ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТАВА ОБРАБАТЫВАЮЩЕГО ФЛЮИДА, ИСПОЛЬЗУЯ МОДЕЛЬ МИНИ-ПЛАСТА
DETERMINING TREATMENT FLUID COMPOSITION USING MINI-RESERVOIR MODEL

Настоящее изобретение относится, главным образом, к флюидам и способам их применения в операциях подземной обработки (например, работы по извлечению углеводородов).
2
Обрабатывающие флюиды могут использоваться во многих способах подземной обработки. В данном документе принято, что термин "обработка" или "пропитка" относится к любой подземной операции, которая использует флюид, выполняющий требуемую функцию и/или предназначенный для желаемой цели. Как принято в данном документе, термины "обработка" или "пропитка" не обязательно подразумевают какое-либо конкретное действие флюида или любого его конкретного компонента. Один из типов обработки, используемых в отрасли для увеличения проводимости подземного пласта, представляет собой гидроразрыв. Операции гидроразрыва обычно включают закачивание обрабатывающего флюида (например, жидкости ГРП или “жидкости разрыва”) в ствол скважины, которая проникает в подземный пласт при или выше гидравлического давления, достаточного для создания или увеличения одного или более проходов или “трещин” в указанном подземном пласте. Такие трещины обычно повышают проницаемость и/или проводимость этой части указанного пласта. В число других типов обработки входят, помимо прочего, заводнение, кислотная обработка, ингибирование отложений, ингибирование коррозии, уменьшение трения, заполнение CO, ингибирование гидратообразования, ингибирование парафиноотложения и вспенивания. Такие обработки можно использовать, помимо прочего, для создания возможности или ускорения извлечения углеводородов или других целевых материалов из подземного пласта (например, в нефтяных и/или газовых скважинах).
В определенных ситуациях, состав обрабатывающего флюида может адаптироваться, основываясь на изменениях в свойствах подземного пласта, в котором он используется (например, петрофизические характеристики, такие как размер пор, смачиваемость, пористость и проницаемость породы в пласте, температура пласта и/или состав породы и/или содержащихся внутри пласта флюидов, включая флюиды типа нефти (если нефть присутствует), щелочность и/или кислотность соединений в пласте и т.п.). Получение данных, относящихся к этим характеристикам, может приводить к значительным задержкам (например, на часы или даже дни) буровых работ прежде, чем эффективные обрабатывающие флюиды смогут быть выбраны и использованы. В других случаях обрабатывающие флюиды могут быть использованы без учета некоторых или всех характеристик пласта, пренебрегая риском неоптимальности извлечения из подземного пласта углеводородов или другого целевого материала.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Фигура 1 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую один из примеров способа изготовления модели мини-пласта на чипе.
Фигура 2 представляет собой серию иллюстраций, на каждой из которых показана пористая структура образцов пористой среды в Аналоговых устройствах.
Фигура 3 представляет собой принципиальную схему установки системы для осуществления способов по некоторым вариантам реализации настоящего изобретения.
Фигура 4 представляет собой схематическую диаграмму установки системы для осуществления способов по некоторым вариантам реализации настоящего изобретения.
Фигура 5 представляет собой серию изображений, иллюстрирующих визуальный анализ насыщения флюидом модели мини-пласта в соответствии с некоторыми вариантами реализации настоящего изобретения.
Фигура 6 представляет собой серию изображений, иллюстрирующих визуальный анализ насыщения флюидом модели мини-пласта в соответствии с некоторыми вариантами реализации настоящего изобретения.
Фигура 7 представляет собой изображение одного примера эмульсии нефти в воде в наноканале.
Фигура 8 представляет собой серию изображений, иллюстрирующих пример пористой структуры модели мини-пласта.
Фигуры от 9a до 9d представляют собой обработанные изображения, иллюстрирующие проникновение потенциально подходящего флюида в пористую структуру модели мини-пласта в соответствии с некоторыми вариантами реализации настоящего изобретения.
Фигуры от 10a до 10c представляют собой обработанные изображения, иллюстрирующие проникновение потенциально подходящего флюида в пористую структуру модели мини-пласта в соответствии с некоторыми вариантами реализации настоящего изобретения.
Фигура 11a представляет собой оптический микроснимок вытеснения нефти-сырца, с использованием потенциально подходящего флюида в соответствии с некоторыми вариантами реализации настоящего изобретения.
Фигура 11b представляет собой оптический микроснимок вытеснения нефти-сырца, с использованием другого потенциально подходящего флюида в соответствии с некоторыми вариантами реализации настоящего изобретения.
Фигура 11c представляет собой изображение капелек эмульгированной нефти, отснятое в примере, выполненном в соответствии с некоторыми вариантами реализации настоящего изобретения.
Фигуры 12a от 12b представляют собой обработанные изображения, иллюстрирующие проникновение потенциально подходящего флюида в пористую структуру модели мини-пласта в соответствии с некоторыми вариантами реализации настоящего изобретения.
Фигура 13 представляет собой серию диаграмм данных продуктивности, каждая из которых иллюстрирует данные добычи из различных скважин в соответствии с определенными вариантами реализации настоящего изобретения.
Фигура 14 представляет собой серию диаграмм данных продуктивности, каждая из которых иллюстрирует данные добычи из различных скважин в соответствии с определенными вариантами реализации настоящего изобретения.
Фигура 15 представляет собой серию диаграмм данных продуктивности, каждая из которых иллюстрирует данные добычи из различных скважин в соответствии с определенными вариантами реализации настоящего изобретения.
Фигура 16 представляет собой серию диаграмм данных продуктивности, каждая из которых иллюстрирует данные добычи из различных скважин в соответствии с определенными вариантами реализации настоящего изобретения.
Хотя варианты реализации настоящего изобретения проиллюстрированы и описаны, а также определены со ссылкой на приведенные в качестве примера варианты осуществления настоящего изобретения, такие ссылки не означают ограничение на раскрытие данного изобретения, и не подразумевают никаких подобных ограничений. Раскрытым предметом изобретения допускается значительная модификация, изменение и эквиваленты по форме и функции, что будет очевидно для специалистов в данной области техники, которые ознакомятся с настоящим описанием. Проиллюстрированные и описанные варианты осуществления настоящего изобретения приведены лишь в качестве примеров и не исчерпывают объем данного изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В данном документе подробно описаны иллюстративные варианты реализации данного изобретения. Для ясности, в настоящем описании могут быть изложены не все особенности фактической реализации. Разумеется, следует иметь в виду, что при разработке любого такого фактического варианта реализации изобретения, для достижения конкретных целей реализации, могут быть приняты многочисленные специфичные для реализации решения, которые могут изменяться от одного варианта реализации изобретения к другому. Кроме того, следует иметь в виду, что такой процесс разработки может быть сложным и продолжительным, тем не менее, эта разработка будет рутинным мероприятием для специалистов в данной области техники, использующих преимущества ознакомления с данным описанием.
