СПОСОБЫ РАЗОБЩЕНИЯ ПЛАСТОВ И ОТКЛОНЕНИЯ ОБРАБОТКИ С ПОМОЩЬЮ ФИГУРНЫХ ЧАСТИЦ
METHODS FOR ZONAL ISOLATION AND TREATMENT DIVERSION WITH SHAPED PARTICLES

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Углеводороды (нефть, конденсат и газ) могут добываться из скважин, которые пробурены в пласты, содержащие их. По целому ряду причин, таких как низкая проницаемость пластов или повреждение пласта, вызванное бурением и освоением скважины, поток углеводородов в скважину может быть нежелательно низким. В этом случае скважину «возбуждают», например, с использованием гидравлического разрыва пласта, химического (например, кислотного) возбуждения или их сочетания (часто называемого кислотным гидроразрывом или кислотной обработкой).
При гидравлическом и кислотном разрыве в пласт может закачиваться первый вязкий флюид, называемый подушкой, для инициирования и распространения трещины. Затем может вводиться второй флюид, который содержит расклинивающий наполнитель для удерживания трещины открытой после сброса давления накачки. Гранулированные расклинивающие материалы могут включать, например, песок, керамические шарики или другие материалы. При «кислотном» разрыве второй флюид может содержать кислоту или другой химический реагент, такой как хелатирующий агент, который может способствовать растворению и/или растворять часть породы, вызывая неоднородное травление поверхности трещины и удаление некоторых из минеральных веществ, что приводит к тому, что трещина не закрывается полностью после прекращения накачки. Время от времени гидравлический разрыв может выполняться без сильно загущенного флюида (такого как вода), чтобы минимизировать повреждения, вызванные полимерами, или стоимость других загустителей.
Гидравлический и кислотный разрывы горизонтальных скважин (или многослойных пластов) могут включать методы отклонения, чтобы обеспечить перенаправление разрыва между различными зонами. Эти методы отклонения могут включать, например, использование механических устройств изоляции, таких как пакеры и пробки для ствола скважины, установку мостовых пробок, закачку уплотнительных шариков, закачку суспензионных хлопьев бензойной кислоты и удаляемых/разлагаемых частиц. Кроме того, другие операции по обработке могут использовать методы отклонения.
Отклонение обработки с помощью частиц может быть основано на закупоривании частицами отклоняющего материала пространства за обсадной колонной и образования пробки путем накопления остальной части частиц на образованном мосту. Некоторые проблемы, связанные с отклонением обработки с помощью зернистых материалов, включают уменьшение закупоривающей способности отклоняющей суспензии во время закачки из-за разбавления скважинным флюидом (межфазное перемешивание), большое количество используемых отклоняющих материалов, а также стабильность некоторых отклоняющих агентов во время закачки и на последующем этапе обработки.
Во время бурения ствола скважины в скважине могут использоваться различные флюиды для выполнения различных функций. Флюиды могут циркулировать через бурильную трубу и буровое долото в ствол скважины, а затем могут подниматься вверх через ствол скважины на поверхность. Во время такой циркуляции буровой раствор может использоваться для удаления бурового шлама из забоя скважины и переноса его на поверхность, для суспендирования шлама и утяжелителя после прекращения циркуляции, для управления давлениями в скважине, для поддержания целостности ствола скважины пока секция скважины обсаживается и цементируется, для изолирования флюидов от пласта путем обеспечения достаточного гидростатического давления, для предотвращения поступления пластовых флюидов в ствол скважины, для охлаждения и смазки бурильной колонны и долота и/или для максимального увеличения скорости проходки.
Поглощение бурового раствора представляет собой повторяющуюся проблему бурения, характеризующуюся потерей бурового раствора в подземные пласты, которая может происходить естественным образом в пластах с трещинами, высокой проницаемостью, в пористых или кавернозных пластах. Такие пласты могут содержать, например, сланцевые глины, пески, гравий, ракушняк, рифовые отложения, известняк, доломит или мел. Другие проблемы, возникающие при бурении и добыче нефти и газа, включают прихват трубы, обрушение ствола скважины, потерю контроля над скважиной и потерю или снижение добычи.
Поглощение бурового раствора часто контролируется путем включения добавки или отклоняющего агента во флюиды, закачиваемые в стволы скважин. Традиционные добавки или отклоняющие агенты могут быть менее эффективными, если агенты разделяются во время прокачки, например, по массе, по размеру и/или по плотности, в результате чего проницаемость образованной пробки отличается от ожидаемой. Существует необходимость в частицах для разобщения пластов и отклонения обработки, которые уменьшают риск разделения частиц во время прокачки и приводят к образованию в скважине пробок с прогнозируемой проницаемостью.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В данном описании сущности изобретения приведены понятия, которые дополнительно описаны ниже в подробном описании. Данное описание сущности изобретения не предназначено для идентификации ключевых или существенных признаков заявленного объекта изобретения, а также не предназначено для использования с целью ограничения объема заявленного объекта изобретения.
В некоторых вариантах реализации изобретения настоящее изобретение относится к способам обработки подземного пласта, включая введение флюида для обработки в подземный пласт, при этом указанный флюид для обработки содержит множество первых частиц, причем каждая частица множества первых частиц имеет первую трехмерную форму, и размеры первой трехмерной формы каждой частицы множества первых частиц являются, по существу, однородными; и образованию пробки, содержащей по меньшей мере часть множества первых частиц в подземном пласте, причем первая трехмерная форма представляет собой элемент, выбранный из группы, состоящей из цилиндрической, сфероцилиндрической и полиэдрической формы.
В некоторых вариантах реализации изобретения настоящее изобретение направлено на способы обработки подземного пласта, включая изготовление множества первых частиц на буровой площадке посредством устройства для построения трехмерного объекта, причем устройство содержит камеру хранения для хранения модельного материала и систему дозирования для регулирования количества модельного материала, подаваемого из камеры хранения в рабочее положение; введение флюида для обработки в подземный пласт, при этом указанный флюид для обработки содержит множество первых частиц, причем каждая частица множества первых частиц имеет первую трехмерную форму, и размеры первой трехмерной формы каждой частицы множества первых частиц являются, по существу, однородными; и образованию пробки, содержащей по меньшей мере часть множества первых частиц в подземном пласте, причем первая трехмерная форма представляет собой элемент, выбранный из группы, состоящей из цилиндрической, сфероцилиндрической и полиэдрической формы.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Способ, с помощью которого могут быть достигнуты цели настоящего изобретения и другие желаемые характеристики, описан в нижеследующем описании и прилагаемых графических материалах, в которых:
Фиг. 1 иллюстрирует пять платоновых тел (тетраэдр (P1), икосаэдр (P2), додекаэдр (P3), октаэдр (P4) и куб (P5)) и пятнадцать архимедовых тел (усеченный тетраэдр (P6), усеченный икосаэдр (A2), плосконосый куб (А3), плосконосый додекаэдр (А4), ромбоикосододекаэдр (А5), усеченный икосододекаэдр (А6), усеченный кубооктаэдр (А7), икосододекаэдр (А8), ромбокубооктаэдр (А9), усеченный додекаэдр (А10), кубооктаэдр (А11), усеченный куб (A12) и усеченный октаэдр (A13)); куб (P5) и усеченный октаэдр (A13) являются платоновым и архимедовым телами.
Фиг. 2 иллюстрирует фигурные частицы, имеющие формы, которые обеспечивают низкую проницаемость пробки.
Фиг. 3 иллюстрирует определение размера частиц.
Фиг. 4 иллюстрирует использование фигурных однородных частиц для создания пробок вблизи ствола скважины.
Фиг. 5 иллюстрирует экспериментальную лабораторную установку, используемую для создания пробки из фигурных однородных частиц.
Фиг. 6 представляет собой фотографию фигурных частиц, содержащих жесткое ядро и пленочные компоненты.
Фиг. 7 иллюстрирует экспериментальную лабораторную установку, используемую для создания пробки из фигурных однородных частиц.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Для обеспечения понимания настоящего изобретения в нижеследующем описании изложены многочисленные конкретные детали. Тем не менее, специалисту в данной области техники будет понятно, что способы по настоящему изобретению могут быть реализованы на практике без данных деталей, и что возможны многочисленные варианты или модификации описанных вариантов реализации изобретения.
Прежде всего следует отметить, что в разработке любого такого фактического варианта реализации изобретения для достижения конкретных целей разработчиков могут быть выполнены многочисленные реализации конкретных решений, таких как, соответствие системным и бизнес ограничениям, которые будут отличаться от одной реализации к другой. Кроме того, следует иметь в виду, что такая разработка может быть сложной и длительной по времени, но, тем не менее, благодаря этому описанию, может быть рутинным делом для среднего специалиста в данной области техники. Кроме того, состав, используемый/описанный в данном документе, также может содержать некоторые компоненты, отличные от указанных. В описании сущности изобретения и в этом подробном описании, каждое числовое значение должно пониматься один раз как измененное с помощью термина «около» (если только оно явно не было изменено), а затем пониматься снова как не достаточно измененное, если из контекста не следует иное. Термин «около» следует понимать как любое количество или диапазон в пределах 10% от указанного количества или диапазона (например, диапазон от около 1 до около 10 охватывает диапазон от 0,9 до 11). Кроме того, в описании сущности изобретения и в этом подробном описании следует понимать, что диапазон, перечисленный или описанный как полезный, подходящий или тому подобное, предназначен для включения поддержки любого возможного поддиапазона в пределах диапазона по меньшей мере потому, что каждая точка в пределах диапазона, включая конечные точки, должна считаться заявленной. Например, «диапазон от 1 до 10» должен пониматься как указывающий каждое возможное число в непрерывном множестве между 1 и 10. Кроме того, одна или более точек данных в настоящих примерах могут быть объединены вместе или могут быть объединены с одной из точек данных в описании для создания диапазона и, таким образом, содержать каждое возможное значение или число в пределах этого диапазона. Таким образом, (1) даже если многочисленные конкретные точки данных в пределах диапазона явно определены, (2) даже если дается ссылка на несколько конкретных точек данных в пределах диапазона или (3) даже если никакие точки данных в пределах диапазона явно не указаны, нужно понимать, что (i) авторы изобретения принимают во внимание и понимают, что любая возможная точка данных в пределах диапазона должна считаться указанной, и (ii) авторы изобретения знали обо всем диапазоне, каждом возможном поддиапазоне в пределах диапазона и о каждой возможной точке в пределах диапазона. Кроме того, объект изобретения данной заявки, иллюстративно описанный в данном документе, может соответствующим образом применяться на практике при отсутствии любого элемента (элементов), которые конкретно не описаны в данном документе.
Настоящее изобретение относится к способам обработки подземного пласта, таким как отклонение или временное разобщение пластов. Способы по настоящему изобретению могут включать введение флюида для обработки, содержащего состав, содержащий фигурные частицы. Такие фигурные частицы могут быть представлены в виде, например, частиц трехмерной формы, выбранной из цилиндрической, сфероцилиндрической и/или полиэдрической формы (такой как, например, платоново тело или архимедово тело (как проиллюстрировано на фиг. 1)). Другие подходящие фигурные частицы могут включать частицы, имеющие жесткое ядро, и компоненты, закрепленные или прикрепленные к жесткому ядру, такие как закрепленные или прикрепленные материалы в виде одного или более волокон, пленок или чешуек (примеры таких частиц могут включать частицы с волокнами, как проиллюстрировано на фиг. 2А, и частицы, содержащие жесткое ядро (такие как в виде сферы) с одной или более пленками и/или чешуйками, прикрепленными к ней, как проиллюстрировано на фиг. 2В). В вариантах реализации изобретения совокупность частиц может использоваться для уменьшения проницаемости пачек, содержащих такие частицы.
