с одним из аспектов изобретения;
[0021] фиг. 12 является схематическим изображением типовых частиц 3-го А типа в соответствии с одним из аспектов изобретения;
[0022] фиг. 13 является схематическим изображением скважин воздействия и наблюдения с датчиками, установленными для обнаружения и записи микросейсмических событий, произошедших во время гидроразрыва пласта в соответствии со способом согласно изобретению.
[0023] Специалисты в данной области должны понимать, что термины, указывающие направление, такие как «над», «под», «верхний», «нижний», «вверх», «вниз», и тому подобные используются на иллюстративных вариантах осуществления так, как они изображены на фиг.: направление вверх означает «по направлению к верхней части соответствующей фигуры», а направление вниз означает «по направлению к нижней части соответствующей фигуры». Если термин имеет другой смысл, и используется для указания требуемой ориентации, то вы сможете найти соответствующее разъяснение в настоящем Описании. «Вверх по потоку», «вверх по стволу скважины», «вниз по потоку», «вниз по стволу скважины» используются для указания местоположения или направления относительно поверхности, где вверх по потоку указывает относительную позицию или движение по направлению к земной поверхности вдоль скважины, а вниз по потоку указывает относительное положение или движение по направлению от земной поверхности вдоль скважины, если не оговаривается другое значение.
[0024] Несмотря на то, что в настоящем документе способы рассматриваются применительно к вертикальной скважине, специалисты в данной области должны понимать, что система настоящего изобретения одинаково хорошо подходит и для скважин, имеющих другие конфигурации, к которым относятся отклоняющиеся скважины, наклонные скважины, горизонтальные скважины, многоствольные скважины и подобные. Соответственно, термины, указывающие направление, такие как «над», «под», «верхний», «нижний» и подобные, используются для удобства пользования иллюстрациями. Также, даже если разговор идет о работе со скважиной, расположенной на суше, специалисты в данной области должны понимать, что эти устройства и способы можно использовать и в морской нефтедобыче.
Подробное раскрытие предпочтительных вариантов осуществления.
[0025] Несмотря на то, что ниже ведется подробное обсуждение создания и использования различных вариантов осуществления настоящего изобретения, специалист-практик в данной области оценит, что настоящее изобретение предлагает практические изобретательские концепции, которые можно воплотить в различных конкретных областях. Определенные варианты осуществления, о которых здесь идет речь, наглядно показывают определенные способы подготовки и использования изобретения, и не ограничивают объем настоящего изобретения.
[0026] На фиг. 1 схематически изображена основная скважина и скважины наблюдения, оснащенные группами датчиков для сбора и записи волн, исходящих из трещин и проходящих сквозь пласты-коллекторы. При выполнении типовых буровых работ на месторождении проходят несколько скважин для максимального увеличения добычи углеводородов. Добычу углеводородов можно интенсифицировать путем усиления потока текучих сред в эксплуатационную скважину с помощью методов гидроразрыва пласта. Существующие и образовавшиеся трещины создают проходы, по которым текучие среды поступают в скважину. Трещины, образовавшиеся в процессе гидроразрыва пласта, могут уходить от ствола скважины в породу пласта на расстояние до нескольких сотен футов. Выше было раскрыто, что обычно во время образования трещин в них закачивается проппант для того, чтобы расклинить или удержать трещины в открытом, проводимом состоянии. После окончания закачивания, раскрытые или созданные трещины фактически смыкаются, а остаются открытыми только расклиненные трещины меньшего размера. «Эффективные трещины» то есть те трещины, по которым пластовый флюид течет в скважину, имеют даже еще меньший размер.
[0027] Типичная трещина (10) гидроразрыва образуется тогда, когда в скважину (12) воздействия закачивается жидкость (F) гидроразрыва в объеме, достаточном для увеличения давления в забое скважины до уровня, превышающего градиент давления гидроразрыва пласта-коллектора (14). Возросшее давление приводит к растрескиванию породы (14) пласта, что позволяет жидкости (F) гидроразрыва проникать в трещину и расширять ее дальше в глубину пласта (14). Гидроразрыв породы пласта (14) и другие события, часто связанные с расширением или расслаблением породы пласта, которые изменяют профиль напряжения в пласте и распределение давления в порах, создают большое количество сейсмических событий (16).
[0028] Термин «микросейсмическое событие» (и подобные термины) в том смысле, в котором он используется здесь, относится к любому событию, которое вызывает небольшое, но обнаруживаемое изменение в распределении напряжения и давления в пласте-коллекторе, включая те события, которые вызваны проскальзыванием, деформацией и разрывом породы вдоль естественных трещин, мест залегания слоев или разломов, образованием трещин или повторным открытием трещин, и события, созданные искусственным путем в ходе выполнения работ по гидроразрыву пласта или вызванные взрывом, имплозией, экзотермической реакций и т.д.
[0029] Каждое микросейсмическое событие (16) создает сейсмические или акустические волны (18). Созданные волны могут быть волнами различного типа, например упругими, поверхностными и прочими. Для этого изобретения, упругие волны представляют наибольший интерес. Имеется два типа упругих волн: волны сжатия, давления, или первичные, волны (называемые Р-волнами), и поперечные, или вторичные, волны (S-волны). Р-волны и S-волны перемещаются по пластам земли со скоростью, которая зависит от объемной плотности и модуля объемного сжатия (механических свойств породы) пласта. Механические свойства породы пласта изменяются в зависимости от минералогии, пористости, содержания жидкости, профиля напряжения в пласте и температуры.
[0030] Термины «сейсмическая волна», «сейсмический импульс», «акустическая волна», «акустический импульс» и подобные, используемые в этом документе, относятся к обнаруживаемым и измеряемым Р- и S-волнам, вызванным микросейсмическим событием. Каждый тип волн можно обнаружить и измерить с помощью соответствующих датчиков, которые имеют общее название «сейсмические датчики», или «акустические датчики», или подобное.
[0031] Волны (18) распространяются в направлении от микросейсмического события (16) во всех направлениях, и проходят через пласты-коллекторы. Большое количество датчиков, таких, как изображенные на (20) и (21), обнаруживают эти волны. Эти датчики (или приемники), способные обнаруживать и измерять микросейсмические события, могут быть любого типа, такого как сейсмографы, уклономеры, пьезоэлектрические датчики, акселерометры, преобразователи, датчики колебания почвы, многоосные датчики, геофоны и/или гидрофоны. Сейсмические датчики и группы датчиков имеются на рынке, и они известны в отрасли. Сейсмические датчики являются чувствительными приборами, способными обнаруживать микросейсмические события (16). Сейсмические датчики можно расположить в стволе одной или нескольких скважин (22) наблюдения, которые бурятся специально для этой цели. Типичная мелкая скважина (26), используемая для таких целей, имеет глубину от 10 до 40 футов.
[0032] Микросейсмический мониторинг основан на технологиях, уходящих корнями в сейсмологию землетрясений (говоря другими словами, в сейсмологию крупноамплитудных событий). В последнее время, с развитием очень чувствительных групповых систем датчиков для скважин и оборудования для наземного мониторинга, появилась возможность на значительном расстоянии обнаруживать события, имеющие даже очень маленькую амплитуду (микросейсмические события), которые создают относительно небольшие изменения в распределении напряжения и давления. Дополнительно к технологии датчиков были разработаны системы сбора данных, телеметрические и обрабатывающие системы для работы с малоамплитудными событиями. Следовательно, микросейсмические события, которые происходят на значительно более высоких частотах, чем те, которые способна наблюдать наземная сейсморазведка, можно измерить, даже в условиях «шума», создаваемого работами, выполняемыми на поверхности или в забое скважины.