Для облегчения понимания настоящего изобретения, приведены следующие примеры некоторых из вариантов реализации. Приведенные ниже примеры ни в коем случае не следует рассматривать как ограничивающие или определяющие объем настоящего изобретения. Варианты реализации настоящего изобретения могут быть применимы к горизонтальным, вертикальным, отклоненным или другим нелинейным стволам скважины в любом типе подземного пласта, на суше или в море. Варианты реализации изобретения могут быть применимы к нагнетательным, наблюдательным и эксплуатирующимся скважинам, включая углеводородные или геотермические скважины.
Термины «соединять» или «соединяет», применяемые в данном документе, предназначены для обозначения как непрямого, так и прямого соединения или подключения. Таким образом, если первое устройство соединяется со вторым устройством, это соединение или подключение может выполняться посредством прямого соединения или посредством непрямого механического, акустического или электрического соединения через другие устройства и соединения. Аналогично, в данном документе принято, что термин "соединен с возможностью связи" обозначает прямое либо непрямое соединение с возможностью связи. Такое соединение может представлять собой проводное или беспроводное соединение, такое как, например, Ethernet или LAN. Такие проводные и беспроводные соединения хорошо известны специалистам в данной области техники, и поэтому не будут подробно обсуждаться в данном документе. Таким образом, если первое устройство соединено с возможностью связи со вторым устройством, такое соединение может быть осуществлено посредством прямого соединения или непрямого соединения через другие устройства и соединения.
Для целей данного описания, система обработки информации может содержать любые устройства или совокупность устройств, выполненных с возможностью вычисления, классифицирования, анализа, передачи, приема, извлечения, создания, ветвления, хранения, отображения, выдачи, обнаружения, регистрации, воспроизведения, обработки или применения любой формы информации, сообщений или данных для целей бизнеса, науки, управления или других целей. Например, система обработки информации может представлять собой персональный компьютер, сетевое устройство хранения данных или любое другое подходящее устройство и может варьироваться по размеру, форме, производительности, функциональности и стоимости. Система обработки информации может содержать оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), один или более ресурсов для обработки информации, таких как центральный процессор (ЦП) или аппаратное либо программное логическое средство управления, ПЗУ и/или другие типы энергонезависимого запоминающего устройства. Дополнительные компоненты системы обработки информации могут содержать один или более дисководов, один или более сетевых портов для обмена данными с внешними устройствами, а также различные устройства ввода-вывода (I/O), такие как клавиатура, мышь и видео-дисплей. Система обработки информации может также содержать одну или более магистральных шин, выполненных с возможностью обеспечения обмена данными между различными аппаратными компонентами. Она может также содержать один или более модулей сопряжения, выполненных с возможностью передачи одного или более сигналов контроллеру, исполнительному приводу или подобному устройству.
Как будет понятно рядовым специалистам в данной области, что одну или более систем обработки информации можно использовать для осуществления способов, описанных в данном документе. Конкретно, одна или более систем обработки информации может содержать машиночитаемые команды для реализации способов, описанных в данном документе. В определенных вариантах реализации изобретения, различные системы обработки информации могут быть коммуникативно соединены проводным или беспроводным способом для обеспечения передачи данных между различными подсистемами. Структура и функционирование таких проводных или беспроводных коммуникационных систем хорошо известны рядовым специалистам в данной области техники, которые будут знакомиться с настоящим описанием, поэтому они не будут обсуждаться подробно в данном документе. Более того, каждая система обработки информации может содержать накопитель и/или запоминающее устройство, и может представлять собой любой машиночитаемый носитель, который сохраняет данные, либо постоянно, либо временно.
Применительно к целям данного изобретения, накопитель и/или запоминающее устройство может содержать любые энергозависимые или энергонезависимые, локальные или удаленные устройства, пригодные для хранения информации, или их комбинацию. Например, накопитель и/или запоминающее устройство может содержать устройство хранения прямого доступа (например, накопитель на жестком диске или накопитель на гибком диске), устройство хранения с последовательной выборкой (например, дисковое запоминающее устройство на магнитной ленте), компакт-диск, CD-ROM, DVD, RAM, ROM, электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (“EEPROM”), твердотельный накопитель (“SSD”), флэш-память, магнитные запоминающие устройства, оптические запоминающие устройства, сетевые запоминающие устройства, облачные хранилища данных или любые другие подходящие устройства для хранения информации, либо комбинацию этих устройств.
Настоящее изобретение относится, главным образом, к флюидам и способам их применения в операциях подземной обработки (например, работы, связанные с извлечением углеводорода). Более конкретно, настоящее изобретение относится к способам и системам для определения состава обрабатывающего флюида. Обрабатывающий флюид, состав которого определен таким образом, можно, в некоторых вариантах реализации изобретения, использовать в пористой структуре, такой как пористая структура подземного пласта.
Более конкретно, настоящее изобретение предлагает способы определения состава обрабатывающего флюида, основанные, по меньшей мере частично на анализе, проведенном с использованием протекания через модель мини-пласта двух или более составов флюидов, при этом устройство может опционально содержать одно или более закачанных веществ (таких как, например, жидкий или газообразный углеводород, который может быть закачан предварительно, закачан как предыдущий этап анализа и/или закачан совместно с закачиванием обрабатывающего флюида (в режиме непрерывного потока или параллельных либо последовательных дозированных введений)). Такой анализ может, в некоторых вариантах реализации изобретения, включать визуальный анализ потока каждой из двух или более композиций флюида. Подходящие примеры визуального анализа, в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения, более подробно обсуждаются ниже. В других вариантах реализации изобретения, анализ может также включать или может быть заменен анализом каждого из множества стоков, где каждый сток содержит один из флюидных составов и, опционально, любое из закачанных веществ, выходящих из модели мини-пласта. Анализ стока может включать, например, определение одной или более характеристик стока (таких как состав, плотность, вязкость, полярность, степень эмульгирования и/или любое другое свойство стока). Анализ стока можно проводить любыми способами анализа стоков, известными в данной области.
Среди многих достоинств и преимуществ способов и систем по настоящему изобретению, следует отметить, что в определенных вариантах реализации изобретения, обрабатывающий флюид может быть выбран таким образом, чтобы сделать возможным или ускорить извлечение нефти, газа и/или другого углеводорода из подземного пласта. Извлечение углеводорода может быть “ускоренным” конкретным обрабатывающим флюидом, если за данный период времени извлекается большее количество углеводорода, чем могло быть извлечено за тот же период времени в отсутствие обрабатывающего флюида. Увеличенная добыча может быть обусловлена многими эффектами, примеры которых включают, но не ограничиваются ими: удаление препятствий потоку, таких как отложения или коррозия; увеличение подвижности углеводородов внутри пласта и/или ствола скважины; увеличение проницаемости и/или проводимости подземного пласта для углеводородов и/или других флюидов (например, путем создания или увеличения одной или более трещин внутри подземного пласта посредством гидроразрыва и/или вытравливанием части пласта, посредством кислотной обработки); и другие.