В некоторых вариантах реализации изобретения фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы не имеют форму сферы (то есть, не имеют форму круглого геометрического и кругового объекта в трехмерном пространстве, который напоминает форму полностью круглого шара), но, вместо этого, имеют форму, выбранную из, например, частицы трехмерной формы, выбранной из цилиндрической, сфероцилиндрической и/или полиэдрической формы (такой как, например, платоново тело или архимедово тело). В некоторых вариантах реализации изобретения фигурные однородные частицы могут содержать одну или более плоских граней (то есть, плоскую часть или плоскость на поверхности частицы). Одна или более плоских граней фигурных однородных частиц, используемых в способах по настоящему изобретению, могут быть плоскими конгруэнтными гранями, которые имеют форму правильного многоугольника. Например, фигурные однородные частицы, содержащие одну или более плоских граней (или плоских конгруэнтных граней), могут быть платоновым телом. Такие платоновы тела могут быть правильным, выпуклым полиэдром с плоскими конгруэнтными гранями (такими как 4, 6, 8, 12 или 20 плоские конгруэнтные грани) правильных многоугольников, причем указанные плоские конгруэнтные грани сходятся в каждой вершине соответствующего платонова тела (в таких вариантах реализации изобретения плоские конгруэнтные грани фигурной однородной частицы могут составлять 100% от площади поверхности фигурной однородной частицы).
В вариантах реализации изобретения в которых фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы содержат одну или более плоских граней, указанная одна или более плоских граней могут составлять по меньшей мере около 10% от площади поверхности фигурной однородной частицы или по меньшей мере около 20% от площади поверхности фигурной однородной частицы, как например, от около 25% до около 99,9% от площади поверхности фигурной однородной частицы или от около 40% до около 99% от площади поверхности фигурной однородной частицы, или от около 75% до около 95% от площади поверхности фигурной однородной частицы.
Фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы, такие как фигурные однородные частицы, содержащие одну или более плоских граней и/или одну или более конгруэнтных граней (которые, необязательно, могут быть плоскими), могут иметь любой желаемый размер и/или форму частиц и могут изготавливаться либо за пределами площадки, либо в месте расположения буровой площадки. Термины «размер» и «размер частиц», используемые в настоящем описании (когда речь идет о фигурной однородной частице), относятся к диаметру наименьшей мнимой описанной сферы, которая включает в себя фигурную частицу или фигурную однородную частицу, как проиллюстрировано на фиг. 3, для гипотетической одиночной фигурной однородной частицы, имеющей ряд плоских граней, которая предусмотрена для желаемой/предполагаемой скважинной операции.
В некоторых вариантах реализации изобретения флюиды для обработки, используемые в способах по настоящему изобретению, могут содержать состав, содержащий множество фигурных частиц, в котором каждая частица множества фигурных частиц имеет трехмерную форму (то есть, по существу, идентичную форму или конгруэнтную форму), причем указанная конкретная трехмерная форма (или просто «форма», причем данные термины используются взаимозаменяемо во всем настоящем описании) и размеры указанной конкретной формы выбраны для предполагаемой скважинной операции, такой как отклонение или временное разобщение пластов. Такие частицы, имеющие, по существу, идентичную форму или конгруэнтную форму, можно называть «фигурные однородные частицы». В некоторых вариантах реализации изобретения размеры трехмерной формы каждой частицы множества фигурных частиц являются однородными в том отношении, что диаметр наименьшей мнимой описанной сферы, которая включает в себя каждую частицу множества фигурных частиц, изменяется не более чем на ± 50%, как например, не более чем на ± 10% или не более чем на ± 5%, или не более чем на ± 2%.
Термин «фигурная однородная частица» относится к одиночной частице группы специально разработанных частиц, при этом каждая частица в группе имеет трехмерную форму и размер, который, по существу, идентичен одиночной фигурной однородной частице (которая может быть гипотетической моделью, в дальнейшем именуемой «гипотетической одиночной фигурной однородной частицей»), предусмотренной и предназначенной для предполагаемой скважинной операции. Такая гипотетическая одиночная фигурная однородная частица может иметь трехмерную форму, выбранную из, например, платонова тела, архимедова тела или частицы трехмерной формы, выбранной из цилиндрической, сфероцилиндрической и/или полиэдрической формы. Подходящие формы платонова тела включают, например, тетраэдры, кубы, октаэдры, икосаэдры или додекаэдры. Подходящие формы архимедова тела включают, например, усеченный тетраэдр, усеченный икосаэдр, плосконосый куб, плосконосый додекаэдр и усеченный октаэдр.
Фигурная однородная частица считается «по существу, идентичной» гипотетической одиночной фигурной однородной частице (или другой одиночной фигурной однородной частице), предусмотренной для предполагаемой скважинной операции, если фигурная однородная частица имеет размер, который определяется как диаметр наименьшей мнимой описанной сферы, которая включает в себя фигурную однородную частицу, который изменяется не более чем на ± 50%, как например, не более чем на ± 10% или не более чем на ± 5% или не более чем на ± 2% относительно диаметра наименьшей мнимой описанной сферы, которая включала бы в себя указанную гипотетическую одиночную фигурную однородную частицу (или указанную другую одиночную фигурную однородную частицу), предусмотренную для предполагаемой скважинной операции.
Например, в некоторых вариантах реализации изобретения, таких как те, в которых фигурная однородная частица имеет размер, который изменяется не более чем на ± 50%, причем указанная гипотетическая одиночная фигурная однородная частица, предусмотренная для предполагаемой скважинной операции, может представлять собой платоново тело, такое как, например, тетраэдр, в котором диаметр наименьшей мнимой описанной сферы, которая включает в себя выбранный гипотетический тетраэдр, предусмотренный для предполагаемой скважинной операции, составляет, например, около 2,0 мм. В таких вариантах реализации изобретения фигурные однородные частицы по настоящему изобретению включали бы те частицы, которые имеют форму тетраэдра (то есть, правильного выпуклого полиэдра с четырьмя плоскими конгруэнтными гранями, причем указанные плоские конгруэнтные грани сходятся в каждой вершине тетраэдра), которые имеют соответствующую мнимую описанную сферу с диаметром от около 1 мм до около 3 мм. Иными словами, фигурные однородные частицы по настоящему изобретению включали бы частицы, имеющие форму тетраэдра, достаточно малую, чтобы вписываться во мнимую описанную сферу, имеющую диаметр около 3 мм (который является верхним предельным размером), но те частицы, которые имеют форму тетраэдра, которая вписывалась бы во мнимую описанную сферу, имеющую диаметр около 1 мм (который является нижним предельным размером), будут исключены.
-1
-1
-1
-1
-1
-1
Используемый в данном документе термин «флюид для обработки» относится к любому перекачиваемому и/или текучему флюиду, используемому в подземной работе, в сочетании с желаемой функцией и/или желаемым назначением. Такие флюиды для обработки могут быть модифицированы таким образом, чтобы содержать множество фигурных частиц, таких как множество фигурных однородных частиц (например, множество фигурных однородных частиц, в которых каждая фигурная однородная частица содержит по меньшей мере одну плоскую грань и/или по меньшей мере одну конгруэнтную грань). В некоторых вариантах реализации изобретения перекачиваемый и/или текучий флюид для обработки может иметь любую подходящую вязкость, такую как вязкость от около 1 сП до около 10000 сП (как например, от около 10 сП до около 1000 сП или от около 10 сП до около 100 сП) при температуре обработки, которая может находиться в диапазоне от температуры на поверхности до статической температуры в забое скважины (пластовой), как например, от около 0 °С до около 150 °С или от около 10 °С до около 120 °С, или от около 25 °С до около 100 °С, а также скорость сдвига (определение скорости сдвига описано, например, в Introduction to Rheology, Barnes, H.; Hutton, J.F; Walters, K. Elsevier, 1989, чье описание включено в данный документ в полном объеме посредством ссылки) в диапазоне от около 1 сдо около 1000 с, как например, скорость сдвига в диапазоне от около 100 с до около 1000 с или скорость сдвига в диапазоне от около 50 с до около 500 с, измеренную обычными способами, такими как описанные в учебниках по реологии, включая, например, Rheology: Principles, Measurements and Applications, Macosko, C. W., VCH Publishers, Inc. 1994, чье описание включено в данный документ в полном объеме посредством ссылки.
Термин «обработка» или «обрабатывание» не подразумевает какого-либо конкретного действия флюидом. Например, флюид для обработки, помещенный или введенный в подземный пласт после первичного флюида, может представлять собой флюид для гидравлического разрыва, флюид для кислотной обработки (флюид для кислотного разрыва, флюид для кислотного отклонения), флюид для возбуждения пласта, флюид для контроля песка, флюид для заканчивания скважины, флюид для уплотнения ствола скважины, флюид для восстановительной обработки, цементирующий флюид, бурильный флюид, флюид для ГРП с установкой гравийного фильтра или флюид для установки гравийного фильтра. В способах по настоящему изобретению любой из перечисленных выше флюидов может быть модифицирован таким образом, чтобы содержать множество фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц, таких как множество фигурных однородных частиц, в которых каждая фигурная однородная частица содержит одну или более плоских граней и/или одну или более конгруэнтных граней. Флюиды для обработки, содержащие множество фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц, таких как множество фигурных однородных частиц, в которых каждая фигурная однородная частица содержит одну или более плоских граней и/или одну или более конгруэнтных граней, могут использоваться в операциях на полную мощность, пачках, забивках или любой их комбинации. Используемый в данном документе термин «пачка» или «забивка» представляет собой относительно малый объем специально подготовленного флюида для обработки, помещенного или циркулирующего в стволе скважины.
«Ствол скважины» может быть скважиной любого типа, включая добывающую скважину, непродуктивную скважину, нагнетательную скважину, скважину утилизации флюидов, экспериментальную скважину, поисково-разведочную скважину и тому подобное. Стволы скважин могут быть вертикальными, горизонтальными, отклоненными на некоторый угол между вертикалью и горизонталью и их комбинациями, например вертикальной скважиной с невертикальной составляющей.
Термин «месторождение» включает наземные (поверхностные и подповерхностные) применения и применения под морским дном. Термин «нефтяное месторождение», используемый в данном документе, включает углеводородные нефтяные и газовые пласты, а также пласты или участки пластов, где ожидаются углеводороды в виде нефти и газа, но которые могут дополнительно содержать другие материалы, такие как вода, солевой раствор или какой-либо другой состав.
Используемый в данном документе термин «температура обработки» относится к температуре флюида для обработки, который регистрируется во время того, как флюид для обработки выполняет свою желаемую функцию и/или желаемое назначение, такое как образование пробки или гидроразрыв подземного пласта.
Термин «гидроразрыв» относится к процессу и способам разрушения геологического пласта и создания трещины в геологическом пласте, таком как геологический горизонт вокруг ствола скважины, путем закачивания флюида для обработки при очень высоких давлениях (давлениях выше определенного давления закрытия трещин пласта), чтобы увеличить скорость добычи из углеводородного пласта или скорость нагнетания в него. Способы гидроразрыва по настоящему изобретению могут включать состав, содержащий множество фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц, таких как множество фигурных однородных частиц, в которых каждая фигурная однородная частица содержит одну или более плоских граней и/или одну или более конгруэнтных граней, в одном или более флюидов для обработки, но в остальном использовать обычные методы, известные в данной области техники.
Флюиды для обработки по настоящему изобретению (и пористые пачки, содержащие множество фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц, таких как множество фигурных однородных частиц, в которых каждая фигурная однородная частица содержит одну или более плоских граней и/или одну или более конгруэнтных граней, созданных во время выполнения способов по настоящему изобретению), могут вводиться во время выполнения способов, которые могут применяться на любом этапе жизненного цикла пласта, месторождения или нефтяного месторождения. Например, способы и флюиды для обработки по настоящему изобретению могут использоваться в любом желаемом скважинном применении (таком как, например, возбуждение) на любом этапе жизненного цикла пласта, месторождения или нефтяного месторождения.