[0033] Записанные данные о Р- и S-волнах анализируются в процессе, который называется «картирование» или «отображение», и который рассчитывает местоположения событий в трехмерном пространстве пласта. Как правило, решение для информации о местоположении, основанное на статистическом методе наилучшего соответствия, используется для картирования события с учетом расстояния, высоты и азимута. Анализ измеренных и записанных сейсмических событий не будет обсуждаться подробно в этом документе, потому что он известен в данной области техники. Программное обеспечение для анализа и отображения измерений и результатов можно приобрести на рынке. Такие продукты и услуги можно приобрести, например, у компании Халлибертон Энерджи Сервисез Инк под торговым названием FracTrac) и TerraVista визуализация и интерпретация. Дальнейшую информацию, включая информацию по обнаружению и анализу сейсмических событий, можно найти в следующих документах, которые включены в этот документ путем ссылки во всех смыслах: патенты США № №7,908,230 на имя Bailey, 7,967,069 на имя Beasley, 7,874,362 на имя Coates, 7,830,745 на имя Suarez; и публикации патентных заявок №. WO 2008/118986 на имя Coates, и №2007/105167 на имя Lafferty.
[0034] Точность записанных в процессе картирования событий зависит от количества датчиков, установленных по всему пласту, и расстояния от датчиков до измеряемых событий. Поэтому целесообразно устанавливать датчики в скважине воздействия. Существующие методы микросейсмического мониторинга страдают от того, что весь процесс происходит во время гидроразрыва пласта. Поэтому вместе с данными записываются и «шумы», появляющиеся во время гидроразрыва, а результаты (картированные местоположения событий) относятся к открытым трещинам (а не к расклиненным или эффективным трещинам).
[0035] В настоящее время не существует способа, который позволял бы точно определить, где произошло событие: в открытой трещине, расклиненной трещине или в эффективной трещине. Раскрытые в этом документе способы делают возможным картирование эффективных (расклиненных и соединенных) трещин путем отделения данных картографического исследования от процесса образования трещины. Далее, раскрытые здесь способы улучшают качество и точность процесса картирования, для чего датчики устанавливают в скважине воздействия, чтобы избежать вмешательства «шумов», возникающих во время гидроразрыва пласта. Другие усовершенствования будут обсуждаться в следующих разделах.
[0036] Датчики (20) и (21) обнаруживают и принимают данные, поступающие от Р- и S-волн, созданных микросейсмическим событием (16) и прошедших сквозь пласты. Обычно данные передаются в систему (25) обработки данных для предварительного анализа площадки скважин. Обычно глубокие анализы выполняются после сбора сырых данных и проверки качества. После окончательного анализа, результаты (карты систем трещин) становятся бесценным материалом для планирования пласта и месторождения, и для проектирования будущих работ по гидроразрыву пласта.
[0037] Фиг. 2 является графическим изображением простой модели трещины. Простая двукрылая плоскость трещины (40) (показано только одно крыло) уходит в пласт-коллектор (14). Ствол скважины (60) (обсаженный или необсаженный) является типичным стволом, по которому жидкость (F) для гидроразрыва пласта поступает в зону, то есть в «скважину воздействия». Под воздействием гидроразрыва пласта образуются трещины, продвигающиеся вначале вдоль плоскостей, ориентация которых диктуется профилем напряжения пласта (14). Обычно, плоскости расходятся от ствола (60). Частицы (44) проппанта подаются под давлением в трещины вместе с жидкостью для гидроразрыва пласта. После прекращения подачи жидкости (F), трещина смыкается или уплотняется до эффективной трещины (50), показанной графически на поперечном разрезе (52). У типичной трещины длина (55) намного больше, чем ширина (53), а высота (54) может изменяться. Эти размеры могут стать критическими параметрами при выборе размера и количества проппанта, частиц и жидкости для закачивания в пласт, при планировании гидроразрыва и т.д..
[0038] На фиг. 3 графически показана модель расклиненной трещины и частиц (100) центров присоединения (AS, от англ. Attachment Site), которые предпочтительно закачаны в пласт вместе с частицами (44) проппанта. В данном контексте термин «закачивание» и родственные термины означают закачивание, закачивание жидкости под давлением и другие способы подачи жидкостей, суспензий, гелей и жидкостей, содержащих твердые частицы, в зону пласта с помощью методов, известных в этой области техники. Термин используется в общем смысле, и означает, как это будет показано в тексте, что подача таких жидкостей и всего прочего будет осуществляться в зону пласта из расположенного в забое, рядом с зоной, устройства (вместо подачи в забой под давлением с поверхности).
[0039] Способы, представленные в этом документе, используют подобную терминологию при упоминании подобных типов частиц, и т.д. При раскрытии системы будут использоваться термины: частицы центров присоединения (AS) (или центры присоединения), частицы 1-го типа (Т1), частицы 2-го типа (Т2), частицы 3-го типа (Т3). Далее, для каждого типа частиц можно использовать большое количество «видов», обозначаемых, например, AS-x, AS-y, AS-z, где каждый суффикс представляет разный вид частиц. Например, частицы AS-x будут взаимодействовать с частицами Т1-х и Т2-х, а не с частицами Т1-у и Т2-у. Подробности даны ниже в тексте.
Первый способ
Центры присоединения
[0040] На фиг. 4A-F графически показано несколько вариантов осуществления типовых архитектур центров присоединения. Частицы центров (100) присоединения специально созданы для того, чтобы работать как «загрузочные станции» для частиц 1-го, 2-го и 3-го типов. Частицы центров присоединения не содержат взрывчатых веществ или реакционноспособных химикатов.
[0041] Частицы AS имеют функционализированный поверхностный слой или покрытие (102), которое было выбрано и разработано, чтобы сделать возможным присоединение заранее выбранных частиц 1-го типа и 2-го типов. Процесс привлечения или присоединения частиц AS, Т1, Т2, в первую очередь, основан на химических и физических свойствах функционализированного поверхностного слоя.
[0042] Частицы (100) центров присоединения, предпочтительно, подаются под давлением с жидкостью (F) для гидроразрыва пласта и частицами (44) проппанта в систему (40) трещин, и оседают в эффективных трещинах (50) после смыкания породы пласта под давлением вышележащей толщи после окончания процесса закачивания. В качестве альтернативного варианта, центры (100) присоединения можно закачать в трещины до или после образования трещин, в зависимости от условий в пласте и от окружающих условий. Центры (100) присоединения можно закачать в пласт (14) с поверхности или из ствола скважины без риска преждевременного или случайного взрыва или реакции, так как частицы не содержат взрывчатых или реакционноспособных материалов. Частицы AS (100) можно смешать с проппантом (44) перед добавлением в жидкость (F) для гидроразрыва пласта, или можно добавить в жидкость для гидроразрыва пласта до, после или вместе с проппантом во время процесса гидроразрыва.
[0043] Предпочтительно, чтобы частицы AS (100) имели приблизительно такой же размер, как и частицы (44) проппанта, если они будут подаваться вместе с проппантом. Как упоминалось ранее, частицы AS специально выполнены, так, что каждая частица AS создает «загрузочную станцию», которая притягивает и присоединяет только выбранные частицы 1-го типа и 2-го типа. Частица AS может являться структурной частицей, такой как сфера, оболочка сферы, пространственная решетка, решетчатая частица, сегментная частица или другая структурная частица, обеспечивающая специальные центры присоединения для частиц. Такая «структурная частица» не принимает участия в процессе создания микросейсмического события. Иначе говоря, структурная частица AS сама не реагирует и не взрывается. Механизм присоединения может основываться на одной или нескольких характеристиках функционализированного слоя. Присоединение может осуществляться с помощью одного или нескольких механических, электрических, магнетических или химических процессов, или комбинации этих процессов. Возможно использование структурных характеристик, таких как форма, материальный состав, электрический заряд, суперпарамагнитное поведение, «щупальца», «гнезда» и другие.