Например, введение в обрабатывающий флюид поверхностно-активной добавки - и/или даже введение конкретного типа поверхностно-активного вещества (ПАВ) в противоположность другому типу - может приводить к ускоренному извлечению углеводорода по сравнению с вариантом использования этого обрабатывающего флюида без ПАВ или без этого типа ПАВ. В качестве конкретного примера можно привести введение добавки слабо эмульгирующего ПАВ в жидкость для гидроразрыва пласта, что может обеспечить ускоренное извлечение углеводорода из низкопроницаемого сланцевого пласта по сравнению с использованием добавки неэмульгирующего ПАВ в жидкость для гидроразрыва. Аналогично, в другом примере, использование ингибитора отложений конкретного состава может обеспечить ускоренное извлечение углеводорода (например, за счет более эффективного торможения образования отложений в конкретном пласте) по сравнению с использованием другого ингибитора отложений в том же пласте (даже если результат может быть противоположным в другом пласте). Соответственно, способы по некоторым вариантам реализации изобретения могут давать возможность определять состав обрабатывающего флюида, который обеспечивает такое ускоренное извлечение углеводорода.
Как было указано, в определенных вариантах реализации изобретения, обрабатывающий флюид может быть использован в пористой структуре, такой как пористая структура подземного пласта. Такие обрабатывающие флюиды могут находить применение, например, в работах по добыче нефти, газа и/или других углеводородов (поскольку обеспечивают, прямо или косвенно, улучшенное извлечение углеводорода). В частности, определенные варианты реализации изобретения могут включать определение обрабатывающего флюида для использования в подземном пласте. В конкретных вариантах реализации изобретения обрабатывающий флюид может быть выбран из множества потенциально подходящих обрабатывающих флюидов, исходя по меньшей мере частично из результатов одного из: визуального анализа, анализа стока и их комбинаций. Способ в соответствии с определенными вариантами реализации изобретения может включать определение компонента, подлежащего введению в обрабатывающий флюид. В некоторых вариантах реализации изобретения, компонент может быть выбран из множества возможных компонентов. В соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения, компоненты могут, быть одним или более из: добавок; базовых флюидов; растворителей; и их комбинаций. В более общем случае, другие варианты реализации изобретения не обязательно привлекают множество потенциально подходящих обрабатывающих флюидов и/или потенциально подходящих компонентов. Вместо этого, они могут включать: анализ одного или более составов флюида, каждый из которых вынужден течь через модель мини-пласта; и последующее введение вещества в обрабатывающий флюид и/или модификация состава обрабатывающего флюида, основанная по меньшей мере частично на результатах анализа одного или более составов флюида. Присутствие вещества не обязательно, или его не обязательно требуется вводить в любой один или более составов флюида(ов). Например, вещество может представлять собой, например, поверхностно-активное вещество, ингибитор коррозии и/или другую добавку или соединение, идентифицированное на основе результатов анализа других флюидных составов.
После знакомства с данным описанием, рядовым специалистам в данной области будет понятно, что это - только примеры способов определения состава обрабатывающего флюида, основанных по меньшей мере частично на анализе потока обрабатывающего флюида через модель мини-пласта. Могут использоваться другие способы, которые тоже входят в объем настоящего изобретения и представленную в данном документе формулу изобретения.
Модели мини-пласта
Как указано выше, в способах по некоторым вариантам реализации изобретения может использоваться “модель мини-пласта”. Модель мини-пласта, в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения, может представлять собой тонкую синтетическую пластинку или чип, содержащие пористую структуру. Указанный чип может состоять из любого подходящего материала. В некоторых вариантах реализации изобретения, он может содержать подложку на основе кремния или кремнезема, такую, как кварц; в других вариантах реализации изобретения, он может содержать подложку на основе полимера, такого, как полидиметилсилоксан ПДМС (PDMS) и/или термопластичный эластомер (TPE). В конкретных вариантах реализации изобретения, поверхности пористой структуры внутри модели мини-пласта могут быть выполнены таким образом, чтобы они имели конкретную химию поверхности. Например, может оказаться возможным регулировать смачиваемость поверхности модели мини-пласта. Например, поверхность может иметь смачиваемость, предпочтительную для нефти относительно воздуха, или может предпочтительно смачиваться водой. Например, химическая обработка кремнием (такая как осаждение кремния из газовой фазы, плазмохимическое газофазное осаждение (ПХГФО) или т. п.) может приводить к повышению смачиваемости водой, тогда как химическое осаждение кремневодорода может создавать на поверхности условия для смачивания нефтью. В некоторых вариантах реализации изобретения, материал конструкции может обеспечивать конкретную смачиваемость. Например, устройства на основе ПДМС могут обладать предпочтительным смачиванием нефтью, а устройства на основе кремния могут предпочтительно смачиваться водой. В дополнение или вместо этого, при помощи различных методов осаждения, можно регулировать поверхностный заряд, так как ПХГФО диоксида кремния на поверхность может приводить к созданию отрицательного поверхностного заряда, тогда как функционализация различных соединений (таких как силан, например, 3-аминопропилтриметоксисилан (3-АПТМС)) посредством осаждения из газовой фазы может приводить к созданию положительного поверхностного заряда.
Пористая структура (включающая поры и соединяющие их каналы) может быть вытравлена или иным способом впечатана в чип с использованием одной или двух методик: (1) пористая структура может быть аппроксимацией пористой структуры, отсканированной с реального образца породы, в этом случае, модель мини-пласта может упоминаться как “пласт на чипе” (“ROC”); или (2) пористая структура может представлять собой оттиск численно или иным способом искусственно сконструированной пористой структуры, в этом случае, модель мини-пласта может упоминаться как “Аналог пористой среды” (“PMA”). Модель мини-пласта любого типа (ROC или PMA) в некоторых вариантах реализации изобретения может быть выполнена с возможностью аппроксимировать пористую структуру внутри подземного пласта (либо посредством воспроизведения, либо посредством генерирования структуры, имеющей характеристики, такие как проницаемость и/или пористость, аналогичные характеристикам подземного пласта, или с использованием других средств аппроксимации). Каждый тип модели ниже обсуждается более подробно.