В вариантах реализации изобретения флюиды для обработки по настоящему изобретению, которые содержат множество фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц, таких как множество фигурных однородных частиц, в которых каждая фигурная однородная частица содержит одну или более плоских граней и/или одну или более конгруэнтных граней, могут образовываться на поверхности ствола скважины, как например, при определении желаемой формы, размера и/или количества фигурных и/или фигурных однородных частиц, которые должны помещаться или вводиться в ствол скважины. В некоторых вариантах реализации изобретения фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы могут изготавливаться на площадке (то есть, в месте расположения буровой площадки). В таких вариантах реализации изобретения фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы могут изготавливаться на буровой площадке с помощью любого желаемого способа изготовления, такого как аддитивное производство. Действие или событие, происходящее «в месте расположения буровой площадки», «на поверхности», «на буровой площадке» или «на площадке», относится, например, к действию или событию, которое происходит над землей на стволе скважины или вблизи него, то есть не в подземном местоположении, таком как внутри ствола скважины или подземного пласта.
Термин «аддитивное производство» относится, например, к использованию 3D-принтеров в качестве производственных средств, например, в местах расположения или вблизи буровых площадок, для получения фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц, которые должны помещаться или вводиться в ствол скважины. Такие фигуры могут изготавливаться на площадке (или в некоторых вариантах реализации изобретения изготовление может происходить в стволе скважины) с помощью технологий аддитивного производства, а также оптимизироваться для их желаемого скважинного применения (то есть фигуры, которые подходят для их предполагаемого скважинного назначения). Примеры фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц, которые могут изготавливаться посредством аддитивного производства, которое, необязательно, может происходить на буровой площадке, включают фигуры, оптимизированные для стабилизации пачки расклинивающего наполнителя (например, фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы, как например, в виде расклинивающих наполнителей с выступами и впадинами, которые фиксируются друг с другом), фигуры, оптимизированные для доставки (например, фигурные частицы, например, в виде расклинивающих наполнителей с крыльями для доставки в трещину), фигуры, оптимизированные для закупоривания (например, фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы в виде платоновых и архимедовых тел), а также фигуры, оптимизированные для уменьшения дисперсии в стволе скважины (например, фигурные частицы с волосками, длина которых достаточна для того, чтобы запутывать другие частицы).
В некоторых вариантах реализации изобретения «аддитивное производство» может использоваться для разработки фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц, оптимизированных для конкретной скважины или конкретного состояния скважины, такого как состояние, которое было оценено, зарегистрировано и/или измерено скважинным инструментом для характеризации, таким как прибор ГИС. Например, в некоторых вариантах реализации изобретения флюид для обработки может содержать множество первых частиц, в котором каждая частица множества первых частиц имеет первую трехмерную форму, и множество вторых частиц, в котором каждая частица множества вторых частиц имеет вторую трехмерную форму. Первая трехмерная форма может содержать один или более охватываемых соединителей, а вторая трехмерная форма может содержать один или более охватывающих соединителей, причем каждый охватывающий соединитель способен зацеплять охватываемый соединитель первой трехмерной формы. В некоторых вариантах реализации изобретения один или более охватывающих соединителей могут быть вогнутыми охватывающими соединителями, которые зацепляются с выпуклым охватываемым соединителем. В этих вариантах реализации изобретения такие фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы (то есть фигуры, имеющие один или более вогнутых охватывающих соединителей, и фигуры, имеющие один или более выпуклых охватываемых соединителей) могут изготавливаться, например, с помощью 3D-принтера в месте расположения буровой площадки или вблизи нее.
В некоторых вариантах реализации изобретения передвижная установка для аддитивного производства может быть доступна на площадке (в месте расположения ствола скважины или вблизи него), чтобы изменять форму или размер закачиваемых частиц на основании результатов, зарегистрированных и/или измеренных скважинным инструментом для характеризации, таких как результаты каротажа. Такая производственная установка может использоваться для создания множества первых частиц на буровой площадке посредством устройства для построения трехмерного объекта, причем устройство содержит: камеру хранения для хранения модельного материала (например, одного или более материалов фигурных частиц по настоящему изобретению); и систему дозирования для регулирования количества модельного материала, подаваемого из камеры хранения в рабочее положение. Аддитивное производство позволяет локально печатать фигуры, если требуются быстрые изменения конструкции. Пример таких ситуаций может включать использование известного метода визуализации, такого как формирование микроизображения пород с полным охватом ствола скважины (FMI), для характеризации размера естественных трещин, подлежащих закупориванию последующей обработкой; и тогда, на основании интерпретации, фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы могут быть адаптированы под размер трещины в передвижной установке для аддитивного производства, доступной на площадке или в непосредственной близости от площадки. Например, адаптирование можно выполнить, начав со списка доступных файлов системы автоматизированного проектирования (САПР), которые содержат технический чертеж с параметрами желаемой фигуры, предоставляя подходящие фигуры для предполагаемой скважинной операции, такие как фигуры из фиг. 1, 2A и 2B. Такие варианты реализации изобретения представляют интерес для удаленных мест, в которых аддитивное производство позволяет хранить сырьевые материалы и САПР-файлы вместо громоздкого хранения различных фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц различных размеров, форм и составов.
В вариантах реализации изобретения размер частиц, плотность и/или концентрация фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц могут выбираться как любое подходящее значение, которое является эффективным для выполнения предполагаемой функции флюида для обработки, как например, для разобщения пластов, отклонения обработки, предотвращения и/или ингибирования потока зернистых материалов (таких как расклинивающий наполнитель, частицы и мелкие частицы природного пласта).
В некоторых вариантах реализации изобретения размер частиц (то есть диаметр наименьшей мнимой описанной сферы, которая включает в себя фигурную частицу или фигурную однородную частицу) фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц может находиться в диапазоне от около 100 мкм до около 5 см или в диапазоне от около 100 мкм до около 1 см, или в диапазоне от около 400 мкм до около 1000 мкм. В некоторых вариантах реализации изобретения размер частиц фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц может находиться в диапазоне от около 2 мм до около 10 мм или в диапазоне от около 3 мм до около 10 мм, или в диапазоне от около 4 мм до около 8 мм. Фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы могут иметь любое желаемое аспектное отношение, например, аспектное отношение в диапазоне от около 1 до около 100 или в диапазоне от около 1 до около 10.
3
3
3
3
3
3
3
3
В некоторых вариантах реализации изобретения фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы могут иметь среднюю плотность в диапазоне от около 1 г/см до около 7 г/см или в диапазоне от около 1 г/см до около 4 г/см, или в диапазоне от около 1,1 г/см до около 3,0 г/см, или в диапазоне от около 1,1 г/см до около 2,7 г/см. В некоторых вариантах реализации изобретения фигурные частицы или фигурные однородные частицы могут выбираться таким образом, чтобы их плотность соответствовала плотности других используемых зернистых материалов (таких как расклинивающие наполнители), или фигурные частицы или фигурные однородные частицы могут выбираться таким образом, чтобы их средняя плотность находилась в пределах ± 50% от средней плотности зернистых материалов (таких как расклинивающие наполнители).
В некоторых вариантах реализации изобретения концентрация фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц во флюиде для обработки может быть любой желаемой величиной, такой как концентрация в диапазоне от около 0,01 до около 10% по массе от флюида для обработки или концентрация в диапазоне от около 0,1 до около 4% по массе от флюида для обработки, или концентрация в диапазоне от около 1 до около 2% по массе от флюида для обработки.
В вариантах реализации изобретения выбор размера частиц, плотности и/или концентрации фигурных частиц или фигурных однородных частиц может зависеть от характеристик пласта, подлежащего обработке. Например, размер наибольшей из фигурных частиц или фигурных однородных частиц (в случае, если имеется распределение по размерам фигурных частиц или фигурных однородных частиц, содержащихся во флюиде для обработки) может быть выбран (и/или изготовлен, например, на поверхности скважины, которая проникает в подземный пласт) немного меньше диаметра отверстий перфорации в обсадной колонне, через которые будут вводиться фигурные частицы или фигурные однородные частицы.
В некоторых вариантах реализации изобретения размер фигурных частиц или фигурных однородных частиц может выбираться таким образом, чтобы обеспечить возможность застревания фигурных частиц или фигурных однородных частиц в пустотах (таких как трещины, каналы гидроразрыва и/или перфорации) в подземном пласте, обрабатываемом вблизи от ствола скважины. В некоторых вариантах реализации изобретения, таких, в которых фигурные частицы или фигурные однородные частицы вводят через обсаженный ствол скважины, фигурные частицы или фигурные однородные частицы могут выбираться (и/или изготавливаться, как например, на поверхности скважины, которая проникает в подземный пласт) таким образом, чтобы иметь размер, который меньше диаметра отверстий перфорации в обсадной колонне, но больше ширины ожидаемой пустоты в пласте (например, больше ширины трещины). Фиг. 4 иллюстрирует такие ситуации, в которых пробки, состоящие из фигурных однородных частиц (проиллюстрированные на фигуре 4 фигурные однородные частицы имеют форму тетраэдров), будут создаваться в непосредственной близости от ствола скважины, и такие пробки будут использовать очень малое количество отклоняющего материала (фигурных однородных частиц или фигурных частиц), как например, общее количество от около 50 г до около 100 кг или от около 1 кг до около 50 кг фигурных частиц (таких как фигурные однородные частицы, содержащие одну или более плоских граней и/или одну или более конгруэнтных граней) во флюиде для обработки, используемом для образования пробки. В некоторых вариантах реализации изобретения может использоваться смесь частиц однородной формы и бесформенных частиц.
В некоторых вариантах реализации изобретения выбор размера фигурных частиц или фигурных однородных частиц (в распределении фигурных частиц или фигурных однородных частиц) может зависеть от наличия пустоты за обсадной колонной. Например, если за обсадной колонной находится пустота, размер фигурных частиц или фигурных однородных частиц может выбираться большим, чем средняя ширина пустот за обсадной колонной (таких как перфорационные каналы, трещины или каналы гидроразрыва).
В некоторых вариантах реализации изобретения размер фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц может выбираться большим, чем средняя ширина пустоты, предназначенной для закрытия или временной изоляции. Средняя ширина пустоты может быть наименьшей шириной пустоты после отверстия перфорации или другого входа в такую пустоту, около 10 см, около 20 см, около 30 см, около 50 см или около 500 см (при движении в направлении вхождения в пласт из ствола скважины). Такой пустотой может быть любая пустота, встречающаяся в скважинной среде, такая как, например, перфорационный канал, трещина или канал гидроразрыва. Введение флюида для обработки, содержащего фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы, в отверстия перфорации может привести к заполнению фигурными однородными частицами пустот вблизи ствола скважины, как например способом, который использует небольшое количество фигурных однородных частиц. В некоторых вариантах реализации изобретения на образованном мосту могут накапливаться другие частицы. В некоторых вариантах реализации изобретения размер и форма фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц могут выбираться для уменьшения проницаемости образованных пробок.