[0044] Дополнительно, в трещине можно разместить более одного «вида» частиц (100) центров присоединения, таких как AS-x (100-х), AS-y (100-у) и AS-z (100-z), показанных на фиг.3. Например, большое количество видов частиц AS, вида - х (AS-x) (100-х), можно закачать в трещины пласта вместе с большим количеством других видов частиц AS, таких как AS-y (100-у), AS-z (100-z), и так далее. Когда многочисленные виды AS частиц появились в трещине, можно начать проводить последовательные (замедленные) микросейсмические съемки путем размещения и/или активации первых видов энергетических частиц (например, Т1-х и Т2-х), а позже разместить и/или активировать еще один вид энергетических частиц (например, Т1-у и Т2-у). Все частицы имеют такую конструкцию, которая позволяет им присоединяться только к одинаковому виду выбранных частиц (например, Т1-х к AS-x, Т1-у к AS-y, но не Т1-х к AS-y, и так далее). Таким образом, многочисленные микросейсмические съемки можно проводить в разное время, размещая только один вид энергетических частиц для первой съемки, и еще один вид энергетических частиц для второй съемки на более позднем шаге.
[0045] Центры присоединения, показанные на фиг. 4А-F являются типовыми вариантами осуществления частиц AS в соответствии с аспектами изобретения. Показано некоторое количество форм (100, 110, 120, 125, 130, 140) частиц.
[0046] Типовая форма частицы AS, показанная на фиг.4А, является многокомпонентной структурой, имеющей пустую или заполненную сердцевину (105), внутренний слой (106) и внешний слой (104), функционализированное покрытие (102) поверхности, и большое количество дополнительных приспособлений (103), таких как «гнезда», или «порты», или «щупальца», или другие выступающие конструкции (101). Возможно использование дополнительных приспособлений или дополнительных свойств. Сердцевинная часть (105) частицы AS может быть заполненной или пустой, и может служить только в качестве опоры для дополнительного слоя, обеспечивать структурную целостность, являться местом хранения функциональных материалов, которые помогают обеспечивать «притягивающую» или «присоединяющую» функциональность. Например, в состав сердцевины могут входить суперпарамагнитные частицы, магнетические ионные жидкости, феррожидкости, суперконденсаторы и т.д.. Для защиты свойств частиц AS от повреждения во время закачивания можно установить защитный слой (107). Этот защитный слой можно выполнить таким образом, что он будет распадаться на части, растворяться, разлагаться или каким-то другим образом разрушаться с течением времени после контакта с выбранной жидкостью (в месте своего нахождения или после введения), такой как кислота, солевой раствор, вода и т.д., после воздействия со стороны других параметров окружающей среды, таких как температура, давление, соленость, рН и т.д.
[0047] Различные раскрытые признаки поверхности можно создать с помощью процессов микрокапсулирования и других химических методов, известных в данной области техники, к которым относятся смазывание форм, покрытие с помощью воздушной взвеси, центробежное прессование, вибрационное сопло, сушка распылением, ионотропное желирование, коацервация, межфазная поликонденсация, межфазное перекрестное сшивание, локальная полимеризация, матричная полимеризация, водоносные слои и т.д. Возможно использование одной или нескольких оболочек, мембран или покровных слоев, а частицы сердцевины могут быть пустотелыми, заполненными, жидкими, гелеобразными и т.д. Необязательно, чтобы оболочки и слои полностью окружали сердцевину.
[0048] Другие варианты осуществления частиц AS показаны на фиг. 4 B-F. На фиг. 4В частица (140) AS показана с функционализированным слоем (142) поверхности, таким как сшитое волокно, дополнительными приспособлениями (143), такими как гнезда, внешний слой (144) для опоры, и внутренний слой (146). На фиг. 4С типовая частица (130) AS имеет функционализированнную поверхность (132), такую как ориентированные длинные волокна, дополнительные приспособления (133), такие как гнезда, внешний слой (134) и внутренний слой (136). На фиг. 4D показана пустотелая частица (120) AS, имеющая большое количество поверхностных признаков (123), таких как порты, образованные внешним слоем (124) поддерживающей решетки. Функционализированнные зоны (122) поверхности можно увидеть на всей решетке. На фиг. 4Е частица (110) AS показана вместе с дополнительными приспособлениями, такими как щупальца (111) и гнезда (113), функционализированная поверхность (112) и внешний слой (114). На фиг. 4F показана типовая частица (125) AS с функционализированной поверхностью (128), имеющей дополнительные приспособления, такие как щупальца (127) и порты (128), образованные связанными молекулами или другими структурами над внешним слоем (129).
[0049] Частицы AS не реагируют для создания сейсмических событий, таким образом, гарантируется безопасная транспортировка, переноска, смешивание и т.д., перед и во время размещения. Предпочтительно, чтобы частицы AS не присоединялись к частицам проппанта, особенно, если они закачиваются в трещину после гидравлического воздействия. Некоторые слои (104, 134) показаны на фиг. 4 как полностью окружающие подстилающие слои (106, 136) или сердцевину (105). Можно использовать другие конструкции (122, 128), где внутренние слои не окружены внешними слоями. Хотя центры присоединения, показанные на фиг. 4В, обычно имеют сферическую форму, они могут принимать другие формы, такие как эллипсовидные, цилиндрические или любые другие трехмерные формы.
Частицы 1-го типа
[0050] На фиг. 5 показан типовой вариант осуществления частиц 1-го типа. Частицы (150) 1-го типа (Т1) состоят из сердцевины (154), несущей «заряд» специально созданных или выбранных энергетических материалов, используемых для создания микросейсмического события. Функционализированный слой (153) поверхности с опциональными дополнительными приспособлениями, такими как «щупальца» (156) и «гнезда» (155), помогает процессу привлечения и присоединения путем обеспечения свойств, соответствующих свойствам частиц AS, как это было раскрыто выше.
[0051] Типовой слой (152) оболочки, который может быть жестким или гибким, обеспечивает поддержку верхнему прилагаемому слою (153), и инкапсулирует энергетический материал сердцевины (154). В этом случае защитный или разлагающийся слой не нужен, так как слой оболочки (152) обеспечивает достаточную защиту, позволяющую добраться до центров присоединения без повреждений. Тем не менее, такие слои можно использовать. Слой (152) оболочки может иметь большое количество слоев (152а) и (152в).
[0052] «Заряд» энергетического материала частицы Т1 находится в сердцевине (154) и выбирается для вступления в реакцию с соответствующим «зарядом» энергетического материала из частицы 2-го типа. Находящиеся в контакте или непосредственной близости энергетические материалы 1-го типа и 2-го типа взаимодействуют для создания микросейсмического события, такого как детонация, взрыв, имплозия, экзотермическая реакция, сильная химическая реакция и т.д. Объяснение этого процесса дано ниже. Каждая сердцевина частиц 1-го типа несет «заряд» реакционноспособного материала, используемого в создании микросейсмического события. Концепция заряда знакома специалистам в этой области техники, и ее можно использовать для расчета количества частиц 1-го типа, которое нужно закачать в пласт, соотношения частиц 1-го типа к частицам 2-го типа и к частицам AS, и т.д.
[0053] После введения частиц 1-го типа в систему трещин, в которой находятся частицы AS, слой (153) оболочки или присоединения присоединится механически, химически и т.д. к частицам центров присоединения, рассеянным по системе трещин. Можно использовать дополнительные слои или оболочки для создания или улучшения других характеристик, таких как выживаемость, мобильность, гибкость и т.д..
[0054] Предпочтительно, чтобы частицы 1-го типа были гораздо меньше частиц проппанта или частиц центров присоединения. Так как частицы 1-го типа, предпочтительно, вводятся в пласт после окончания разрыва пласта, то частицы должны иметь возможность свободно распространяться и двигаться в пространстве, уже заполненном частицами проппанта и центров присоединения.
[0055] Так же как и частицы центров присоединения, многочисленные виды частиц 1-го типа можно ввести в трещины пласта. Каждый вид частиц 1-го типа, такой как вид - х (150-х), вид - у (150-у) и/или вид - z (150-z) первого типа выбирается для присоединения к частицам AS того же вида. Следовательно, многочисленные виды частиц 1-го типа можно ввести в трещину и выборочно присоединить к соответствующего видам частиц AS для выполнения подобных исследований в разное время.
Частицы 2-го типа.