Пласт на чипе, как используется в способах по некоторым вариантам реализации изобретения, может быть образован посредством любых подходящих средств для переноса аппроксимации пористой структуры реального образца породы на чип. В некоторых вариантах реализации изобретения, аппроксимация может представлять трехмерную пористую структуру реального образца породы, свернутую в двумерную пористую структуру. Например, модель ROC может быть спроектирована и выполнена в соответствии со схемой последовательности операций, показанной на Фигуре 1. Из пласта 101 можно извлечь образец керна 105. Можно осуществить различные способы обработки изображений на образце керна 105 так, чтобы выделить и визуально реконструировать трехмерную модель пористой структуры керна 110. Например, срез керна может быть отрезан в первой точке, и в этой первой точке отсканировано его поперечное сечение (например, посредством фокусированного ионного пучка сканирующей электронной микроскопии (“FIB-SEM”)); второй тонкий (например, нанометровой или микрометровой толщины) срез может быть отделен от керна, и отсканировано второе поперечное сечение в этой точке; и так далее итерационно создать серию отсканированных изображений поперечного сечения пористой структуры столбика керна, причем отсканированные изображения поперечных сечений могут быть собраны вместе (например, собраны в стопку) для моделирования трехмерной пористой структуры реального образца породы. В другом примере, для получения модели внутренней пористой структуры, керн может быть отсканирован посредством микрокомпьютерной томографии. Затем модель 110 трехмерной пористой структуры сплющивается до соответствующей двумерной модели 115 пористой структуры с использованием подходящего способа, такого как триангуляция Делоне или любого другого способа, как описано в Gunda et al., Reservoir-on-a-Chip (ROC): A new paradigm in reservoir engineering, Lab on a Chip, 2011, 11, at 3785-3792 (далее по тексту “Gunda et al.”), и в приведенных там ссылках. Пористость, проницаемость, размер пор и смачиваемость (помимо прочих характеристик) двумерной пористой структуры модели 115, сформированной в соответствии с такими способами, могут вплотную приближаться к свойствам трехмерной пористой структуры модели 110. Затем двумерная пористая структура модели 115 может быть использована для построения маски (например, стеклянной маски) для использования в вытравливании копии двумерной пористой структуры 115 на подложке (например, из кремния, ПДМС или другой подложке для чипа), тем самым формируя вытравленную пористую структуру 120 на чипе 125. Впускной и выпускной каналы для флюида, текущего через вытравленную пористую структуру 120, могут быть в гидравлическом сообщении с пористой структурой. Такие каналы могут быть вытравлены или другим способом добавлены к чипу 125, и/или они могут быть присоединены к точкам входа и выхода на чипе. Наконец, чип можно нарастить стеклянной или другой прозрачной подложкой таким образом, чтобы создать возможность визуального наблюдения вытравленной пористой структуры 120 на чипе 125, получив в итоге ROC 125. Альтернативно, ROC можно сформировать многими другими способами и/или вариациями способов, описанных выше, например, как описано в Gupta et al. и/или процитированной там литературе.
Устройство PMA может быть изготовлено по аналогичной методике, за исключением того, что указанная модель двумерной пористой структуры создают искусственно, а не получают из отсканированных изображений или других средств визуализации реального образца керна. Искусственное изготовление можно осуществлять любыми подходящими средствами, такими как компьютерное формирование пористой структуры с такими исходными параметрами как пористость, проницаемость, размер пор и смачиваемость. В некоторых вариантах реализации изобретения, такое производство может аппроксимировать подземный пласт. На Фигуре 2 представлено изображение, полученное при помощи микроскопа со 100-кратным увеличением, иллюстрирующее четыре примера сформированных компьютером пористых структур, представляющих модели мини-пластов. Такие структуры могут быть со стационарной структурой, такой как решетки, показанные в примерах 201 и 205, или они могут быть рандомизированы, как показано в примерах 210 и 215. Устройства PMA (или ROC) могут быть полностью или частично сформированы способами, описанными в Gupta et al., и/или как описано в Mao and Han, Fabrication and characterization of 20 nm planar nanofluidic channels by glass-glass and glass-silicon bonding, Lab on a Chip, 2011, 5 (8) at 837-844 (далее по тексту - “Mao and Han 2011”); и/или как описано в Wu et al., Single- and Two-phase Flow in Microfluidics Модель пористой среды based on Voronoi Tessellation, Lab on a Chip, 12 (2) at 253-261 (далее по тексту - “Wu et al. 2012”).
Любой тип модели мини-пласта (ROC или PMA) в некоторых вариантах реализации изобретения может содержать пористую структуру, содержащую микропоры, нано-поры либо те и другие. Микропоры представляют собой поры, каналы и/или структуры проходов, в общем случае, с диаметрами порядка микрометров (например, от около 1 мкм до около 1000 мкм); нано-поры представляют собой поры, каналы и/или структуры проходов, в общем случае, с диаметрами порядка нанометров (например, от около 1 нм до около 1000 нм, или от около 1 нм до около 400 нм, или от около 1 нм до около 300 нм, от около 1 нм до около 250 нм). Модели мини-пласта (любая из ROC либо PMA), содержащие поры, относящиеся к микропорам, будут упоминаться как “микро-флюидный элемент”, а модели мини-пласта, содержащие поры, относящиеся к нано-порам, будут упоминаться как “нано-флюидный элемент”. В конкретных вариантах реализации изобретения, нано-флюидный элемент может использоваться, например, для определения состава обрабатывающего флюида, предназначенного для применения в пласте с низкой проницаемостью и/или пористостью, таком как нетрадиционный пласт (например, плотный сланцевый пласт).
Модель мини-пласта, в соответствии с определенными вариантами реализации изобретения, может содержать множество пористых структур. В таких вариантах реализации, каждая структура может быть изолированной (т. е., одна пористая структура может не быть в гидравлической коммуникации с любой другой пористой структурой модели). В некоторых из этих вариантов реализации, каждая пористая структура может быть по существу идентичной. Такие модели могут давать возможность параллельного тестирования каждого из множества различных флюидов или наборов флюидов в практически одинаковых пористых структурах. В еще других вариантах реализации изобретения, любые две или более пористых структур в одной модели мини-пласта могут отличаться друг от друга.
Тестирование с использованием модели мини-пласта может включать закачку одного или более флюидов (например, газов и/или жидкостей) внутрь пористой структуры модели мини-пласта. Как упоминалось ранее, модель мини-пласта структуризируется таким образом, что она обеспечивает визуальный анализ, например, потока закачанного флюида через пористую структуру модели мини-пласта. В данном документе подразумевается, что визуальный анализ включает любые способы анализа потока флюида через по меньшей мере часть пористой структуры модели мини-пласта (и/или другой характеристики, относящейся к присутствию флюида в модели мини-пласта), таковой способ анализа основывается по меньшей мере частично на: прямом наблюдении; наблюдении или анализе одного или более изображений, и/или видеоданных, и/или видеоматериала; и их комбинаций. Визуальный анализ может включать получение визуальных данных, таких как, например: прямое визуальное наблюдение (например, наблюдение и/или автоматическая обработка одного или более изображений и/или наблюдение модели мини-пласта в режиме реального времени), регистрация визуальных видеоданных и т. п. Визуальный анализ может полностью или частично быть автоматизированным (т. е., выполненным полностью или частично системой обработки информации, выполняющей машиночитаемые команды). Например, получение визуальных данных о потоке флюида через пористую структуру модели мини-пласта может осуществляться с использованием устройства визуализации типа микроскопа, особенно, если осуществляется наблюдение микро- и/или нано-пористых структур. В частности, устройство визуализации, такое, как микроскоп, может быть позиционировано вблизи модели мини-пласта так, чтобы обеспечить возможность визуального наблюдения потока флюида внутри пористой структуры устройства. Визуальное наблюдение можно осуществлять, например, путем прямого наблюдения через устройство визуализации. Наблюдение также может быть полностью или частично автоматизированным. Например, устройство визуализации опционально может дополнительно содержать и/или быть соединенным с устройством фиксирования изображений, таким как фотоаппарат или другое подобное устройство, подходящее для фиксирования данных визуального изображения флюида, протекающего через модель мини-пласта (например, для последующего рассмотрения изображения или изображений, и/или последующего воспроизведения видеозаписи). В конкретных вариантах реализации изобретения может использоваться, например, микроскоп, оснащенный электроприводным столиком и высокоскоростным фотоаппаратом с высокой степенью разрешения. В некоторых вариантах реализации изобретения, высокоскоростные фотоаппараты обеспечивают возможность подробного анализа потока флюида.