В некоторых вариантах реализации изобретения фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы могут иметь трехмерную форму, выбранную из цилиндрической и сфероцилиндрической, такой как, например, цилиндр или сфероцилиндр, в которых торцевые грани цилиндра или сфероцилиндра являются конгруэнтными. В некоторых вариантах реализации изобретения флюид для обработки может содержать фигурные однородные частицы, имеющие трехмерную форму, выбранную из цилиндра и сфероцилиндра с любой желаемой длиной (то есть, его наибольшим размером), такой как длина цилиндра или сфероцилиндра в диапазоне от около 0,01 мм до около 5 см или в диапазоне от около 0,1 мм до около 20 мм, или в диапазоне от около 6 мм до около 10 мм. В некоторых вариантах реализации изобретения флюид для обработки может содержать фигурные однородные частицы, имеющие трехмерную форму, выбранную из цилиндра и сфероцилиндра с любой желаемой толщиной/диаметром (то есть, его наименьшим размером), как например, толщина/диаметр цилиндра или сфероцилиндра в диапазоне от около 0,001 мм до около 20 мм или в диапазоне от около 0,01 мм до около 10 мм, или в диапазоне от около 0,1 мм до около 5 мм. Фигурные однородные частицы, имеющие трехмерную форму, выбранную из цилиндра и сфероцилиндра, могут иметь аспектное отношение в диапазоне от около 1 до около 100 или в диапазоне от около 1 до около 10. Используемый в данном документе термин «аспектное отношение» определяется как отношение длины (наибольшего размера) к толщине/диаметру (наименьшему размеру).
Фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы могут изготавливаться из любого желаемого материала, такого как материал, подходящий для изготовления фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц на площадке с использованием технологий аддитивного производства (таких как 3D-печать), и оптимизироваться для их желаемого скважинного применения (то есть фигуры, которые подходят для их предполагаемого скважинного назначения). В вариантах реализации изобретения любой желаемый материал может использоваться для создания фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц, используемых в способах по настоящему изобретению, при условии, что он совместим с желаемыми результатами операции обработки. Например, подходящие материалы для изготовления фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц могут включать неорганические материалы, смолы, природные или синтетические материалы (включая двуокись кремния, бокситы, спеченные бокситы, стекло, природные материалы, пластмассовые материалы, керамические материалы и любую их комбинацию).
В некоторых вариантах реализации изобретения фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы могут иметь гомогенный состав. В некоторых вариантах реализации изобретения фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы могут иметь гетерогенный состав (такой как композит, в котором ядро (фигурных частиц или фигурных однородных частиц) состоит из первого материала, а материал оболочки, покрывающий ядро, состоит из второго материала, при этом указанный первый материал и указанный второй материал имеют различные свойства и/или имеют различный химический состав).
В некоторых вариантах реализации изобретения фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы по настоящему изобретению могут быть аморфными или могут иметь аморфную часть или область. Термин «аморфный» относится, например, к участкам или областям материала, таким как полимерная область фигурных частиц или фигурных однородных частиц, характеризующимся отсутствием структуры молекулярной решетки и/или имеющим неупорядоченное или не строго определенное пространственное расположение молекул, таким как смесь полимерных молекул, которая является неупорядоченной (например, в которой пространственное расположение мономерных звеньев соседних полимерных молекул не является однородным или фиксированным, в отличие от области кристаллического полимера).
В некоторых вариантах реализации изобретения фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы могут быть полукристаллическими или могут иметь полукристаллическую часть или область. Термин «полукристаллический» относится, например, к участкам или областям материала, таким как, например, полимерная область фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц, характеризующаяся наличием структуры, которая является частично аморфной и частично кристаллической, но не полностью одной или другой.
В некоторых вариантах реализации изобретения фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы могут быть кристаллическими или могут иметь кристаллическую часть или область. Термин «кристаллический» относится, например, к участкам или областям материала, таким как, например, полимерная область фигурных частиц или фигурных однородных частиц, характеризующаяся наличием структуры, которая может быть твердой, с регулярным, упорядоченным расположением молекул, таким как регулярное упорядоченное расположение полимерных молекул, в котором пространственное расположение мономерных звеньев соседних полимерных молекул является однородным и/или фиксированным.
В некоторых вариантах реализации изобретения фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы могут изготавливаться из неудаляемого материала, который представляет собой материал, который по меньшей мере частично не разлагается в течение желаемого отрезка времени. Неразлагаемые материалы, подходящие для использования в качестве фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц (или закупоривающий агент, содержащий фигурные частицы и/или удаляемые фигурные однородные частицы), включают цемент, расклинивающий наполнитель и материал подобного расклинивающему наполнителю состава (например, керамики и бокситы). Неразлагаемые фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы образуют неразлагаемую (и/или нерастворимую) пробку, которая впоследствии может быть по меньшей мере частично или полностью удалена с использованием других средств, таких как колонна гибких труб или абразив.
В некоторых вариантах реализации изобретения фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы могут быть удаляемыми или содержать удаляемые компоненты (используемый в данном документе термин «удаляемый» может относиться к частице, которая разлагается, химически удаляется, растворяется или может быть расплавлена в условиях окружающего флюида или скважины). Пробки таких удаляемых фигурных частиц и/или удаляемых фигурных однородных частиц могут использоваться для временного разобщения пластов, например, в применениях отклонений обработки.
Например, удаляемые закупоривающие агенты, содержащие фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы (далее просто называемые «закупоривающие агенты»), могут представлять собой любые материалы, такие как твердые материалы (включая, например, разлагаемые твердые вещества и/или растворимые твердые вещества), которые могут удаляться в течение желаемого отрезка времени. В некоторых вариантах реализации изобретения ускорять или способствовать удалению может промывка, содержащая подходящий реагент (например, способный реагировать с одной или более молекулами закупоривающего агента для расщепления связи в одной или более молекулах в закупоривающих агентах), и/или растворитель (например, способный вызвать переход молекулы закупоривающего агента из твердой фазы в диспергированное и/или растворенное состояние в жидкой фазе), такой как компонент, который изменяет рН и/или солесодержание. В некоторых вариантах реализации изобретения ускорять или способствовать удалению может промывка, содержащая подходящий компонент, который изменяет рН и/или солесодержание. Удалению также может способствовать повышение температуры, например, если обработка выполняется до нагнетания пара и/или изменения давления.
В некоторых вариантах реализации изобретения удаляемые материалы закупоривающего агента могут быть разлагаемым материалом и/или растворимым материалом. Разлагаемый материал относится к материалу, который будет по меньшей мере частично разлагаться (например, путем расщепления химической связи) в течение желаемого отрезка времени, вследствие чего для удаления пробки дополнительные меры не используются. Например, по меньшей мере 30% удаляемого материала может разлагаться, как например, по меньшей мере на 50% или по меньшей мере на 75%. В некоторых вариантах реализации изобретения может разлагаться 100% удаляемого материала. Разложение удаляемого материала может инициироваться посредством изменения температуры и/или химической реакции между удаляемым материалом и другим реагентом. Разложение может включать растворение удаляемого материала.
Удаляемые фигурные частицы и/или удаляемые фигурные однородные частицы для использования в качестве закупоривающего агента могут иметь любую подходящую форму, описанную выше. Подходящие удаляемые фигурные частицы и/или удаляемые фигурные однородные частицы могут разлагаться в скважинных условиях, которые могут включать температуры вплоть до около 180°C (около 350 °F) или более, и давления вплоть до около 137,9 МПа (около 20000 фунт/кв. дюйм) или более, за время продолжительности, подходящей для выбранной операции, от минимальной продолжительности около 0,5, около 1, около 2 или около 3 часов до максимальной - около 24, около 12, около 10, около 8 или около 6 часов, или в диапазоне от любой минимальной продолжительности до любой максимальной продолжительности.
Удаляемые материалы фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц могут быть чувствительными к окружению, поэтому при выборе подходящего удаляемого материала должны учитываться свойства разбавления и осаждения. Удаляемый материал, используемый в качестве уплотнителя, может сохраняться в пласте или стволе скважины в течение достаточно длительного времени (например, от около 3 до около 6 часов). Продолжительность должна быть достаточной длительной, чтобы операции на каротажном кабеле успели перфорировать следующий продуктивный пласт, чтобы был завершен последующий гидравлический разрыв(ы) пласта, и чтобы трещина не успела закрыться на расклинивающем наполнителе до того, как он полностью осядет, обеспечивая улучшенную проводимость трещины.
Другие подходящие удаляемые материалы для изготовления фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц и способы их использования включают описанные в публикациях заявок на патент США № 2006/0113077, 2008/0093073 и 2012/0181034, каждая из которых включена в данный документ в полном объеме посредством ссылки. Любые другие материалы, которые представляют собой материалы, удаляемые (отчасти вследствие того, что материалы могут, например, разлагаться и/или растворяться) в подходящее время в имеющихся условиях, также могут использоваться в способах по настоящему изобретению.
Удаляемые материалы, такие как, например, разлагаемые и/или растворимые фигурные частицы или фигурные однородные частицы, могут использоваться в закупоривающем агенте в высоких концентрациях (таких как от около 0,24 г/л до около 120 г/л или от около 4,8 г/л до около 9 г/л), чтобы образовать временные пробки или мосты. Удаляемый материал может также использоваться в концентрациях по меньшей мере 4,8 г/л (40 фунт/1000 галл), по меньшей мере 6 г/л (50 фунт/1000 галл) или по меньшей мере 7,2 г/л (60 фунт/1000 галл). Максимальные концентрации данных материалов, которые могут использоваться, могут зависеть от имеющегося оборудования для добавления поверхности и смешивания. В некоторых вариантах реализации изобретения удаляемые материалы, такие как, например, разлагаемые и/или растворимые фигурные частицы или фигурные однородные частицы, могут использоваться в закупоривающем агенте в низких концентрациях (таких как от около 1 фунт/1000 галл (0,12 г/л) до около 100 фунт/1000 галл (12 г/л) или от около 40 фунт/1000 галл (4,8 г/л) до около 75 фунт/1000 галл (9 г/л)), чтобы образовать временные пробки или мосты.
Подходящие удаляемые фигурные частицы и/или удаляемые фигурные однородные частицы также могут изготавливаться из растворяемых материалов и плавких материалов (и те, и те также могут быть способны к разложению). Плавкий материал представляет собой материал, который будет переходить из твердой фазы в жидкую фазу при соответствующем воздействии, которым может быть температура. Растворимый материал (в отличие от разлагаемого материала, который, например, может быть материалом, который может (при некоторых условиях) распадаться на меньшие части в результате химического процесса, который приводит к расщеплению химических связей, такого как гидролиз) представляет собой материал, который будет переходить из твердой фазы в жидкую фазу при воздействии соответствующего растворителя или системы растворителей (то есть, он растворим в одном или более растворителях). Растворителем может быть несущий флюид, используемый для гидроразрыва скважины, или добываемый флюид (углеводороды), или другой флюид, используемый во время обработки скважины. В некоторых вариантах реализации изобретения оба процесса, растворение и разложение, могут использоваться для удаления закупоривающего агента.
В некоторых вариантах реализации изобретения состав фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц может выбираться таким образом, что разложение/удаление фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц может быть инициировано инициирующим событием, таким как заданное состояние скважины, состояние, зарегистрированное в скважине с помощью инструмента для характеризации, или состояние, которое обусловлено введением состава в скважину (например, в ходе процедуры прокачки), что позволяет разлагать/удалять разлагаемые фигурные частицы и/или разлагаемые фигурные однородные частиц, чтобы эффективно удалять из пласта разлагаемые фигурные частицы и/или разлагаемые фигурные однородные частицы.