[0056] На фиг. 6 показана типовая частица 2-го типа в соответствии с аспектом изобретения. Частицы (160) 2-го типа (Т2) похожи на частицы 1-го типа (Т1), и, предпочтительно, состоят из сердцевины (164), несущей специально выполненные или выбранные материалы, которые будут использоваться для создания микросейсмического события. Говоря иными словами, заряд сердцевины (164) частиц (160) 2-го типа будет взаимодействовать с дополнительными частицами, компонентами или зарядами для создания микросейсмического события, такого как детонация, взрыв, имплозия, химическая реакция и т.д. Предпочтительно, чтобы частицы 2-го типа имели один или несколько слоев или секций (162) оболочки. Предпочтительно, чтобы секции (162) оболочки образовывали слой или инкапсулировали секцию (164) сердцевины, таким образом, не давая возможности секции сердцевины вступать в реакцию и т.д. до наступления запланированного момента. Секции (162) оболочки специально сконструированы или выбраны для того, чтобы присоединяться к соответствующей частице (100) центров присоединения. Когда частицы (160) 2-го типа вводятся в трещину, функционализированная секция поверхностного слоя (163) вызывает притяжение или присоединение к частицам центров присоединения, рассеянным по системе трещин. Возможно использование дополнительных приспособлений (165), таких как гнезда. Различные слои, такие как оболочка (162), могут быть многослойными.
[0057] Защитные и разлагающиеся слои могут не понадобиться там, где секция сердцевины обеспечивает структурную стабильность, необходимую для попадания на центр присоединения, химическую активность для вступления в реакцию с соответствующими частицами при наступлении запускающего события, и структуру, химию или характеристику, необходимые для присоединения.
[0058] Предпочтительно, чтобы частицы (160) 2-го типа были намного меньше, чем частицы проппанта и частицы центров присоединения. Так как предпочтительно, чтобы частицы 2-го типа вводились в пласт после окончания гидроразрыва, то частицы должны быть в состоянии свободно распространяться и перемещаться в пространстве между частицами проппанта и центров присоединения. Частицы 1-го типа и 2-го типа могут быть одинакового или разного размера. В предпочтительном варианте осуществления частицы 2-го типа меньше частиц 1-го типа, которые, в свою очередь, меньше частиц AS. В то время, как различные частицы (частицы проппанта, центров присоединения, 1-го типа и 2-го типа) показаны, имеющими сферическую форму для удобства изображения, нужно понимать, что возможно использование и других форм, имеющих или не имеющих поверхностных приспособлений, упоминаемых в этом документе, и, что выбранная форма может использоваться для того, чтобы позволять, препятствовать, стимулировать или уменьшать способность выбранных частиц присоединяться друг к другу. Возможно использование дополнительных слоев или оболочек, таких как разлагающиеся слои, о которых говорилось в этом документе.
[0059] Как и в случае с частицами центров присоединения и частицами 1-го типа, многочисленные виды частиц 2-го типа могут вводиться в трещины пласта. Каждый тип частиц 2-го типа, такой как частицы (160-х), (160-у) и (160-z) 2-го типа, выбираются для соединения только с частицами AS и/или частицами 1-го типа одинаковых видов.
Поэтому многочисленные виды частиц 2-го типа можно ввести в трещину и выборочно присоединить к соответствующим видам частиц AS или частиц 1-го типа.
[0060] На фиг. 7 схематически изображено большое количество частиц 1-го типа, вводимых в расклиненную трещину. Так же как и на фиг. 2, здесь представлено графическое изображение простой модели трещины, имеющей простую двукрылую расклиненную трещину (50) (показано одно крыло), уходящую в зону (14) пласта. Ствол скважины (60) является типовым стволом, из которого жидкость (F) для гидроразрыва пласта вводится в пласт. Частицы (44) проппанта закачиваются под давлением в трещины. После окончания закачивания жидкости (F) для гидроразрыва пласта, приведенная в качестве примера трещина (40) смыкается или уплотняется, и образует эффективную трещину (50). Частицы (100) AS закачиваются или вводятся в пласт вместе с проппантом или отдельно от него. Частицы (150) 1-го типа показаны во время введения в пласт с помощью устройства (180) для подачи или закачивания частиц, который здесь находится между верхним и нижним пакерами или другими уплотнителями (182, 184), изолирующими секцию ствола для закачивания в пласт. Как альтернативный вариант, частицы 1-го типа можно ввести вместе с частицами проппанта и/или частицами AS. Различные виды частиц 1-го типа, такие как Т1-х (150-х), Т1-у (150-у) и т.д., можно закачать для выполнения одинаковых геофизических исследований в разное время.
[0061] На выносках показано, что большое количество видов - х (150-х) частиц 1-го типа присоединилось к частице AS такого же вида (100-х), а большое количество вида - у (150-у) частиц 1- го типа присоединилось к такому же виду (100-у) частиц AS для выполнения одинаковых картографических съемок в разное время.
[0062] На фиг. 8А схематически показано большое количество частиц (160) 2-го типа, которые вводятся в расклиненную трещину (50). Простая двукрылая трещина (50) уходит в зону (14) пласта. Как было разъяснено ранее и показано на фиг. 8А, частицы 2-го типа можно закачивать в пласт сразу после закачивания частиц 1-го типа. Здесь частицы (160) 2-го типа показаны во время введения в пласт с помощью механизма (180) для введения или закачивания частиц, который герметично отделен верхним и нижним пакерами или другими изолирующими механизмами (182, 184), отсекающими секцию ствола скважины. Устройство (180) доставки закачивает частицы (160) 2-го типа в пласт, например, с помощью сопла (186). Как альтернативный вариант, частицы 2-го типа можно вводить одновременно с частицами проппанта и/или частицами AS. На выносках показано большое количество частиц 2-го типа вида (160-х, 160-у), прикрепившихся к частицам AS соответствующих видов (100-х, 100-у) и/или к частицам 1-го типа подобного вида (150-х, 150-у). Одна или несколько частиц (160) второго типа может прикрепиться к одной частице (100) AS. Как объяснено в других местах документа, частицы AS могут быть просто структурными или могут состоять из одного или нескольких химикатов. Так же в документе объяснено, что частицы 1-го типа и частицы 2-го типа могут иметь секции сердцевины и оболочки для того, чтобы помочь процессу крепления и изолировать секции сердцевины. На выносках показаны увеличенные подробные схематические изображения типовых частиц AS (100-х, 100-у) с присоединенными частицами 1-го типа (150-х, 150-у) и частицами 2-го типа (160-х, 160-у).
[0063] Фиг. 8В является схематическим изображением предпочтительного способа в соответствии с аспектом изобретения, где последовательность событий, следующих за присоединением частиц 2-го типа к частицам 1-го типа и/или к центрам присоединения, показана буквами А - F. Первый вид частиц AS (100-х) с присоединенным соответствующим первым видом частиц 1-го и 2-го типов (150-х) и (160-х) находятся в расклиненной трещине (50). Химическая или взрывная реакция начинается, когда частицы 1-го и 2-го типов (150-х) и (160-х) присоединятся к частице AS, и будут находиться в непосредственной близости или контакте друг с другом. Оболочки, несущие основные заряды частиц 1-го и 2-го типов, начинают сливаться. Защитные оболочки, если они присутствуют, уничтожаются под воздействием тепла, времени, давления, химиката, как было объяснено ранее, для того, чтобы материалы зарядов могли взаимодействовать. Когда заряды частиц 1-го и 2-го типов (150-х) и (160-х) вступают в контакт или находятся в пределах эффективной близости, начинается энергетическая реакция, которая создает микросейсмическое событие. Такие события происходят на всех центрах присоединения, на которых имеется достаточное количество присоединившихся частиц 1-го и 2-го типов. Одна реакция может запустить реакции в местных группах частиц.