Дополнительно к этому или вместо него, фиксирование данных визуального изображения может включать обработку изображения, наблюдаемого в данный момент и/или одного или более отснятых изображений или видеозаписей (например, автоматизированное распознавание изображений). В этом случае, в определенных вариантах реализации изобретения, устройство визуализации и/или устройство фиксирования изображений может быть электронно соединено с системой обработки информации. Система обработки информации может содержать запоминающее устройство, заключающее в себе машиночитаемые команды, в результате выполнения которых, система обработки информации фиксирует одно или более изображений микро-флюидного элемента (и любого флюида внутри устройства). Дополнительно к этому или вместо него, запоминающее устройство может содержать машиночитаемые команды, в результате выполнения которых, система обработки информации производит визуальный анализ видеоданных модели мини-пласта. Примеры такого визуального анализа могут включать, например, сравнение объема любого одного или более флюидов в пористой структуре модели мини-пласта между любыми двумя или более изображениями (и/или между любыми двумя или более видеозаписями). Например, вычитание изображений может дать возможность автоматически (по меньшей мере частично) определять относительные объемы данного флюида в данной пористой структуре в два различных момента времени.
Кроме того, для помощи или иного сопровождения визуального анализа, к одному или более флюидов (углеводороду иди другому), предназначенных для покачивания через устройство, можно быть добавлен один или более красителей или других контрастных агентов. Такой краситель или контрастный агент может увеличить контраст между двумя или более флюидами (и/или двумя или более фазами), протекающими через устройство, тем самым обеспечивая возможность более четкого визуального анализа. Например, можно добавить пищевой краситель к флюиду, прокачиваемому через модель мини-пласта одновременно с углеводородным флюидом, так, чтобы окрашенный флюид был виден как контрастный с углеводородным флюидом и/или моделью мини-пласта. В некоторых вариантах реализации изобретения, окрашивание одного или более флюидов, протекающих через устройство, может обеспечить возможность визуального анализа взаимодействия между двумя или более флюидами, такого, как образование эмульсий.
В способах согласно некоторым вариантам реализации изобретения, модели мини-пластов могут обеспечивать возможность высокой воспроизводимости результатов испытаний по сравнению с другими средствами тестирования, такими как тестирование образцов керна. Например, в некоторых вариантах реализации изобретения, можно изготовить две или более модели мини-пластов с идентичными пористыми структурами, что даст возможность проводить параллельное тестирование множества флюидных композиций. В некоторых вариантах реализации изобретения, чтобы обеспечить максимальную точность аналитических данных, модель мини-пласта может быть списана после использования (например, из-за захвата флюидной композиции, повреждения пор устройства в процессе испытаний и т.п.). Таким образом, изготовление множественных моделей мини-пласта вовсе не обязательно требует параллельное тестирование флюидных композиций; вместо этого, в способах по некоторым вариантам реализации, множественные модели мини-пласта могут быть нужны просто для двух или более последовательных процедур. Тем не менее, в других вариантах реализации изобретения, модель мини-пласта можно использовать повторно, с опциональной очисткой (например, прокачкой газообразного азота или другим подходящим способом) между каждыми использованиями.
Способы тестирования с использованием модели мини-пласта
Способ, в соответствии с некоторыми примерами вариантов реализации изобретения, частично можно описать со ссылкой на Фигуру 3. На Фигуре 3 представлена схема, иллюстрирующая пример системы 300 оборудования, предназначенного для использования в способах определения состава обрабатывающего флюида в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения. Модель мини-пласта 301 содержит пористую структуру, которая находится в гидравлическом сообщении с каждым из двух входов (305 и 306) и двух выходов (315 и 316). Трубки каждой пары вход-выход (305 плюс 315 и 306 плюс 316) образуют первый и второй каналы 355 и 366, соответственно. Устройство визуализации 310 располагается рядом с моделью мини-пласта 301. Как обсуждалось ранее, хотя на Фигуре 3 это не показано, устройство визуализации 310 может, в некоторых вариантах реализации изобретения, быть коммуникативно присоединено к системе обработки информации. В соответствии с предыдущим обсуждением визуального анализа, устройство визуализации может помочь или создать саму возможность визуального анализа потока флюида через модель мини-пласта 301. Первая и вторая капиллярные трубки 325 и 326 находятся в гидравлическом сообщении с каждым соответствующим каналом 355 и 366, и могут удерживать любой из двух или оба флюида для анализа (например, потенциально подходящий обрабатывающий флюид, потенциально подходящую добавку или другой флюид) и жидкий и/или газообразный углеводород (например, природный газ, нефть-сырец и т.п.). Каждая капиллярная трубка 325 и 326 может дополнительно содержать вход или другие средства для приема дополнительного флюида (не показано). Источник вытесняющего газа 370 соединен с каждым из капилляров 325 и 326 через первый и второй каналы (375 и 376, соответственно), каждый канал содержит, соответственно, первый и второй регуляторы давления 385 и 386 для независимого регулирования потока вытесняющего газа внутри каждого капилляра 325 и 326 (и переключатели давления 383 и 384 для отключения или включения потока) так, чтобы перемещать каждый флюид в каждом капилляре внутри каналов 355 и 366 при управляемых давлениях. Первый и второй датчики давления 395 и 396 могут обеспечивать возможность мониторинга вытесняющего давления.