Используемый в данном документе термин «инициирующее событие» относится к любому из действий, которое изменяет характеристики одной или более фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц по настоящему изобретению в количестве, достаточном для инициирования разложения/удаления фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц способом, эффективным для удаления частицы (частиц) из пласта. Термины «инициирование», «инициирующее» и «инициированный», используемые в данном документе, могут включать воздействие на одну или более фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц термическими средствами, такими как электромагнитное излучение, высокотемпературный флюид для обработки и/или одна или более температур в температуре подземного пласта, такой как статическая температура в забое скважины, для инициирования, побуждения или принуждения одной или более фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц преобразовываться в растворимый и/или разлагаемый материал. В некоторых вариантах реализации изобретения термическое инициирующее событие может быть вызвано воздействием электромагнитного излучения, такого как микроволны, инфракрасные волны или других видов излучения, действующих для повышения температуры одной или более фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц таким образом, что это действие будет преобразовывать непроницаемое покрытие одной или более фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц в проницаемое покрытие, через которое может проникать водный флюид, способный растворять фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы.
Подходящие разлагаемые материалы, которые могут использоваться для изготовления фигурных частиц или фигурных однородных частиц по настоящему изобретению, могут включать, например, полимерные материалы, которые способны вырабатывать кислоты в результате разложения. Данные полимерные материалы могут называться в данном документе «прекурсорами полимерных кислот». В некоторых вариантах реализации изобретения данные материалы могут быть твердыми при комнатной температуре. Такие материалы-прекурсоры полимерных кислот могут включать, например, полимеры и олигомеры, которые гидролизуются или разлагаются в заранее определенных химических средах в известных и контролируемых условиях температуры, времени и рН для освобождения молекул органических кислот, которые можно назвать «мономерными органическими кислотами». Используемое в данном документе выражение «мономерная органическая кислота» или «мономерная кислота» может включать димерную кислоту или кислоту с небольшим числом связанных мономерных звеньев, которые функционируют подобно мономерным кислотам, состоящим из одного мономерного звена.
Кроме того, подходящие полимерные материалы фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц по настоящему изобретению могут включать сложные полиэфиры, полученные путем полимеризации различных оксикарбоновых кислот, такие как сложный полиэфир молочной кислоты, называемый полимолочной кислотой; сложный полиэфир гликолевой кислоты, называемый полигликолиевой кислотой; сложный полиэфир 3-оксимасляной кислоты, называемый полигидроксибутиратом; сложный полиэфир 2-гидроксивалериановой кислоты, называемый полигидроксивалератом; сложный полиэфир эпсилон-капролактона, называемый полиэпсилон-капролактоном или полипролактоном; сложный полиэфир гидроксиламинокислот, таких как серин, треонин и тирозин; и/или сополимеры, полученные с помощью смесей мономеров, перечисленных выше. Такие сложные полиэфиры могут иметь любую желаемую молекулярную массу. Например, количество мономеров, включенных в подходящие полимеры (то есть, степень полимеризации), может находиться в диапазоне от около 2 до около 50000, например в диапазоне от около 20 до около 5000.
Примером подходящего прекурсора полимерных кислот, как упоминалось выше, является полимер молочной кислоты (называемый также полимолочной кислотой, "ПМК", полилактатом или полилактидом). Молочная кислота представляет собой хиральную молекулу и имеет два оптических изомера. Это D-молочная кислота и L-молочная кислота. Формы поли(L-молочной кислоты) и поли(D-молочной кислоты) являются кристаллическими в природе. Полимеризация смеси L- и D-молочных кислот до поли(DL-молочной кислоты) приводит к полимеру, который более аморфен в природе. В некоторых вариантах реализации изобретения полимеры, используемые для изготовления фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц по настоящему изобретению, являются линейными. Может использоваться любая подходящая степень полимеризации линейной полимолочной кислоты, как например, в диапазоне от около 2 до около 100 или степень полимеризации в диапазоне от около 20 до около 80. В некоторых вариантах реализации изобретения степень полимеризации линейной полимолочной кислоты может находиться в диапазоне от около 1000 до около 5000 или степень полимеризации в диапазоне от около 2000 до около 4000. Кроме того, могут использоваться циклические структуры. В некоторых вариантах реализации изобретения степень полимеризации данных циклических структур может быть меньше, чем степень полимеризации линейных полимеров. Такие циклические структуры также могут включать циклические димеры.
Еще одним подходящим примером полимера, который может использоваться для изготовления фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц по настоящему изобретению, является полимер гликолевой кислоты (гидроксиуксусная кислота), также известная как полигликолевая кислота (PGA) или полигликолид и/или полимеры, описанные в патентах США № 4848467; 4957165; и 4986355, которые включены в данный документ в полном объеме посредством ссылки.
Каждая полимолочная кислота и полигликолевая кислота может использоваться в качестве гомополимеров, которые могут содержать менее около 0,1% по массе от других сомономеров. Используемый со ссылкой на полимолочную кислоту «гомополимер(ы)» предназначен для включения полимеров D-молочной кислоты, L-молочной кислоты и/или смесей сополимеров чистой D-молочной кислоты и чистой L-молочной кислоты. Кроме того, могут использоваться случайные сополимеры молочной и гликолевой кислоты, а также блок-сополимеры полимолочной кислоты и полигликолевой кислоты. Также могут использоваться комбинации описанных гомополимеров и/или описанных выше сополимеров.
В некоторых вариантах реализации изобретения степень кристалличности может контролироваться по способу изготовления для гомополимеров, и по способу изготовления и по соотношению и распределению лактида и гликолида для сополимеров. В некоторых вариантах реализации изобретения полимеры могут быть выбраны таким образом, что некоторые из полимеров (используемые для изготовления фигурных однородных частиц по настоящему изобретению) растворяются очень медленно, как например, в течение нескольких дней, месяцев или лет в воде перед своей гидролизацией.
В некоторых вариантах реализации изобретения аморфные полимеры могут использоваться для изготовления фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц по настоящему изобретению. Примером коммерчески доступного аморфного полимера является полимер, который доступен как NATUREWORKS 4060D PLA, имеющийся в NatureWorks, LLC, который является поли(DL-молочной кислотой) и содержит приблизительно 12% по массе D-молочной кислоты, и имеет среднечисленную молекулярную массу (Mn) примерно 98000 г/моль и средневесовую молекулярную массу (Mw) примерно 186000 г/моль.
Дополнительные полимерные материалы, которые могут использоваться в качестве компонентов фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц по настоящему изобретению представляют собой сложные полиэфиры, полученные путем полимеризации производных поликарбоновой кислоты, таких как производные дикарбоновых кислот с полигидрокси-содержащими соединениями, такими как дигидрокси-содержащие соединения. Производные поликарбоновой кислоты, которые можно использовать, включают дикарбоновые кислоты, такие как щавелевая кислота, пропандиовая кислот, малоновая кислота, фумаровая кислота, малеиновая кислота, янтарная кислота, глутаровая кислота, пентандиовая кислота, адипиновая кислота, фталевая кислота, изофталевая кислота, терфталевая кислота, аспарагиновая кислота или глутаминовая кислота; производные поликарбоновой кислоты, такие как лимонная кислота, поли- и олигоакриловая кислоты и сополимеры метакриловой кислоты; ангидриды дикарбоновой кислоты, такие как малеиновый ангидрид, янтарный ангидрид, ангидрид глутаровой кислоты, адипиновый ангидрид, фталевый ангидрид; галиды дикарбоновой кислоты, главным образом хлориды дикарбоновой кислоты, такие как хлорид пропандиовой кислоты, хлорид малонила, хлорид фумарола, хлорид малеила, хлорид сукцинила, хлорид глутароила, хлорид адипоила, хлорид фталоила. Подходящие полигидрокси-содержащие соединения включают дигидрокси-соединения, такие как этиленгликоль и пропиленгликоль, 1,4 бутандиол, 1,5 пентадиол, 1,6 гександиол, гидрохинон, резорцин, бисфенолы, такие как ацетон бисфенола (бисфенол А) или формальдегид бисфенола (бисфенол F); полиолы, например глицерин. Компоненты, полученные из вышеприведенных химических составов, могут быть гидролизованы или «разложены» до мономеров карбоновых кислот и, таким образом, могут рассматриваться как прекурсоры полимерных кислот.
В соответствующих условиях (рН, температура, содержание воды) сложные полиэфиры, подобно описанные в данном документе, могут «гидролизоваться» и «разлагаться» до поликарбоновых кислот и полигидроксисоединений, независимо от первоначального сложного полиэфира, синтезируемого из любого из производных поликарбоновой кислоты, приведенных выше. Соединения поликарбоновой кислоты, которые будут получаться в процессе разложения полимера, также считаются мономерными кислотами.
на месте
на месте.
помимо прочего
помимо прочего
В некоторых вариантах реализации изобретения твердый материал-прекурсор полимерных кислот, который используется для образования фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц по настоящему изобретению, может быть способен к необратимому расщеплению на фундаментальные кислотные продукты. Термин «необратимое» означает, что твердый материал-прекурсор полимерных кислот после расщепления в стволе скважины не должен восстанавливаться, когда находится в скважине, например, материал должен расщепляться , но не должен восстанавливаться  Термин «расщепление» относится к обоим из указанных двух относительно экстремальных случаев гидролитического разложения, которым может быть подвержен твердый материал-прекурсор полимерных кислот, например, объемной эрозии и поверхностной эрозии, и любой стадии разложения между данными двумя случаями. Данное разложение может быть следствием, , химической реакции. Скорость, с которой происходит химическая реакция, может зависеть, , от добавленных химических веществ, температуры и времени. Разложение или расщепление твердых материалов-прекурсоров полимерных кислот может зависеть, по меньшей мере частично, от его структуры. Например, наличие гидролизуемых и/или окисляемых звеньев в каркасе может привести к образованию фигурной частицы и/или фигурной однородной частицы, которая будет расщепляться, как описано в данном документе. Скорости, с которыми такие полимеры расщепляются, зависят от таких факторов, как тип повторяющегося звена, состав, последовательность, длина, молекулярная геометрия, молекулярная масса, морфология (например, степень кристалличности, размер сферолитов и ориентация), гидрофильность, гидрофобность, площадь поверхности и добавки. Также, на способ расщепления полимера может влиять среда, воздействию которой подвергается полимер, например, температура, наличие влаги, кислорода, микроорганизмов, ферментов, рН и тому подобное.
2
2
3
В некоторых вариантах реализации изобретения материалы фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц могут быть выбраны таким образом, что фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы будут реагировать с химическими реагентами. Некоторыми примерами таких материалов, которые могут быть удалены путем реагирования с другими реагентами, являются карбонаты, включающие карбонаты кальция и магния и их смеси (реагирующие с кислотами и хелатами); кислоторастворимый цемент (реагирующий с кислотами); сложные полиэфиры, включая сложные эфиры молочных гидросилкарбоновых кислот и их сополимеров (которые могут быть гидролизованы с кислотами и щелочами); активные металлы, такие как магний, алюминий, цинк и их сплавы (реагирующие с водой, кислотами и щелочами). Кроме того, в некоторых вариантах реализации изобретения фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы могут содержать материал, который ускоряет разложение других компонентов образованной пробки, такой как оксиды металлов (например, MgO) или основания (например, Mg(OH); Ca(OH)) или соли слабых кислот (например, СаСО) для ускорения гидролиза сложных полиэфиров, таких как полимолочные или полигликолевые кислоты.
В некоторых вариантах реализации изобретения материалы фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц могут быть выбраны таким образом, что фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы будут плавиться. Примеры материалов, способных к плавлению в скважинных условиях, которые можно использовать для образования фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц, включают углеводороды с числом атомов углерода менее, чем 30; поликапролактоны; парафин и воск; карбоновые кислоты, такие как бензойная кислота и ее производные. В таких вариантах реализации изобретения фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы будут твердыми при температуре закачиваемого флюида, и такой флюид может охлаждать пласт таким образом, что частицы попадают в пласт и остаются в твердом состоянии.