[0064] Реакция (170), вызванная смешиванием зарядов частиц 1-го и 2-го типа, может являться химической экзотермической реакцией, детонацией низкого или высокого порядка, взрывным горением или горением в замкнутом пространстве при повышенных давлении и температуре, как продиктовано условиями в пласте-коллекторе и материалами, используемыми, в зарядах 1-го и 2-го типов. За реакцией (170) следует микросейсмическое событие (16), которое, как раскрыто в других местах документа, вызывает волны (18), которые расходятся с места события и проходят сквозь подземные пласты. Обнаружение волн происходит с помощью датчиков, таких как датчик (21), например, расположенный в стволе скважины. Другие датчики, расположенные в скважинах (22) наблюдения, на поверхности (24) или в мелких скважинах (26), пробуренных с поверхности, также принимают волны, которые обнаруживаются и записываются станциями (25) как данные (172) о волнах. Микросейсмические события (16) происходят в большом количестве мест расположения частиц AS, рассеявшихся по всему эффективному пространству (50) трещин, и обеспечивают достаточное количество микросейсмических событий, необходимое для точного и подробного картирования или геофизического исследования эффективного пространства трещин.
[0065] Также на фиг. 8В показаны дополнительные виды (-у, -z) частиц AS (100-у, 100-z). Один или несколько видов частиц 1-го и/или 2-го типов можно ввести в пространство трещины одновременно или в отдельные промежутки времени. Использование видов частиц позволяет выполнять многочисленные картографические съемки. Там, где начальная съемка ведется с помощью видов - х, частицы AS-y и AS-z остаются неповрежденными. Дальнейшее исследование с помощью оставшихся видов частиц AS можно выполнить позже путем закачивания частиц 1-го и/или 2-го типов оставшихся видов или путем «запуска» (с помощью нагревания, давления, времени, химиката и т.д.) тех частиц, которые были ранее закачаны в позицию.
[0066] Концепция картирования в замедленном действии позволяет оператору далее управлять эксплуатацией и планированием пласта путем наблюдения изменений, происходящих в течение длительных периодов использования пласта. Например, исследование с помощью первых видов частиц можно выполнить после окончания гидроразрыва пласта, но до начала эксплуатации, для того, чтобы картировать расклиненные трещины. Вторую съемку с помощью другого вида частиц можно выполнить через определенный период эксплуатации (через несколько часов, дней, месяцев), чтобы картировать эффективное пространство трещины. Еще одну съемку можно провести по истечении более длительного периода эксплуатации с помощью еще одного вида частиц.
[0067] Съемки предпочтительно выполнять тогда, когда «шум», созданный посторонними событиями, снизится до минимума, что позволит улучшить соотношение сигнал/шум и тем самым улучшить качество и точность картирования
Размер и концентрация частиц
[0068] Современная технология способна обнаруживать микросейсмические события, которые вызывают изменения давления величиной в десятые доли фунта на квадратный дюйм. Будущие технологии могут отодвинуть это предел обнаружения до более низких импульсов давления амплитуды. Для сравнения, микросейсмическое событие, поддающееся измерению, может быть равно событию, вызванному детонацией приблизительно 1 миллиграмма обычного взрывчатого вещества, такого как ТНТ. Для сравнения, обычный кумулятивный заряд перфоратора содержит от 10 до 40 грамм взрывчатого вещества, и может вызвать волны давлением в миллионы фунтов на квадратный дюйм. Задача состоит в том, чтобы выбрать и управлять агломерациями частиц, создающими микросейсмические события, которые можно измерить с расстояния в 30-1500 футов (от события до датчика). Но событие должно по своему масштабу соответствовать требованиям техники безопасности.
[0069] Обычно размер частиц проппанта распределяется по фракциям. От фракции проппанта обычно зависит размер частиц AS и частиц 1-го и 2-го типа, которые можно эффективно использовать. В предпочтительном варианте осуществления размер частиц AS приблизительно равен размеру частиц проппанта. Частицы AS подобного размера могут легко смешиваться с проппантом и распределяться в нем. Можно использовать частицы AS большего или меньшего размера. Частицы, которые закачиваются или подаются в пласт после смыкания трещин, такие как частицы 1-го и/или 2-го типов, имеют, предпочтительно, гораздо меньший размер, чем частицы проппанта или AS, что позволяет им эффективно проходить сквозь пористый объем, образованный осевшими в пласте частицами проппанта. В качестве примера, типичные частицы 1-го и/или 2-го типа могут иметь размер от 1/14 и до 1/318 размера частиц AS или проппанта. Такой размер позволяет частицам проходить сквозь проппант, и позволяет многочисленным частицам присоединяться к одной или нескольким частицам AS. Эти примерные цифры основаны на сферической геометрии, поэтому, при использовании несферической геометрии, возможно, потребуются частицы других размеров.
[0070] Концепция центров присоединения позволяет выбирать плотность микросейсмических событий, то есть количество микросейсмических событий созданных и измеренных в единице объема трещины, на шаге проектирования геофизической съемки. Аналогично, соотношение и количество частиц 1-го и/или 2-го типов можно выбрать на основании заряда, механизма присоединения, расхода, плотности частиц AS и т.д. для каждой отдельной съемки в зависимости от характеристик пласта, окружающих условий и других значений. В качестве примера, микросейсмической съемки, если используются частицы проппанта размером 1 мм и частицы AS такого же размера, если требуемая съемка микросейсмических событий составляет, приблизительно, 1 на квадратный метр пространства трещины, то требуемая концентрация AS составит, приблизительно, 1 частицу AS на 1 миллион частиц проппанта на каждый мм ширины трещины. Поэтому, если расчетная конечная ширина трещины должна быть приблизительно 3 мм, то соотношение AS к проппанту должно составить 3-5 частиц AS на 1 миллион частиц проппанта с учетом неравномерного распределения и других потерь. На практике это дает возможность использовать разумное количество частиц AS для выполнения съемки. Если предположить, что частицы проппанта и AS имеют приблизительно одинаковую объемную плотность, то для вышеприведенного примера потребуется 3-5 фунтов частиц AS на миллион фунтов проппанта. Предпочтительно закачивать намного большее количество частиц 1-го и/или 2-го типа, чтобы гарантировать, что достаточное их количество дойдет и присоединится к частицам AS, обеспечит достаточный заряд любому данному центру присоединения, что гарантирует измеряемость микросейсмического события, и т.д..
Запускающие события
[0071] Запускающие события вызывают начало микросейсмических событий. В предпочтительном варианте осуществления, после того как частицы AS и частицы 1-го и 2-го типов распределились по пространству трещины, реакционноспособные частицы запускаются запускающим событием и начинают микросейсмическое событие в каждом местоположении. Запускающее событие может состоять из большого количества шагов, таких как, шаг разложения для удаления разлагающихся слоев с частиц. Шаг разложения может включать способ, такой как, например, закачивание жидкости (солевого раствора, кислоты, жидкости для химической промывки скважины, и т.д.) в пласт для того, чтобы растворить или, в других случаях, удалить любые слои распада. Как альтернативный вариант, шаг разложения может использовать изменения в окружающих условиях, такие как температура, давление, соленость, рН и т.д.. Например, очень соленую воду можно закачать для растворения одного или нескольких разлагающихся слоев на одной или нескольких частицах, и, таким образом, запустить реакцию между открывшимися сердцевинами частиц 1-го и 2-го типов. Как альтернативный вариант, запускающим событием может служить простая задержка времени, во время которой защитные оболочки исчезают и/или сливаются, и позволяют реакционноспособным зарядам вступать в контакт и/или смешиваться друг с другом и, таким образом, запускать реакцию.
[0072] Сердцевины частиц 1-го и 2-го типов несут заряды взрывчатых или реакционноспособных материалов (или инициирующих, каталитических материалов, и т.д.), которые после контакта с другим материалом (материалами) сердцевин вызывают взрыв, реакцию и т.д..
[0073] Там, где используются многочисленные виды частиц AS и частиц 1-го и 2-го типа, можно выбрать различные запускающие события для того, чтобы начать последовательную серию микросейсмических событий для каждого вида. Имеется возможность высвободить частицы 2-го типа, которые просто немедленно реагируют, вступая в контакт с частицами 1-го типа. Микросейсмические события произойдут после того, как частицы 2-го типа будут закачаны в трещину, распространятся по ней, и присоединятся к частицам 1-го типа того же вида.