Первая капиллярная трубка 325 может быть загружена жидким углеводородом, а вторая капиллярная трубка 326 может быть загружена потенциально подходящей добавкой, такой как поверхностно-активное вещество. В некоторых вариантах реализации изобретения, жидкий углеводород может представлять собой нефть-сырец, природный газ, другие жидкие углеводороды и их комбинации. Его источником может быть конкретный подземный пласт, представляющий интерес (например, подземный пласт, в котором производится исследование потенциально подходящих для использования добавок). Первый регулятор давления 385 может быть установлен так, чтобы обеспечивать поток сжатого газа (например, сжатого азота) из источника газа 370 через первый трубопровод 375 и внутрь первого капилляра 325, вытесняющий жидкий углеводород через первый вход 305 в первый канал 355 внутри модели мини-пласта 301, и, в свою очередь, через первый выход 315. Как было указано, поверхности пористой структуры внутри модели мини-пласта, в некоторых вариантах реализации изобретения, могут быть выполнены так, чтобы их смачиваемость была предпочтительной к нефти относительно воздуха. Таким образом, жидкий углеводород может проникать в пористую структуру через первый канал 355, вместо того, чтобы просто проходить через канал 355 и выходить наружу через первый выход 315. В способах по некоторым вариантам реализации изобретения, жидкому углеводороду может быть позволено достичь состояния непрерывного и/или стационарного потока, при этом второй регулятор давления 386 обеспечивает такой поток газа во вторую трубку 376, чтобы он двигал потенциально подходящую добавку из второго капилляра 326 внутрь модели мини-пласта 301 через второй вход 306, через второй канал 366 и на выход из устройства через второй выход 316. В вариантах реализации изобретения, в которых устройство 301 предпочтительно смачивается нефтью, низкое начальное вытесняющее давление потенциально подходящего флюида может приводить к протеканию потенциально подходящего флюида через второй канал 366 и наружу через второй выход 316, без его просачивания через пористую структуру модели мини-пласта (т. е., без протекания в проход по меньшей мере через часть пористой структуры, так, чтобы достичь противоположного канала, в данном случае, первого канала 365). С другой стороны, в определенных вариантах реализации изобретения, модель мини-пласта может взамен иметь предпочтительную смачиваемость водной фазой, и потенциально подходящий флюид может быть в водной фазе, что обеспечивает более легкое просачивание потенциально подходящему флюиду (но это затрудняет просачивание нефти при ее закачке). При помощи данного описания, рядовой специалист сможет распознать, когда для конкретного применения требуется предпочтительная смачиваемость поверхностей пористой структуры модели мини-пласта нефтью или водой (исходя, например, из характеристик пласта или другой пористой структуре, которая исследуется в данный момент). Поверхностные свойства, такие как предпочтительная смачиваемость, можно спроектировать и встроить в модель мини-пласта по любой подходящей методике, включая описанные выше в данном документе. Кроме того, в некоторых вариантах реализации изобретения, каждый из двух или оба выхода 315 и 316 могут быть закрыты, чтобы направить поток любого флюида желательным образом (например, второй выход 316 может быть закрыт, чтобы помочь направить потенциально подходящий флюид из второго канала 366 через пористую структуру модели мини-пласта 301 и наружу через первый выход 315).
Остальная часть этого способа, приведенного в качестве примера, будет описана в связи с вариантами реализации изобретения, в которых модель мини-пласта 301 имеет предпочтительную смачиваемость нефтью, и далее - в связи с вариантами реализации изобретения, в которых потенциально подходящий флюид представляет собой водную фазу флюида. Таким образом, начальное вытесняющее давление потенциально подходящего флюида может не приводить к просачиванию. Поэтому способы по некоторым вариантам реализации изобретения могут включать изменение вытесняющего давления флюида, закачанного в модель мини-пласта. Например, вытесняющее давление потенциально подходящего флюида в приведенном в качестве примера варианте реализации изобретения может увеличиваться (например, пока не произойдет просачивание). Давление опционально можно затем изменять дальше. Например, его можно далее увеличивать, чтобы достичь нужного эффекта и/или произвести нужные наблюдения. В частности, вытесняющее давление можно увеличивать так, чтобы достичь более полного (или по существу полного) замещения углеводородной фазы, закачанной в пористую структуру модели мини-пласта. Его можно увеличивать таким образом, чтобы достичь полного или почти полного проникновения потенциально подходящего флюида в поры и/или проходы внутри пористой структуры.
В любой точке или точках описанных выше процессов течения (углеводорода и/или потенциально подходящего флюида, в данном, приведенном в качестве примера, варианте реализации изобретения), устройство визуализации 310 может обеспечить возможность наблюдения прямого изображения потока флюида через модель мини-пласта. Оно может также или вместо этого сделать один или более снимков и/или видеозаписей потока, и может далее обеспечить запись одного или более изображений и/или видеоматериалов (например, занести в машиночитаемый носитель в присоединенной системе обработки информации (не показана на Фигуре 3)). Визуальный анализ таких изображений и/или видеоматериалов (либо прямой, либо с отложенным просмотром) может дать правильное представление о различных параметрах, таких как давление прорыва, замещение углеводорода, характеристики потока любого одного или более флюидов, проходящих через пористую структуру модели мини-пласта и т.п. В определенных вариантах реализации изобретения, как отмечалось выше, такой анализ может быть полностью или частично автоматизирован. Например, в машиночитаемый носитель системы обработки информации можно занести программное обеспечение для обработки изображений или аналогичные средства, и тогда станет возможным, например, определение объемов углеводорода или другого флюида, загруженного внутрь пористой структуры модели мини-пласта в каждый любой один или более заданных моментов времени. Сравнение множественных изображений может дать возможность, например, осуществить вычитание изображений для определения разницы объемов любого одного или более флюидов в зависимости от времени.
Кроме того, каждый из множества флюидов можно отслеживать и/или анализировать аналогичным образом. Например, возвращаясь к приведенным в качестве примера вариантам реализации изобретения, использующих оборудование, как проиллюстрировано на Фигуре 3, каждый из двух или более потенциально подходящих флюидов можно закачивать в течение различных процедур в рамках того же способа. Иными словами, можно закачать первый потенциально подходящий флюид (например, через второй капилляр 326, во второй канал 366 и оттуда в модель мини-пласта 301 и наружу через любой или оба первый и второй выходы 315 и 316), при этом закачку первого потенциально подходящего флюида можно прекратить и затем аналогичным образом закачать второй потенциально подходящий флюид, опционально сопровождающийся закачкой третьего потенциально подходящего флюида, и т.д. Другие варианты реализации изобретения могут включать закачку потенциально подходящего флюида в каждую из множества моделей мини-пласта (либо в параллельных процедурах, либо последовательно, или с частичным перекрытием). Аналогично, другие варианты реализации изобретения могут включать закачку каждого потенциально подходящего флюида в каждую из множественных пористых структур в единственной модели мини-пласта. В таких вариантах реализации изобретения, включающих параллельные методики, возможность перекрестного загрязнения (например, остатком потенциально подходящего флюида от предыдущей закачки) можно минимизировать, тем самым, обеспечивая улучшенный контроль и более точный анализ, основанный единственно на данных по потенциально подходящему флюиду, закачанному в настоящее время.
Следует также иметь в виду, что различные настройки могут быть использованы в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения. Например, Фигура 4 иллюстрирует другой пример настройки, включающий шприцевой насос 401 для закачки потенциально подходящего флюида и/или жидкого углеводорода в модель мини-пласта 301, которая может быть расположена на электроприводном столике 405 микроскопа 410. Сток можно собирать в любой подходящий контейнер 415. Любой элемент или элементы Фигур 3 и 4 можно, разумеется, комбинировать, чтобы создать дополнительные примеры конфигураций для реализации способов, описанных в данном документе (например, узел микроскопа с электроприводным столиком можно использовать как устройство визуализации 310; и/или источник газа с переключателями и/или регуляторами давления можно использовать вместо шприцевого насоса 401 в узле 400 на Фигуре 4). Далее, эти примеры узлов 300 и 400 использованы в данном документе только в целях демонстрации примеров узлов, подходящих для осуществления описанных здесь способов. При помощи данного описания, рядовые специалисты легко могут распознать любые вариации или другие узлы, которые можно использовать в способах по настоящему изобретению.