В некоторых вариантах реализации изобретения материалы фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц могут быть выбраны таким образом, что фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы состоят из водорастворимого материала или углеводородорастворимого материала. Подходящие водорастворимые материалы включают, например, водорастворимые полимеры, водорастворимые эластомеры, карбоновые кислоты, каменную соль, амины и неорганические соли). Подходящие углеводородорастворимые материалы включают, например, нефтерастворимые полимеры, нефтерастворимые смолы, нефтерастворимые эластомеры, полиэтилен, карбоновые кислоты, амины, воски).
Фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы могут быть покрыты смолой, при условии, что смола и любые другие химические вещества в покрытии совместимы с другими химическими веществами по настоящему изобретению. В некоторых вариантах реализации изобретения самая внешняя поверхность фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц может быть аморфным полимером, способным разлагаться и/или распадаться, таким как аморфная полимолочная кислота, при воздействии заранее заданной температуры, равной заранее заданной температуре инициирования разложения/распада полимера или выше ее. Другие подходящие аморфные полимеры, способные разлагаться при воздействии заранее заданной температуры, которые могут использоваться в способах по настоящему изобретению, включают, например, полистирол, поли(метилметакрилат) и полиэтилентерефталат. Такие полимеры могут служить в качестве покрытия и/или оболочки фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц по настоящему изобретению. В таких вариантах реализации изобретения ядро фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц по настоящему изобретению может быть кристаллическим или полукристаллическим полимером, таким как полукристаллическая полимолочная кислота. Другие подходящие кристаллические или полукристаллические полимеры, способные разлагаться при воздействии заранее заданной температуры, которые могут использоваться в способах по настоящему изобретению, включают, например, полистирол, полиметилметакрилат и полиэтилентерефталат.
В некоторых вариантах реализации изобретения размер частиц, плотность и/или концентрация фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц (в распределении фигурных частиц или фигурных однородных частиц) может зависеть от желаемых, понижающих водоотдачу, характеристик фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц, таких как антипоглощающая добавка, размер пор в пласте и/или размеры других частиц, содержащихся во флюиде для обработки. Например, в некоторых вариантах реализации изобретения отклоняющая смесь, содержащая фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы, может быть предназначена и использована для герметизации перфорационных каналов (например, обработок реагентом на водной основе), а количество отклоняющего материала (то есть, количество фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц, таких как фигурные однородные частицы, содержащие одну или более плоских граней и/или одну или более конгруэнтных граней, в таком флюиде для обработки), используемое для отклонения обработки между несколькими перфорационными кластерами, может быть всего лишь от десятков грамм до нескольких килограмм (кг), как например, от около 0,5 кг до около 100 кг или от около 20 кг до около 60 кг фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц. В некоторых вариантах реализации изобретения удаление частиц может быть достигнуто либо путем саморазложения в скважинных условиях, либо путем введения химических реагентов, либо путем проведения операций в стволе скважины.
В некоторых вариантах реализации изобретения флюид для обработки, содержащий состав, содержащий фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы, позволяет разобщение пластов путем создания пробок вблизи (например, менее чем за 50 футов (15,24 м) или менее чем за 30 футов (9,14 м) или менее чем за 10 футов (3,05 м) или менее чем за 5 футов (1,52 м) от центра ствола скважины) ствола скважины. По сравнению с традиционными методами отклонения обработки, флюиды для обработки, содержащие состав, содержащий фигурные однородные частицы, используют меньшее количество отклоняющего материала и не чувствительны к разделению частиц во время прокачки. Кроме того, ниже риск закупорки ствола скважины и повреждения пласта и более эффективная очистка.
Способы по настоящему изобретению, которые включают гидроразрыв подземного пласта, могут включать состав, содержащий фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы по настоящему изобретению в одном или более флюидах для обработки, а в остальном используют обычные способы разрыва пласта, известные в данной области техники.
В некоторых вариантах реализации изобретения флюиды для обработки, используемые в способах по настоящему изобретению, могут содержать состав, содержащий первое множество фигурных однородных частиц, в котором форма каждой частицы во множестве фигурных частиц является, по существу, идентичной, и второе множество фигурных частиц, такое как, например, второе множество фигурных частиц, содержащее неоднородные или неконгруэнтные фигурные частицы, или волокнистый материал, в которых форма каждой частицы или волокна во втором множестве фигурных частиц является, по существу, не идентичной (т.е. есть, выходит за пределы указанного выше определения, по существу, идентичности).
В некоторых вариантах реализации изобретения флюиды для обработки, используемые в способах по настоящему изобретению, могут содержать состав, содержащий фигурные частицы, содержащие первое множество фигурных частиц, такое как первое множество фигурных однородных частиц, содержащее одну или более плоских граней и/или одну или более конгруэнтных граней, и второе множество фигурных частиц, такое как второе множество фигурных однородных частиц, содержащее одну или более плоских граней и/или одну или более конгруэнтных граней. В некоторых вариантах реализации изобретения второе множество фигурных однородных частиц может иметь различную форму и/или состав относительно указанного первого множества фигурных однородных частиц.
В некоторых вариантах реализации изобретения фигурные однородные частицы могут быть частицами, имеющими однородное жесткое ядро и элементы, изготовленные из пленки или чешуек, которые служат для уменьшения проницаемости пачек таких частиц. Например, проницаемость пачек таких частиц может быть уменьшена, если чешуйки или пленка располагаются таким образом, что ограничивают свободный объем между частицами, тем самым снижая способность флюида протекать между частицами и, следовательно, приводя к уменьшению проницаемости пачки. Некоторыми примерами таких частиц являются частицы с волокнами и сферы, содержащие прикрепленные пленочные компоненты. В некоторых вариантах реализации изобретения такие частицы с волокнами могут быть фигурными частицами, содержащими круглую частицу (например, имеющие размер (диаметр) от около 2 мм до около 8 мм, как например, от около 3 мм до около 7 мм), изготовленную из полилактида с волокнами, прикрепленными к нему, например, волокнами, имеющими диаметр от около 6 мкм до около 20 мкм или от около 8 мкм до около 16 мкм, которые в длину от около 1 мм до около 10 мм (как например, от около 2 мм до около 8 мм). В некоторых вариантах реализации изобретения сферы, содержащие прикрепленный пленочный компонент(ы), могут быть фигурными частицами, содержащими круглую частицу (например, имеющими размер (диаметр) от около 2 мм до около 8 мм, как например, от около 3 мм до около 7 мм), изготовленную из полилактида, с пленкой, имеющей толщину от около 10 мкм до около 100 мкм или от около 20 мкм до около 80 мкм, выступающей из частицы на расстояние от около 1 мм до 10 мм или от около 2 мм до 8 мм.
В некоторых вариантах реализации изобретения создание пробок отклоняющих смесей, содержащих фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы по настоящему изобретению, может происходить путем накопления частиц в свободном объеме за обсадной колонной, таком как перфорационные каналы, трещины и/или каналы гидроразрыва. После обработки созданные пробки могут быть удалены любым известным способом. Например, если состав содержит разлагаемые материалы, разлагаемые фигурные частицы и/или разлагаемые фигурные однородные частицы, может произойти саморазложение; или если состав содержит фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы, которые вступают в реакцию с химическими реагентами, фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы могут быть удалены путем реагирования с химическими реагентами; или если фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы содержат плавящийся материал, то плавление может привести к снижению механической стабильности пробки; или если фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы содержат водорастворимые или углеводородорастворимые материалы, удаление пробки может быть достигнуто путем физического растворения или распада по меньшей мере одного из компонентов отклоняющей смеси в окружающем флюиде.
Как указано выше, флюид для обработки, несущий фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы, может представлять собой любой флюид для обработки скважин, такой как пачка для регулирования потери флюида, флюид для обработки контроля воды, флюид для ингибирования солеотложения, флюид для гидроразрыва, флюид для установки гравийных фильтров, буровой раствор и буровой раствор для вскрытия пласта. Несущий растворитель для флюида для обработки может быть чистым растворителем или смесью. Подходящие растворители для использования в способах по настоящему изобретению, такие как предназначенные для образования флюидов для обработки, описанных в данном документе, могут быть на основе водного или органического растворителя.
2
2
Например, флюид для обработки, предназначенный для использования в способах по настоящему изобретению, может содержать флюид (например, несущий растворитель) и состав, содержащий фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы. Флюидом может быть любой подходящий флюид, такой как, например, вода, пресная вода, пластовая вода, морская вода или водный растворитель, такой как солевой раствор, смеси воды и водорастворимых органических соединений и их смеси. Другие подходящие примеры флюидов включают гидратируемые гели, такие как гуаровые смолы, полисахариды, ксантан, гидрокси-этил-целлюлоза; сшитые гидратируемые гели, загущенную кислоту, кислотную эмульсию (как например, с внешней нефтяной фазой), аэрированный флюид (в том числе, например, пену на основе Nили СО) и флюид на нефтяной основе, включающую гелеобразную, вспененную или иным образом загущенную нефть.
Подходящие органические растворители, которые могут выступать в качестве несущего растворителя для флюидов для обработки, включают, например, спирты, гликоли, сложные эфиры, кетоны, нитриты, амиды, амины, циклические простые эфиры, гликолевые простые эфиры, ацетон, ацетонитрил, 1-бутанол, 2-бутанол, 2-бутанон, трет-бутиловый спирт, циклогексан, диэтиловый эфир, диэтиленгликоль, диметиловый эфир диэтиленгликоля, 1,2-диметоксиэтан (ДМЭ), диметиловый эфир, дибутиловый эфир, диметилсульфоксид (ДМСО), диоксан, этанол, этилацетат, этиленгликоль, глицерин, гептан, гексаметилфосфортриамид (ГМФТА), гексан, метанол, метил-трет-бутиловый эфир, N-метил-2-пирролидинон (NMP), нитрометан, пентан, петролейный эфир (лигроин), 1-пропанол, 2-пропанол, пиридин, тетрагидрофуран (ТГФ), толуол, триэтиламин, о-ксилол, м-ксилол, п-ксилол, монобутиловый эфир этиленгликоля, полигликолевые простые эфиры, пирролидоны, N-(алкил или циклоалкил)-2-пирролидоны, N-алкилпиперидоны, N,N-диалкилалканоламиды, N,N,N′,N′-тетраалкилмочевины, диалкилсульфоксиды, пиридины, гексаалкилфосфортриамиды, 1,3-диметил-2-имидазолидинон, нитроалканы, нитросоединения ароматических углеводородов, сульфоланы, бутиролактоны, алкиленкарбонаты, алкилкарбонаты, N-(алкил или циклоалкил)-2-пирролидоны, пиридин и алкилпиридины, диэтиловый эфир, диметоксиэтан, метилформиат, этилформиат, метилпропионат, ацетонитрил, бензонитрил, диметилформамид, N-метилпирролидон, этиленкарбонат, диметилкарбонат, пропиленкарбонат, диэтилкарбонат, этилметилкарбонат, дибутилкарбонат, лактоны, нитрометан, нитробензолсульфоны, тетрагидрофуран, диоксан, диоксолан, метилтетрагидрофуран, диметилсульфон, тетраметиленсульфон, соляровое масло, керосин, парафиновое масло, сырую нефть, сжиженный нефтяной газ (LPG), минеральное масло, биодизель, растительное масло, животный жир, ароматические нефтяные фракции, терпены, их смеси.
Хотя флюиды для обработки по настоящему изобретению описаны здесь как содержащие вышеупомянутые компоненты, следует понимать, что флюиды для обработки по настоящему изобретению могут, необязательно, содержать другие различные по химической природе материалы. В вариантах реализации изобретения флюид для обработки может дополнительно содержать стабилизирующие добавки, поверхностно-активные вещества, отклоняющие агенты или другие добавки. Кроме того, флюид для обработки может содержать смесь различных сшивающих агентов и/или других добавок, таких как волокна или наполнители, при условии, что другие компоненты, выбранные для смеси, совместимы с предполагаемым использованием флюида для обработки. Кроме того, флюид для обработки может содержать буферы, регуляторы рН и различные другие добавки, добавленные для повышения стабильности или функциональности флюида для обработки. Компоненты флюида для обработки могут быть выбраны таким образом, что они могут или не могут вступать в реакцию с подземным пластом, который должен быть обработан.