Устройство для закачивания/подачи частиц
[0074] Фиг. 9 является схематическим изображением типового устройства (180) и способа закачивания и подачи частиц в соответствии с одним аспектом изобретения. Верхняя уплотнительная конструкция (182) и нижняя уплотнительная конструкция (184), такие как пакеры, расположены в стволе скважины (60) выше и ниже зоны трещины (50), предназначенной для закачивания частиц 1-го и/или 2-го типов. Верхняя уплотнительная конструкция (182) может окружать устройство подачи или часть его, такую как сопло (186) подачи. Устройство (180) для закачивания можно опустить в скважину на колонне заканчивания, шлангокабеле, стальном или проволочном тросе. Устройство (180) имеет насос (185) для закачивания и несколько камер (188-А, 188-В, и т.д.) для различных типов частиц и жидкостей. Насос (185) с регулируемыми давлением и производительностью и сопло (186) подают содержимое из указанной камеры в трещину. Частицы подаются в подходящей жидкости. В предпочтительном варианте осуществления, в котором нужно закачать многочисленные виды или типы частиц, отдельные типы или виды частиц находятся в отдельных камерах (188-А) и (188-В) устройства, и закачиваются отдельно и последовательно. Система закачивания (внутренний трубопровод, насос и сопло) промывается подходящим типом жидкости до и после каждого сеанса закачивания, когда меняется тип частиц, в соответствии с требованиями. Исполнительный механизм (185) для закачивания частиц известен в данной области техники, и в его состав входят погружные насосы, гидравлические или электрические приводы, устройство распределения энергии УРЭ (DPU) и т.д.
[0075] Преимуществами по сравнению с уровнем техники способа согласно изобретению, являются закачивание или введение реакционноспособных частиц после окончания гидроразрыва пласта и/или отсутствие смешивания частиц на поверхности или в стволе скважины над пластом. Далее, реакционноспособные или энергетические частицы не имеют тенденции скапливаться в нежелательных зонах, например, в смесителе, на поверхности, вдоль ствола скважины и т.д.
[0076] Возможно использование других механизмов подачи. Например, частицы AS могут также закачиваться в пласт с помощью скважинного инструмента после окончания гидроразрыва пласта. Однако, в этом случае потребуется использование частиц AS гораздо меньшего размера для гарантирования их прохода между частицами проппанта, что может негативно сказаться на их эффективности как центров присоединения, особенно там, где они должны притягивать и присоединять многочисленные реакционноспособные частицы.
Технологическая схема первого способа
[0077] Фиг. 10 является типовой технологической схемой, показывающей различные шаги предпочтительного способа в соответствии с аспектами изобретения, как это было раскрыто выше. Технологическая схема применяется с первым способом. В случае применения ее с другими способами, нужно выполнять не все шаги, а также не нужно придерживаться указанного порядка шагов. В этом документе представлены и обсуждаются варианты, которые будут распознаны и поняты специалистами в данной области техники. На фиг. 10 показано, что процесс разделен на три шага (400), (500) и (600), означающих шаги «гидроразрыва», «съемки» и «обработки данных», соответственно. Жидкость для гидроразрыва пласта закачивается в заданную зону пласта в существующие трещины, и создает дополнительные трещины на шаге (420). Жидкость для гидроразрыва пласта содержит или доставляет частицы проппанта для расклинивания трещин. Также на шаге (420) частицы AS, смешанные с проппантом, закачиваются в трещины. Могут использоваться многочисленные виды частиц AS, но в настоящем обсуждении предполагается, что используются только два вида: AS-x и AS-z. На шаге (430) закачивание прекращается. На этом шаге раскрытые трещины обычно смыкаются, за исключением тех, в которые попали частицы проппанта и AS. Следующим может быть шаг (440) очистки, во время которого в скважине разрешается создание обратного потока для вывода из пласта-коллектора жидкостей для гидроразрыва пласта. На шаге (510) устройство для закачивания или подачи частиц размещается рядом с перспективным пластом, и один из двух видов частиц, например, частицы 1-го типа вида х закачиваются в перспективный пласт. Частицы Т-х перемещаются в пространстве трещины и присоединяются к частицам AS-x. На шаге (520) частицы 2-го типа вида - х закачиваются в пласт и присоединяются либо к частицам AS Т1-х, либо к частицам Т1-х, либо к обеим частицам. На шаге (530) происходит первое запускающее событие, которое позволяет или вызывает контакт между реакционноспособными материалами в частицах Т1-х и Т2-х на каждом центре присоединения. На шаге (550) происходит серия микросейсмических событий, вызванных реакциями в материалах заряда, которые заставляют сейсмические волны двигаться во всех направлениях сквозь пласты. На шаге (610) датчики обнаруживают микросейсмические события (или вызываемые ими волны). После этого, на шаге (620), начинаются различные шаги обработки данных, такие как запись, передача, фильтрация, очистка, проверка качества и т.д.. На других шагах могут выполняться следующие операции: предварительная обработка в поле на шаге (630), перевод в центры обработки данных на шаге (640) и окончательная обработка и вывод данных для картирования трещин на шаге (650).
[0078] Все шаги съемки (500) и обработки данных (600) или часть из них можно повторить позже с помощью дополнительных видов (T1-z и T2-z), что необходимо для второго картирования трещин с возможностью «замедленной съемки».
Другие способы
[0079] Дополнительные способы представлены для создания большого количества микросейсмических событий в пласте, подвергнутом гидроразрыву. Раскрытые ниже способы происходят от ранее раскрытого способа, а детали не повторяются. Детали основного способа могут использоваться в следующих способах; исключения и отличия указаны ниже.
Способ 2
[0080] Еще один предпочтительный способ не использует частицы центров присоединения. Другими словами, частицы AS не вводятся в эффективные трещины. Частицы 1-го типа закачиваются или вводятся в расклиненные трещины после окончания процесса гидроразрыва пласта. Возможно введение многочисленных видов частиц 1-го типа. Частицы 1-го типа могут иметь такую структуру (сердцевину, слои, и т.д.) и химию, которые уже были раскрыты в этом документе. Предпочтительно, чтобы у частиц 1-го типа имелась сердцевина, заполненная реакционноспособным материалом, и слой присоединения для присоединения частиц 2-го типа.
[0081] После распределения частиц 1-го типа в расклиненной трещине, частицы 2-го типа первого вида вводятся в трещину. Предпочтительно, чтобы у частиц 2-го типа сердцевина была специально выполнена или выбрана для того, чтобы начать реакцию с соответствующими сердцевинами частиц 1-го типа. Один или несколько слоев частиц 2-го типа помогает присоединяться к частицам 1-го типа.
[0082] Многочисленные виды частиц 2-го типа могут использоваться для выполнения многочисленных съемок так, как это раскрыто выше. Различные виды можно вводить в систему трещин одновременно, но начинать реакции нужно отдельными запускающими событиями, или их можно вводить последовательно после начала реакции с ранее введенным видом.
Способ 3
[0083] В еще одном варианте осуществления, частицы с центрами присоединения и частицы 1-го типа соединены. Эти частицы можно назвать «модифицированными» частицами 1-го типа, обладающими многими характеристиками раскрытых выше частиц AS. Например, модифицированные частицы Т1 могут быть больше, сильнее или использовать дополнительные приспособления, такие как решетка, порты, и т.д.. В этом способе модифицированные частицы 1-го типа смешиваются с проппантом и закачиваются в трещину. После окончания закачивания частицы остаются в системе трещин. Модифицированные частицы 1-го типа подвергаются воздействию высокого давления и химикатов жидкости для гидроразрыва пласта во время закачивания и нахождения в трещинах, поэтому считается, что многие из них могут не сохраниться. Этот недостаток можно компенсировать увеличением концентрации модифицированных частиц 1-го типа, смешанных с проппантом. Можно вводить многочисленные виды модифицированных частиц 1-го типа. Нужно отметить, что заряд модифицированных частиц 1-го типа не является опасным на шаге закачивания, так как в его состав входит только один компонент, необходимый для энергетической реакции.