1
2
Кроме того, как указано, в некоторых вариантах реализации изобретения, вытесняющие давления могут изменяться с течением времени. В частности, вытесняющее давление (измеренное на или перед входом в модель мини-пласта) в течение закачивания может изменяться от около 0,069 бар (1 фунт/кв. дюйм) до около 344,74 бар (5000 фунт/кв. дюйм). В конкретных вариантах реализации изобретения, оно может варьироваться от около 0,069 бар (1 фунт/кв. дюйм) до около 6,9 бар (100 фунт/кв. дюйм), а в других вариантах реализации изобретения, от около 0,069 бар (1 фунт/кв. дюйм) до около 3,45 бар (50 фунт/кв. дюйм). В некоторых других вариантах реализации изобретения, вытесняющее давление может варьироваться от около 0,069 бар (1 фунт/кв. дюйм) до около 4,14 бар (60 фунт/кв. дюйм); от около 0,069 бар (1 фунт/кв. дюйм) до около 2,76 бар (40 фунт/кв. дюйм); от около 0,069 бар (1 фунт/кв. дюйм) до около 1,38 бар (20 фунт/кв. дюйм). В определенных вариантах реализации изобретения давление может увеличиваться с течением времени, так что закачка начинается при начальном вытесняющем давлении P, а затем изменяется до более высокого вытесняющего давления P. В некоторых вариантах реализации изобретения значения начальных вытесняющих давлений (для углеводорода, потенциально подходящего флюида и/или любого флюида, закачиваемого в модель мини-пласта), в соответствии с различными вариантами реализации изобретения, могут изменяться от около 0,069 бар (1 фунт/кв. дюйм) до около 344,74 бар (5000 фунт/кв. дюйм). В определенных вариантах реализации изобретения, начальное вытесняющее давление может быть приблизительно любой целочисленной величиной между 1 и 100 фунт/кв. дюйм (от 0,069 бар до 6,9 бар). Таким образом, например, в соответствии с подобными вариантами реализации изобретения, начальное вытесняющее движущее давление может быть любым из около 0,069, 0,14, 0,21, 0,28, 0,34, 0,41 0,48, 0,55, 0,62, 0,69, 0,76, 0,83, 0,9, 0,97, 1,03, 1,1, 1,17, 1,24, 1,31, 1,38, 1,45, 1,52, 1,59, 1,66, 1,72, 1,79, 1,86,1,93, 2,0, 2,07, 2,14, 2,2, 2,28, 2,34, 2,41, 2,48, 2,55, 2,62, 2,69, 2,76, 2,83, 2,9, 2,97, 3,03, 3,1, 3,17, 3,24, 3,31, 3,38, 3,45 и т. д. до 6,9 бар (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43 ,44, 45, 46, 47, 48, 49, 50 и т. д. до 100 фунт/кв. дюйм). Каждое из второго, третьего, четвертого, пятого или более вытесняющих давлений закачивания, достигнутое после начального вытесняющего давления, может, в некоторых вариантах реализации изобретения, быть выше начального вытесняющего давления и может быть любой целочисленной величиной между 0,069 бар до 6,9 бар (1 и 100 фунт/кв. дюйм). В определенных вариантах реализации изобретения, каждое последующее вытесняющее давление может быть выше, чем предыдущее вытесняющее давление. Тем не менее, в определенных других вариантах реализации изобретения, последующие вытесняющие давления могут быть ниже, а в некоторых вариантах реализации изобретения любое одно или более из последующих вытесняющих давлений может быть ниже, чем начальное вытесняющее давление.
Анализ
Анализ может следовать за закачкой или закачками (независимо от конфигурации устройства), а обрабатывающий флюид, добавка или другие флюиды могут быть выбраны из группы потенциально подходящих флюидов (например, для использования в представляющем интерес подземном пласте) основываясь по меньшей мере частично на упомянутом анализе. Анализ может включать визуальный анализ (как описано выше) и/или анализ одного или более стоков от процесса (например, анализ по меньшей мере части флюида или флюидов, вытесняемых через первый и/или второй выходы 315 и 316 в течение по меньшей мере части процесса).
Пример визуального анализа в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения может быть описан со ссылкой на Фигуру 5. На Фигуре 5 представлен набор примеров снимков, полученных при помощи микроскопа с 20-кратным увеличением, причем на каждом снимке показаны различные распределения потенциально подходящего обрабатывающего флюида по каждой из трех идентичных пористых структур в трех идентичных моделях мини-пласта. Эти снимки были сделаны при помощи устройства визуализации, такого как устройство визуализации 310, в течение закачки отдельно каждого потенциально подходящего обрабатывающего флюида в каждую соответствующую модель мини-пласта. Потенциально подходящие обрабатывающие флюиды показаны черным цветом. Снимки легко поддаются визуальному анализу, независимо от того, прямое это наблюдение, либо частично или полностью автоматизированное. Например, на снимке 502, приведенном в качестве примера, видно более обширное проникновение второго потенциально подходящего обрабатывающего флюида в пористую структуру (на что указывает большее количество пор и каналов внутри сети, в которых находится окрашенный черным цветом обрабатывающий флюид), по сравнению либо с первым потенциально подходящим обрабатывающим флюидом (снимок 501), либо с третьим потенциально подходящим обрабатывающим флюидом (снимок 503).
Другой пример визуального анализа в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения можно описать со ссылкой на Фигуру 6. На Фигуре 6 представлен набор снимков, полученных при помощи микроскопа со 20-кратным увеличением, сделанных в различные моменты времени в течение той же самой серии закачек в ту же самую модель мини-пласта. Первый, подготовительный флюид (такой как солевой раствор или другой водный флюид) закачали в модель мини-пласта при достаточном вытесняющем давлении, так что произошло насыщение значительной части пористой структуре модели мини-пласта, и был сделан снимок 601 этого насыщения. Частичное насыщение пористой структуры солевым раствором показано на снимке 601 затемненными порами и каналами. Затем в модель мини-пласта закачали нефть и сделали второй снимок 602. Темные пятнышки на втором снимке 602 указывают на некоторые остатки захваченного солевого раствора. Затем в модель мини-пласта закачали потенциально подходящий обрабатывающий флюид (в данном примере - поверхностно-активное вещество) и сделали третий снимок 603. Затемненные участки на третьем снимке 603 указывают места, в которых пористая структура насыщена поверхностно-активным веществом. Как говорилось ранее, для облегчения визуального анализа, потенциально подходящий флюид можно, в некоторых вариантах реализации изобретения, смешивать или он может содержать краситель, контрастный агент или т. п. в течение закачивания в модель мини-пласта. Такой краситель, контрастный агент или т. п. может облегчать идентификацию флюида на любом одном или более снимков (как показано на примере снимков 601 - 603, где флюид показан более черным цветом по сравнению с остальной частью снимка).