В этом отношении флюид для обработки может содержать компоненты, независимо выбранные из любых твердых веществ, флюидов, газов и их комбинаций, таких как суспензии, насыщенные газом или не насыщенные газом флюиды, смеси двух или более смешивающихся или несмешивающихся флюидов. Например, флюид для обработки может содержать органические химические вещества, неорганические химические вещества и любые их комбинации. Органические химические вещества могут быть мономерными, олигомерными, полимерными, сшитыми и их комбинациями, тогда как полимеры могут быть термопластичными, термореактивными, влагозадающими или эластомерными. Неорганические химические вещества могут быть металлами, щелочными и щелочно-земельными химическими веществами или минералами.
Например, в некоторых вариантах реализации изобретения несущий растворитель флюида для обработки может также содержать любое другое желаемое химическое вещество, такое как, например, соляная кислота, плавиковая кислота, бифторид аммония, муравьиная кислота, уксусная кислота, молочная кислота, гликолевая кислота, малеиновая кислота, винная кислота, сульфаминовая кислота, яблочная кислота, лимонная кислота, метилсульфаминовая кислота, хлоруксусная кислота, аминополикарбоновая кислота, 3-гидроксипропионовая кислота, полиаминополикарбоновая кислота и/или соль любой кислоты. В некоторых вариантах реализации изобретения несущий флюид может содержать полиаминополикарбоновую кислоту, тринатрий-гидроксилэтилэтилен-диаминтриацетат, моно-аммониевые соли гидроксил-этил-этилен-диаминтриацетата и/или моно-натриевые соли гидроксил-этил-этилен-диаминтетраацетата.
В некоторых вариантах реализации изобретения любой желаемый зернистый материал может быть использован в способах по настоящему изобретению при условии, что он совместим с фигурными частицами и/или фигурными однородными частицами, пластом, буровым раствором и желаемыми результатами операции обработки. Например, зернистые материалы могут включать размерный песок, синтетические неорганические расклинивающие наполнители, покрытые расклинивающие наполнители, расклинивающие наполнители без покрытия, покрытые смолой расклинивающие наполнители и песок, покрытый смолой. Расклинивающие наполнители могут быть природными или синтетическими (включая диоксид кремния, песок, шелуху орехов, скорлупу грецких орехов, бокситы, спеченные бокситы, стекло, натуральные материалы, пластмассовые шарики, зернистые металлы, буровой шлам, керамические материалы, а также любую их комбинацию), с покрытием или содержать химические вещества; более чем один может быть использован последовательно или в смесях разных размеров или разных материалов. Расклинивающий наполнитель может быть покрыт смолой, при условии, что смола и любые другие химические вещества в покрытии совместимы с другими химическими веществами по настоящему изобретению, такими как фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы.
В тех вариантах, где зернистым материалом является расклинивающий наполнитель, указанный расклинивающий наполнитель, используемый в способах по настоящему изобретению, может быть любого подходящего размера для расклинивания трещины и обеспечения протекания флюида через пачку расклинивающего наполнителя, то есть, между и вокруг расклинивающего наполнителя, составляющего указанную пачку. В некоторых вариантах реализации изобретения расклинивающий наполнитель может быть выбран на основании желаемых характеристик, таких как диапазон размеров, устойчивость к дроблению и нерастворимость. В вариантах реализации изобретения расклинивающий наполнитель может иметь достаточную прочность на сжатие или дробление для выполнения гидроразрыва без деформирования или дробления при напряжении смыкания трещины в подземном пласте. В вариантах реализации изобретения расклинивающий наполнитель может не растворяться во флюидах для обработки, часто встречающихся в скважине.
В некоторых вариантах реализации изобретения используемый расклинивающий наполнитель может иметь средний размер частиц от около 0,15 мм до около 3,35 мм (от около 100 до около 6 меш США) или от около 0,25 до около 0,43 мм (40/60 меш), или от около 0,43 до около 0,84 мм (20/40 меш), или от около 0,84 до около 1,19 мм (16/20), или от около 0,84 до около 1,68 мм (12/20 меш), и или от около 0,84 до около 2,39 мм (8/20 меш) материалов по размеру. Расклинивающий наполнитель может присутствовать в виде суспензии (которая может быть добавлена во флюид для обработки) в концентрации от около 0,12 до около 3 кг/л или от около 0,12 до около 1,44 кг/л (от около 1 PPA до около 25 PPA или от около 1 до около 12 РРА; где РРА представляет собой ʺрасклинивающий наполнитель в фунтах, добавленныйʺ на галлон флюида). В дополнение к использованию фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц для отклонения или для временного разобщения пластов, способы по настоящему изобретению могут использовать фигурные однородные частицы в качестве материала расклинивающего наполнителя и/или дополнительного расклинивающего материала.
В некоторых вариантах реализации изобретения фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы могут закачиваться вместе с зернистым материалом, таким как расклинивающий наполнитель, так что фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы равномерно смешиваются с зернистым материалом. Фигурные однородные частицы во флюиде для обработки могут быть нечувствительными к разделению частиц во время прокачки, в то время как другие зернистые материалы во флюиде для обработки могут разделяться в процессе прокачки, как вследствие, например, различных размеров, плотностей и/или гидродинамических объемов такого другого зернистого материала. В некоторых вариантах реализации изобретения в подземный пласт может вводиться дисперсия фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц и расклинивающего наполнителя, например, путем закачки. Термины «дисперсия» и «диспергированный» относятся, например, к, по существу, равномерному распределению компонентов (таких как фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы и зернистый материал) в смеси. В некоторых вариантах реализации изобретения дисперсионная фаза одного или более волокон, фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц и зернистого материала может образовываться на поверхности.
В некоторых вариантах реализации изобретения фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы могут смешиваться и диспергироваться по всей партии расклинивающего наполнителя, подлежащего закачке в ствол скважины во время операции обработки. Это может произойти при добавлении фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц к расклинивающему наполнителю, перед тем, как он будет смешан с флюидом для обработки, путем добавления фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц во флюид для обработки перед его смешиванием с расклинивающим наполнителем или путем добавления суспензии фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц на какой-то другой стадии, как например, либо перед закачиванием суспензии в скважину, либо в скважине.
В некоторых вариантах реализации изобретения флюид для обработки может представлять собой суспензию фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц и может закачиваться в скважину во время операции обработки. В некоторых вариантах реализации изобретения забивки суспензии фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц могут перекачиваться между забивками суспензии расклинивающего наполнителя. Такая последовательность стадий может быть использована для управления динамикой потока в трещине, например, путем обеспечения более пробочного режима течения.
Фигурные однородные частицы во флюиде для обработки (суспензии) могут быть нечувствительными к разделению частиц во время прокачки, в то время как любые другие зернистые материалы (неоднородные фигурные частицы) во флюиде для обработки (суспензии) или иным образом закачиваемые в ствол скважины могут разделяться в процессе прокачки вследствие, например, различных размеров, плотностей и/или гидродинамических объемов такого другого зернистого материала. Прокачка небольших забивок суспензии фигурных однородных частиц, как например, на завершающей стадии, позволит получить более пробочный режим течения, поскольку такие частицы не отличаются по размерам и/или гидродинамическим объемам и, таким образом, фигурные однородные частицы будут испытывать, по существу, влияние тех же самых гидродинамических сил во время прокачки.
Кроме того, в некоторых вариантах реализации изобретения во флюид для обработки может быть помещен волокнистый материал. Например, флюид для обработки может содержать фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы и волокно любой желаемой толщины (диаметра), плотности и концентрации, которые эффективно способствуют проводимой скважинной операции. Волокно может быть одним или более элементами, выбранными из натуральных волокон, синтетических органических волокон, стекловолокон, керамических волокон, углеродных волокон, неорганических волокон, металлических волокон, покрытия из любого из вышеуказанных волокон.
Волокна или удлиненные частицы могут использоваться в пучках. Волокна или удлиненные частицы могут иметь длину в диапазоне от около 1 мм до около 30 мм, как например, в диапазоне от около 5 мм до около 20 мм. Для удлиненных материалов, материалы могут иметь аспектное отношение в диапазоне от около 2 до около 50 или в диапазоне от около 4 до около 10. Волокна или удлиненные материалы могут иметь любой подходящий диаметр или поперечный размер (наименьший размер), такой как диаметр от около 5 до 500 мкм или диаметр от около 20 до 100 мкм и/или денье от около 0,1 до около 20, или денье от около 0,15 до около 6.
Волокна могут состоять из разлагаемого материала или неразлагаемого материала. Волокна могут быть органическими или неорганическими. Неразлагаемые материалы представляют собой материалы, в которых волокно остается, по существу, в скважинных флюидах в твердом виде. Примеры таких материалов включают стекло, керамику, базальт, углерод и соединение на основе углерода, металлы и металлические сплавы. В качестве неразлагаемых волокон также могут использоваться неразлагаемые полимеры и пластмассы. Такие неразлагаемые полимеры и пластмассы могут включать пластичные материалы высокой плотности, которые являются кислотостойкими и нефтестойкими и имеют степень кристалличности более 10%. Разлагаемые волокна могут включать те материалы, которые можно размягчить, растворить, ввести в реакцию или каким-либо иным образом разложить в скважинных флюидах. Такие материалы могут быть растворимыми в водных флюидах или в углеводородных флюидах.
Подходящие волокна могут также включать любой волокнистый материал, такой как, например, натуральные органические волокна, измельченные растительные материалы, синтетические полимерные волокна (не имеющим ограничительного характера примером может быть сложный полиэфир, полиарамид, полиамид, новолоид или полимер новолоидного типа), фибриллированные синтетические органические волокна, керамические волокна, неорганические волокна, металлические волокна, металлические нити, углеродные волокна, стекловолокна, керамические волокна, натуральные полимерные волокна и любые их смеси.
В некоторых вариантах реализации изобретения суспензия из смеси фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц и, необязательно, волокон может использоваться по любой желаемой причине во всем диапазоне пластовых применений, как например, от гидроразрыва до контроля песка, гидроразрыва с установкой гравийного и песчаного фильтра и/или возбуждения с высокой проницаемостью. Например, способы по настоящему изобретения можно использовать в применениях, связанных с потерей флюида. В некоторых вариантах реализации изобретения в областях с высокой потерей флюида фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы по настоящему изобретению и, необязательно, дополнительный волокнистый и/или зернистый материал могут концентрироваться в мат, что сводит к минимуму дополнительные потери флюида в этих областях.
В некоторых вариантах реализации изобретения фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы могут использоваться для разработки сложных каналов потока в пачке расклинивающего наполнителя. Например, операция гидроразрыва может быть спроектирована таким образом, что пустоты или каналы (иногда называемые «пальцами») расклинивающего наполнителя выступают из пачки расклинивающего наполнителя после того, как пачка создается в скважине, в результате чего образуются открытые каналы, которые позволяют скважинным флюидам течь в ствол скважины без существенных ограничений. В таких вариантах реализации изобретения пачка расклинивающего наполнителя может обеспечить эффективный барьер для частиц, расклинивающего наполнителя или мелких частиц, которые, в противном случае, могли бы попасть в ствол скважины.