После окончания определенного промежутка времени, по истечении которого можно начать очистку (если она необходима), первые виды частиц 2-го типа вводятся в систему трещин. Предпочтительно, чтобы у частиц 2-го типа сердцевины имели специально выполненный или выбранный материал для запуска реакций с соответствующими частицами 1-го типа. Один или несколько слоев частиц 2-го типа помогает присоединению к частицам 1-го типа. Многочисленные виды частиц 2-го типа можно использовать для выполнения многочисленных съемок, как это было раскрыто выше. Многочисленные виды можно ввести в систему трещин одновременно или последовательно, и они будут вступать в реакцию после наступления отдельных запускающих событий
Способ 4
[0084] Фиг. 11А является схематическим изображением типовой частицы 3-го типа для использования с центрами присоединения в соответствии с аспектом изобретения. Частица (200) 3-го типа содержит материал, необходимый для энергетической реакции, в своей внутренней части сердцевины (204) и во внешней части сердцевины (210), которые разделены перегородкой (206). Внешняя оболочка (216) и функционализированная поверхность (220) могут иметь такие внешние приспособления как гнезда, порты или щупальца (221, 222, 223). Частицы 3-го типа могут рассматриваться как агломерации характеристик частиц 1-го и 2-го типов.
[0085] В соответствии с типовым способом центры присоединения нескольких видов закачиваются вместе с жидкостью для гидроразрыва пласта в систему трещин и остаются в ней. В соответствии с приведенным здесь описанием, частицы AS по размеру подходят частицам проппанта, у которых есть специально созданные внешние слои, благодаря которым AS создает «загрузочную станцию», которая притягивает и принимает только определенные виды частиц 3-го типа. После этого частицы 3-го типа вводятся в трещину. Частицы (200) 3-го типа имеют внутреннюю часть (204), которая несет заряд выбранных материалов, вступающий в реакцию с материалами заряда, расположенными во внешней сердцевине (210). Разделительный слой или капсула (206) разделяет внутреннюю и внешнюю части сердцевины. На перегородку (206) можно подействовать чтобы вызвать контакт между зарядами, например, с помощью изменений в окружающих условиях (таких как температура, давление и т.д.) или с помощью временного разложения и т.д., как это было раскрыто выше. В качестве перегородки (206) может служить мембрана, покрытие, слой или многочисленные такие механизмы. Внешний слой (220) состоит из одного или нескольких слоев выбранных материалов, и изолирует материалы внешней сердцевины от окружающей среды до наступления подходящего запускающего события. Можно использовать избирательность частиц 3-го типа, основанную на вышеописанной концепции «видов».
[0086] На фиг. 11В показан альтернативный вариант осуществления частиц 3-го типа для использования с частицами центров присоединения. Подобные части пронумерованы и не рассматриваются. Присутствуют дополнительные приспособления (222). Дополнительный слой (216) может служить как защитное покрытие, покрытие с задержкой во времени, и т.д.
Способ 5
[0087] Фиг. 12 является схематическим изображением варианта осуществления частиц 3-го типа без использования центров присоединения. Частицы (250) 3-го типа предпочтительно закачиваются после окончания процесса гидроразрыва пласта. После окончания необходимого промежутка времени, по истечении которого можно начать очистку (если она нужна), вводится первый вид частиц 3-го типа. Частицы 3-го А типа могут иметь два отсека (260) и (280) для материалов (204) и (210) заряда, разделенные одной или несколькими перегородками (270). Отсеки (260, 280) несут заряд материалов, который запускает реакцию, как это было раскрыто выше. На перегородку (270), разделяющую отсеки, можно подействовать для того, чтобы привести в контакт содержимое отсеков, например, с помощью изменений в окружающих условиях, временного разложения и т.д.. Перегородкой может служить мембрана, покрытие, слой или многочисленные подобные механизмы. После удаления, деактивации, рассеивания и т.д. перегородки (270), в результате действия запускающего события, заряды создают реакцию, образующую микросейсмическое событие. Внешняя оболочка (290) состоит из одного или нескольких слоев выбранных материалов, и отделяет отсеки (260, 280) от окружающей среды до тех пор, пока не наступит соответствующее запускающее событие. Поверхностная функциональность модифицированной частицы 3-го типа, используемая в этом методе, не имеет дополнительных приспособлений. Модифицированные частицы 3-го типа могут свободно перемещаться среди частиц проппанта, не собираясь в загрузочных станциях.
Общие описания
[0088] Центры присоединения (загрузочные станции) частиц 1-го, 2-го и 3-го типов могут быть любого подходящего размера и формы, которые соответствуют объему трещины и несут необходимое количество материалов.
[0089] Конструкция внешнего слоя (оболочки, капсулы или покрытия) частиц центров присоединения и частиц 1-го, 2-го и 3-го типа обуславливает уникальные виды частиц таким образом, что только одинаковые виды компонентов присоединяются друг к другу. С помощью этой концепции четко различимых и отдельных видов частиц появляется возможность избирательного управления системой, то есть в нужное время и в нужных обстоятельствах, путем последующего введения или запуска различных видов частиц (при условии, что эти виды центров присоединения остались в трещинах).
[0090] Внешний слой частиц 1-го, 2-го и 3-го типов может быть достаточно эластичным для того, чтобы частицы могли деформироваться без структурных разрушений во время прохода через узкие места.
[0091] Предпочтительные способы, при которых только центры присоединения закачиваются вместе с проппантом во время гидроразрыва пласта, имеют определенные преимущества, такие как недопущение преждевременного попадания энергетических зарядов под воздействие тяжелых условий или химикатов, присутствующих в жидкости для гидроразрыва пласта.
[0092] Способы могут избирательно активизировать изменяющуюся амплитуду (силу) сейсмических событий в нужное время с помощью устройств доставки и способов, о которых говорилось в этом документе.
[0093] Конструкция механизма подачи частиц Т1, Т2 и Т3 позволяет выполнять избирательные съемки в системе трещин, образованной в ходе многошагового гидроразрыва пласта.
[0094] Система позволяет выполнять «замедленные» съемки в требуемое время и при наступлении требуемых условий.
Краткий обзор способа
[0095] Фиг. 13 является схематическим изображением скважин воздействия и наблюдения, оснащенных группой датчиков для обнаружения и записи микросейсмических событий, произошедших во время гидроразрыва пласта, в соответствии со способом изобретения. Эффективная трещина (50) образовалась в скважине (12) воздействия в пласте (14). Микросейсмические события (16) произошли в соответствии со способами, раскрытыми в этом документе. Микросейсмические события образуют сейсмические волны (18). Волны (18) расходятся от микросейсмического события (16) во всех направлениях, и перемещаются сквозь пласт-коллектор. Для обнаружения волн используется большое количество сейсмических датчиков, таких которые изображены на (20) и (21). Сейсмические датчики можно разместить в стволе одной или нескольких скважин (22), используемых для наблюдения или мониторинга. Датчики также можно разместить на поверхности (24) или рядом с ней, предпочтительно в мелких скважинах (26), пробуренных для этой цели. Датчики (20) и (21) обнаруживают данные (172) волн Р и S, образованных микросейсмическими событиями (16). Данные обычно передаются в систему (25) обработки данных для предварительного анализа участка скважин. Глубокий анализ обычно выполняется после сбора «сырых» данных и проверки качества. После окончательного анализа, результаты (карты систем трещин) становятся бесценными для планирования пласта и месторождения, и для проектирования будущих работ по гидроразрыву пласта.