Такие пальцы могут иметь длину в диапазоне от около одного дюйма до нескольких футов или в некоторых вариантах реализации быть даже более длинными. Пальцы могут быть созданы любым желаемым образом. Например, скважину можно поставить на приток со скоростью, достаточной для создания каналов без потери большей части пачки расклинивающего наполнителя. Пачка расклинивающего наполнителя из фигурных частиц и/или фигурных однородных частиц, такая как пачка, которая также использует волокна, может обрабатываться с помощью грязевой кислоты (водного раствора соляной кислоты и плавиковой кислоты) в матричных условиях для растворения волокон в пористой набивке в пальцевидных структурах. Это можно выполнить при меньших давлениях обработки, чем то, которое обычно используется для разрыва пласта. Когда есть поток из скважины, расклинивающий наполнитель будет поступать обратно из тех пальцевидных областей, которые больше не содержат никаких волокон.
В некоторых вариантах реализации изобретения флюид для обработки может дополнительно содержать загуститель. Загустителем могут быть любые сшитые полимеры. Полимерным загустителем может быть сшитый металлополимер. Подходящие полимеры для получения загустителей из сшитого металлополимера включают, например, полисахариды, такие как замещенные галактоманнаны, такие как гуаровые смолы, полисахариды с высокой молекулярной массой, состоящие из маннозы и галактозы, или гуаровые производные, такие как гидроксипропилпроизводное гуаровой смолы (HPG), карбоксиметилгидроксипропилпроизводное гуаровой смолы (CMHPG) и карбоксиметилпроизводное гуаровой смолы (CMG), гидрофобно модифицированные гуаровые смолы, соединения, содержащие гуаровые смолы, и синтетические полимеры. Сшивающие агенты на основе комплексов бора, титана, циркония или алюминия обычно используют для увеличения эффективной молекулярной массы полимера и улучшения его пригодности для использования в высокотемпературных скважинах.
Другие подходящие классы полимеров, которые можно использовать в качестве загустителя, включают поливиниловые полимеры, полиметакриламиды, простые эфиры целлюлозы, лигносульфонаты, а также их соли аммония, щелочных металлов и щелочноземельных металлов. Дополнительные примеры других водорастворимых полимеров, которые можно использовать в качестве загустителя, включают сополимеры акриловой кислоты и акриламида, сополимеры акриловой кислоты и метакриламида, полиакриламиды, частично гидролизованные полиакриламиды, частично гидролизованные полиметакриламиды, поливиниловый спирт, полиалкиленоксиды, другие галактоманнаны, гетерополисахариды, полученные путем ферментации глюкозы, а также их соли аммония и щелочных металлов.
В некоторых вариантах реализации изобретения несущий флюид может, необязательно, дополнительно содержать дополнительные добавки, включая, например, кислоты, добавки для регулирования потери флюида, газ, ингибиторы коррозии, ингибиторы солеотложения, катализаторы, агенты стабилизации глин, биоциды, понизители трения, их комбинации и тому подобное. Например, в некоторых вариантах реализации изобретения может потребоваться вспенить состав с использованием газа, такого как воздух, азот или двуокись углерода.
Флюид для обработки, содержащий состав, содержащий фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы, может использоваться для проведения различных подземных обработок, включая буровые работы, гидравлические разрывы пласта, отклонения обработки, операции разобщения пластов и заканчивания (например, установку гравийных фильтров). В некоторых вариантах реализации изобретения флюид для обработки, содержащий состав, содержащий фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы, может использоваться для обработки части подземного пласта. В некоторых вариантах реализации изобретения флюид для обработки, содержащий состав, содержащий фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы, может вводиться в ствол скважины, который проникает в подземный пласт в качестве флюида для обработки. Например, флюиду для обработки может быть позволено вступить в контакт с подземным пластом на определенный период времени. В некоторых вариантах реализации изобретения флюиду для обработки может быть позволено вступить в контакт с углеводородами, пластовыми флюидами и/или впоследствии вводимыми флюидами для обработки. Через выбранное время флюид для обработки может извлекаться через ствол скважины.
Способы доставки на буровую площадку и в скважину флюида для обработки, содержащего состав, содержащий фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы, являются такими же, как и для существующих зернистых отклоняющих материалов. Например, составы, содержащие фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы, могут вводиться в нагнетаемый флюид и затем направляться в перфорации при высокой скорости закачки. Подходящее нагнетающее оборудование может включать, например, простые проточные нагнетающие устройства, различные системы сухих добавок и проточные смесители. В некоторых вариантах реализации изобретения флюид для обработки, содержащий состав, содержащий фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы, может подаваться в скважину, например, в желонку или в инструмент, содержащий желонку и перфоратор; или с помощью кабельного инструмента, бурильной колонны, посредством тросового каната, с помощью гибких труб или гибких труб уменьшенного размера, с помощью скважинного инструмента или любого типа другого устройства, вводимого в скважину и способного доставлять состав в заданное место.
Способы по настоящему изобретению, в которых флюид для обработки, содержащий состав, содержащий фигурные однородные частицы, избегает риска того, что фигурные однородные частицы будут отделяться при прокачке через ствол скважины. Таким образом, забивки малого объема с высокими концентрациями отклоняющих смесей (содержащие фигурные однородные частицы) могут вводиться во флюид для обработки без риска преждевременного разделения частиц в пробке перекачиваемой смеси.
В вариантах реализации изобретения флюид для обработки может вводиться в ствол скважины с помощью насосной системы, которая закачивает одну или более флюидов для обработки в ствол скважины. Насосные системы могут содержать смешивающие или комбинирующие устройства, в которых различные компоненты, такие как флюиды, твердые частицы и/или газы, могут смешиваться или комбинироваться перед закачиванием в ствол скважины. Смешивающее или комбинирующее устройство может управляться несколькими способами, включая, например, использование данных, полученных либо в забое из ствола скважины, наземных данных, либо некоторой их комбинации.
3
3
В некоторых вариантах реализации изобретения гидроразрыв подземного пласта может включать введение в скважину сотен тысяч галлонов флюидов для обработки, таких как флюид для гидравлического разрыва (необязательно, содержащий фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы). В некоторых вариантах реализации изобретения для гидравлического разрыва может использоваться насос ГРП. Насос ГРП представляет собой насос высокого давления с большой производительностью, такой как поршневой насос вытесняющего действия. В вариантах реализации изобретения флюид для обработки, содержащий фигурные частицы по настоящему изобретению, такие как фигурная однородная частица, может вводиться с использованием насоса ГРП таким образом, что флюид для обработки (такой как флюид для гидравлического разрыва) может закачиваться вниз по стволу скважины при высоких скоростях и давлениях, например, со скоростью потока свыше около 20 баррелей в минуту (3,18 м/мин) и с давлением свыше около 2500 фунтов на квадратный дюйм (фунт/кв. дюйм) (17,24 МПа). В некоторых вариантах реализации изобретения скорость и давление закачки флюида для обработки (такого как флюид для гидравлического разрыва) могут быть еще большими, например, могут использоваться скорости потока свыше около 100 баррелей в минуту (около 4200 американских галлонов в минуту) (15,9 м/мин) и давления свыше около 10000 фунт/кв. дюйм (70 МПа).
Кроме того, вышеизложенное дополнительно иллюстрируется ссылкой на следующие примеры, которые представлены в целях иллюстрации и не предназначены для ограничения объема настоящего изобретения.
ПРИМЕРЫ
Пример 1. Измерение проницаемости пачек фигурных частиц.
Использовались полиэдрические пластмассовые частицы с максимальным расстоянием между вершинами 6,5 мм (где 6,5 мм - наибольший размер частицы, измеренный с помощью штангенциркуля, равный наименьшему значению диаметра круга, который можно нарисовать вокруг фигуры, не касаясь фигуры в любой точке), что позволяет частицам застревать в трещине с шириной менее 6,5 мм. В качестве эталона использовались сферические частицы диаметром 6,5 мм или 4,5 мм. В таблице 1 ниже приведено описание используемых частиц.
Таблица 1. Характеристики экспериментальных частиц
<b>Частицы </b>
<b>Размер, Длина ребра </b>
<b>Объем частицы </b>
<b>Измеренная проницаемость </b>
Тетраэдры (P1)
6,5 мм
32 мм<sup>3</sup>
37 Дарси
Додекаэдры (Р3)
2,3 мм
96 мм<sup>3</sup>
99 Дарси
Октаэдры (Р4)
4,6 мм
46 мм<sup>3</sup>
43 Дарси
Усеченные тетраэдры (A1)
2,9 мм
67 мм<sup>3</sup>
82 Дарси
Сферы (6,5 мм)
D=6,5 мм
144 мм<sup>3</sup>
133 Дарси
Сферы (4,5 мм)
D=4,5 мм
48 мм<sup>3</sup>
99 Дарси
Фиг. 5 иллюстрирует устройство, которое использовали для измерения проницаемости пачек фигурных частиц. Для каждого испытания, 10-20 мл частиц помещали в горизонтальную трубу, а затем сливали в паз шириной 4 мм с помощью воды при начальной скорости закачки 36 л/мин. Затем измеряли падение давления на образованной пробке (50-80 фунт/кв. дюйм) и установившуюся скорость закачки (8-25 л/мин). После этого эксперимент прекращали и оценивали длину образованной пробки. Проницаемость рассчитывали с использованием уравнения Дарси, в котором более низкое измеренное значение отражает то, что имеет место более низкая проницаемость. Как видно из таблицы 1, форма частиц влияет на проницаемость образованной пробки.
Пример 2. Образование пробки с фигурными частицами
Изготавливали частицы, содержащие жесткое ядро и пленочный компонент, проиллюстрированные на фиг. 6. Прототипы изготавливали посредством склеивания кусков пленки из сложного полиэфира толщиной 50 мкм с пластмассовыми шариками, имеющими размер частиц (диаметр) 6 мм.
Фиг. 7 иллюстрирует устройство, которое использовали для создания пробки. Устройство содержит кусок трубы, который выступает в качестве накопителя для пробки и соединяется с пазом шириной 6 мм с одного конца и с насосом с другого конца. Перед экспериментом накопитель заполняли фигурными частицами, которые суспендировали в 0,5% растворе гуаровой смолы. Затем содержимое накопителя перемещали в паз с помощью воды при скорости закачки 1 л/мин. Проницаемость образованной пробки рассчитывали с использованием закона Дарси на основании падения давления на пробке, примерно 20 фунт/кв. дюйм, и длины пробки 9 см. Полученное значение проницаемости составило 30 Дарси.
Несмотря на то, что предшествующее описание было изложено в данном документе со ссылкой на конкретные средства, материалы и варианты реализации изобретения, оно не ограничивается раскрытыми деталями; напротив, оно распространяется на все функционально эквивалентные конструкции, способы и применения, которые входят в объем прилагаемой формулы изобретения. Более того, хотя выше были подробно описаны только несколько типовых вариантов реализации изобретения, специалисту в данной области техники будет понятно, что в типовых вариантах реализации возможны многие модификации без существенного отступления от раскрытия СПОСОБОВ РАЗОБЩЕНИЯ ПЛАСТОВ И ОТКЛОНЕНИЯ ОБРАБОТКИ С ПОМОЩЬЮ ФИГУРНЫХ ЧАСТИЦ. Соответственно, все такие модификации должны быть включены в объем данного раскрытия, определенный следующей формулой изобретения. В формуле изобретения, пункты «средства плюс функция» предназначены для охвата описанных здесь конструкций как выполняющих указанную функцию, и не только конструкционных эквивалентов, но и также эквивалентных конструкций. Таким образом, хотя гвоздь и винт не могут быть конструкционными эквивалентами в том смысле, что гвоздь использует цилиндрическую поверхность для крепления деревянных частей вместе, тогда как винт использует винтовую поверхность, в среде крепления деревянных частей гвоздь и винт могут быть эквивалентными конструкциями.