Материалы покрытия
[0096] Оболочки, слои или покрытия частицы предпочтительно изготавливаются из одного или нескольких химикатов в следующих группах, которые могут использоваться поодиночке или в комбинации, и могут быть сшиты в любом процентном соотношении любым количеством средств, известных в данной области техники, расположенных в виде одного или нескольких слоев поверх части или частей сердцевины частицы. К типовым материалам оболочки, капсулы или покрытия относятся:
- материалы, содержащие углеводороды в кислотной или солевой форме, с или без мономеров или полимеров, такие как, алкены, полиэтилен, полипропилен, поликарбонат, поликонденсации, производные бензола, стирол, полистирол, производные алкена (винильные группы и виниловые полимеры), поливиниловые нитрилы, поливиниловые спирты, поливиниловые кетоны, поливиниловые эфиры, поливиниловые тиоэфиры, поливиниловые галогениды;
- материалы, содержащие кислород в кислотной или солевой форме, с или без мономеров или полимеров, такие как, акриловая кислота, метакриловая кислота, итаконовая кислота, щавелевая кислота, малеиновая кислота, фумаровая кислота, фталевая кислота, карболовая кислота (фенол), жирная кислота, малоновая кислота, янтарная кислота, 2-акрилолоксиэтилянтарная кислота, 2-акрилолоксиэтилфталиевая кислота, 2-метаакрилолоксиэтилянтарная кислота, 2-метаакриллоксиэтилфталиевая кислота, поликарбоновая кислота, полиакриловая кислота, полиметакриловая кислота, эпоксиды, окись этилена, окись пропилена, эфиры, метилакрилат, этилакрилат, метилметакрилат, полиметилметакрилат, полиэтиленгликоль, полипропиленгликоль, политетраметиленгликоль, эфир политетраметиленгликоля, полиэфир кетоны, сложные полиэфиры, полиарилаты, поликарбонаты, полиалкиды, альдегиды, формальдегид, ацетальдегид, фенол-формальдегидные смолы, углеводы, полисахарид, содержащий аминогруппы, пероксиды, пероксидисульфат натрия и пероксидифосфат калия;
- материалы, содержащие кислород в серной или солевой форме, с или без мономеров или полимеров, такие как, сульфокислоты, 2-акриламидо-2-метил-1-пропансульфоновой кислоты (AMPS), поли 2-акриламидо-2-метил-1-пропансульфоновой кислоты (PAMPs), 4-стиролсульфокислотт, винил сульфокислоты, стирол сульфоновая кислота, бутилакриламида сульфоновой кислоты, алкил или арил сульфоновые кислоты, метакрил сульфоновой кислоты, 2,3,4-акрилоксиэтан сульфокислоты, 2,3,4-метакрилоилоксиэтан сульфокислоты, полистирол сульфоновой кислоты, поливиниловая сульфокислота, сульфоны, диметилсульфат, натрия полистирола сульфанат, стирол сульфоната натрия, алкилсульфонаты, полисульфоны, полиарисульфоны, полиэфирсульфоны, полисульфонаты, полисульфонамиды, сульфиды, полисульфиды, полифениленсульфид, сульфоэтилакрилат, сульфоэтилметакрилат, сульфопропил акрилат, метакрилат сульфопропил, сульфоарил акрилат, метакрилата сульфоарил;
- материалы, содержащие фосфор и фтор в кислотной или солевой форме, с или без мономеров или полимеров, такие как, фосфат, триметилфосфат, фосфорна кислота, полифосфазены, фторированный этилен пропилен, политетрафторэтилен, перфторалкокси полимерной смолы, соли аммония, щелочные или соли щелочных металлов сульфата или фосфата;
- материалы, содержащие азот в кислотной или солевой форме, с или без мономеров или полимеров, такие как амины, первичные, вторичные, третичные жирные амины, полиамины гександиамин, этилендиамин, диэтилентриамин, триэтилентетрамин, полиалкиламины, амиды, диметилформамид, акриламид, полиамиды, полифталамид, имины, азиридин, полиэтиленимин, имиды, полиимиды, полиэфиримиды, полиамид-имиды, алкиламины, этаноламин, метиламин, циклические амины, азиридин, плойэтилен амина, ароматические амины, анилин, полианилин, цианаты, изоцианаты, метил цианат, метил изоцианат, смолы, полиарамиды, полиамидемиды, производные гидразина, монометил-гидразин, диметиловый гидразин;
- материалы, содержащие термопласты и другие полимеры, такие как, полималейкангидрит октадецена, полибензоксазолы, полибензимидазолы, полимочевины, полиуретаны, полисилазаны, и полисилоксаны.
Материалы сердцевины
[0097] Сердцевина частицы энергетических или реакционноспособных материалов сделана из одного или нескольких следующих химикатов, используемых поодиночке или в комбинации, которые могут быть скомбинированы в любом процентном соотношении любым количеством средств, известных в данной области техники, иметь любой общий вес для достижения удельной энергии, достаточной, для того, чтобы создать микросейсмическое событие требуемой силы. К числу типовых материалов для сердцевины и заряда относятся:
- высоковзрывчатые вещества, такие как пентаэрититолтетранитрат (PETN), гексаметиленететраминемононитрат, циклотриметиленетриниратамин (RDX), циклотетраметиленотринитратамин (НМХ), гексанитрогексаазаизовюрцитан (HNIW), гексанитросилбен (HNS), пикраломино-3,5-динитропиридин (PYX), диазодинитрофенол ДДНФ (DDNP), азид свинца, азид серебра, азид гидразина, тринитротолуон (TNT), полиазополициклик в клетке полинитрамина (CL-20), 2,4,6-тринитрофенилметилнитрамин (Тетрил); энергетические пластификаторы, такие как нитроглицерин (НГ), этиленгликольдинитрат (EGDN), ацетон пероксид бис (2,2 ди-нитропропил) ацеталь / формальный (BDNPA/BDNPF), триэтиленгликоль-динитрат (TEGDN), диэтиленгликоль-динитрат (DEGDN), триметилолэтан тринитрат (TMETN), 1,2,4-бутаннетриолтринитрат (BTTN), нитратоэтил нитрамин (NENA);
- пластификаторы, такие как диокладипад (DOA), изодецил перлагонат (IDP) бис (2-этилгексил) эфир себациновой кислоты, диоктил малеат (DOM), диоктилфталат (ДОФ), полиизобутилен, масло-пластификатор;
- окислители, такие как аммиачная селитра (AN), гидроксиламмони нитратов (HAN), динитрамид аммония (AND), нитрат калия, бария нитрат, нитрат натрия, перхлорат аммония, калия перхлорат, натрия перхлорат, нитрат свинца, безводный гидразин, гидразин нитрат, нитро-метан, нитро-этан, нитро-пропан;
- сенсибилизаторы, такие как диэтиламин, триэтиламин, этаноламин, этилендиамина, морфолин, нитрометан;
- реакционноспособные металлические порошки алюминия, магния, бора, титана, циркония;
- углеводородные топлива, такие как дизельное топливо, керосин, бензин, мазут, моторное масло;
- энергетические связующие, такие как полиглицидиловый-нитрат (PGN), полиглицидиловый-азид (GAP), полинитратометил метилоксетан (NMMO), поли(3,3-бис (азидометил)оксетан (ВАМО), поли (нитрамино-метил-метил-оксетан (NAMMO), 1,3,3-тринитроазетидин (TNAZ);
- связующие, такие как полибутадиеновые форполимеры, полипропиленгликоль ППГ (PPG), полиэтиленгликоль ПЭГ (PEG), сложные полиэфиры, полиакрилаты, полиметакрилаты, этиленвинил ацетат;
- другие материалы, такие как микрочастицы смолы, полимерная пена, полиуретановая резина, стеариновая кислота, порошок углерода, диоксид кремния, и
- помечающие агенты, такие как 2,3-диметил-2,3-динитробутана (DMDNB, DMNB).
[0098] Несмотря на то, что это изобретение было раскрыто с использованием иллюстративных вариантов осуществления, не предполагается рассматривать это раскрытие, как имеющее ограничивающий смысл. Различные варианты осуществления и комбинации наглядных вариантов осуществления, так же как и другие варианты осуществления изобретения, станут очевидны специалистам в данной области техники после обращения к настоящему описанию. Поэтому предполагается, что прилагаемая формула изобретения охватывает все модификации или варианты осуществления.