iw
wt
f
iw
wt
f
Исходя из этих снимков, объем подготовительного флюида (например, солевого раствора), показанный на снимке 601, можно использовать для определения начального насыщения пористой структуры водой S; оставшийся объем солевого раствора на снимке 602 можно использовать для определения остаточного насыщения водой S; и объем потенциально подходящего обрабатывающего флюида, показанный на снимке 603, можно использовать для определения насыщения обрабатывающим флюидом S. В некоторых вариантах реализации изобретения, эти значения можно определить путем обработки изображений, такой как посредством компьютерной программы, хранящейся на машиночитаемом носителе или соединенном с системой обработки информации, которая, в процессе выполнения, способна распознавать черные (насыщенные флюидом) зоны на каждом снимке, и/или рассчитывать относительное насыщение исходя из площади этих зон. Например, можно использовать общедоступную программу ImageJ (бесплатная программа обработки изображений, поставляемая National Institutes of Health), например (с или без пользовательской модификации, адаптированной для сбора, записи и/или обработки сделанных при помощи микроскопа или других снимков). Вместо или дополнительно к этому, можно использовать программу “MATLAB”, поставляемую MathWorks, Inc. После того, как обработка определяет каждый из параметров S, Sи S, коэффициент извлечения нефти (RF) можно рассчитать по следующей формуле:
f
wt
iw
wt
RF = (S - S)/(S - S)  (Уравн. 1)
o
В способах по некоторым вариантам реализации изобретения, начальный этап насыщения подготовительным флюидом можно пропустить, и вместо визуального анализа снимка, для определения насыщения нефтью или другим углеводородом S можно использовать последующую закачку нефти или другого углеводорода (в соответствии со вторым снимком 602). В определенных вариантах реализации изобретения, как указано выше, краситель или контрастный агент может быть смешан с закачиваемой нефтью или другим углеводородом для облегчения визуального распознавания. В таких вариантах реализации изобретения RF можно по-прежнему рассчитывать по формуле:
f
o
RF = S / S  (Уравн. 2)
Здесь были приведены только примеры определения RF; в соответствии с некоторыми вариантами реализации настоящего изобретения, можно использовать другие способы.
В дальнейших примерах вариантов реализации изобретения, анализ может дополнительно к описанному или вместо него включать визуальный анализ для идентификации нужного свойства. Например, при желании протестировать потенциально подходящие поверхностно-активные вещества, чтобы определить, какое из них, если оно присутствует, будет эмульгировать нефть в пористой структуре, можно получить одно или более изображений с использованием описанных выше процессов и исследовать упомянутое изображение(я) для выяснения, произошло ли эмульгирование. Например, на Фигуре 7 приведена оптическая микрофотография при 50-кратном увеличении, на которой видны капельки эмульгированной нефти 701 в нано-поре 705, свидетельствующие, что поверхностно-активное вещество, наблюдаемое на Фигуре 7, действительно эмульгирует нефть в наноскопических пористых структурах. Таким образом, если требование к потенциально подходящему обрабатывающему флюиду заключается в том, что он должен быть способен эмульгировать нефть в наноскопических порах, то анализ Фигуры 7 может привести к решению об использовании потенциально подходящего флюида, изображенного на Фигуре 7. В последующих примерах, аналогичным образом, визуальный анализ в некоторых вариантах реализации изобретения может включать сравнение тенденции к эмульгированию каждого из двух или более флюидов. Например, можно оценить и/или сравнить тенденцию каждого флюида к эмульгированию углеводорода. Оценка тенденции к эмульгированию может включать оценку способности флюида формировать эмульсии (например, способен ли он эмульгировать нефть или, иными словами, формировать эмульсию типа нефть в воде). Это может дополнительно или вместо этого включать количественную оценку скорости разделения фаз и/или размера капелек эмульсии и распределения капель по размеру. Такая количественная оценка может быть основана по меньшей мере частично на визуальных данных, полученных в течение протекания одного или более флюидов через модель мини-пласта. Способы, включающие такой анализ тенденции к эмульгированию, могут дополнительно включать встряхивание или иной вариант перемешивания для модели мини-пласта, когда в ней содержится один или более флюидов, так, чтобы обеспечить возможность наблюдения тенденции к эмульгированию.
Далее, как обсуждалось выше, другой пример анализа может включать анализ стока. Анализ стока может включать, например, описание состава и/или одной или более других характеристик (плотность, вязкость, pH и т. д.) стока из модели мини-пласта. Процедуры тестирования и выбора можно приспосабливать так, чтобы получать, в некоторых вариантах реализации изобретения, конкретный сток. Например, сток может содержать часть потенциально подходящего флюида и часть углеводорода вытесненной потенциально подходящим флюидом в процессе закачки потенциально подходящего флюида. С другой стороны, в других примерах, сток может состоять совместно из углеводорода и потенциально подходящего флюида, протекающего через модель мини-пласта. Сток может быть проанализирован с использованием любой подходящей методики химического анализа, такой как УФ (UV), ИК (IR), ЯМР (NMR), хроматографии и/или другой методики химического анализа.
Анализ (будь то визуальный анализ, анализ стока или другой анализ) может, в некоторых вариантах реализации изобретения, включать сопоставление относительных характеристик каждого из двух или более потенциально подходящих флюидов. Например, в соответствии с представленным выше описанием, можно произвести анализы и/или расчеты, и на основании таких анализов, сравнений, например, относительных коэффициентов извлечения нефти, относительной эффективности, относительной эмульгации и/или других относительных характеристик, можно сделать выбор между двумя или более потенциально подходящими флюидами. В частности, например, сравнение относительных характеристик двух или более флюидов может включать определение флюида, который обеспечивает самый высокий коэффициент извлечения нефти, и/или приводит к наибольшему наблюдаемому насыщению пористой структуры и/или обеспечивает наименьшую эрозию поверхности пористой структуры и/или приводит к наименьшему формированию осадка или других твердых частиц в пористой структуре.
Определение составов
Описанные выше методики и анализы представляют собой некоторые примеры способов, которые можно использовать для определения состава флюида (например, обрабатывающего флюида). Например, их можно использовать в некоторых вариантах реализации изобретения для определения состава добавки или для определения идентичности добавки, подлежащей загрузке в обрабатывающий флюид.
В некоторых вариантах реализации изобретения такие способы определения могут включать выбор обрабатывающего флюида из множества потенциально подходящих обрабатывающих флюидов, причем выбор основан по меньшей мере частично на анализе (например, характеристик потока и/или характеристик стока одного или более потенциально подходящих обрабатывающих флюидов, закачанных в одну или более моделей мини-пласта). Выбранный обрабатывающий флюид можно использовать, например, в подземном пласте (так, как в процессе извлечения углеводорода из подземного пласта). Аналогично, в некоторых вариантах реализации изобретения, способы определения могут включать выбор добавки из множества потенциально подходящих добавок, причем выбранная добавка вносится в обрабатывающий или другой флюид (например, для использования при добыче углеводорода или других операциях в подземном пласте).
В других вариантах реализации изобретения, такие способы определения могут включать определение состава обрабатывающего флюида, основанное по меньшей мере частично на анализе одного или более флюидов, прокачанных через модель мини-пласта.
В других вариантах реализации изобретения, способы определения могут включать определение не подлежащих использованию обрабатывающего флюида или добавки, основанное по меньшей мере частично на анализе одного или более обрабатывающих флюидов (или одной или более добавок), закачанных в одну или более моделей мини-пласта.
Обрабатывающие флюиды
Каждый из множества потенциально подходящих флюидов может содержать различные типы и/или различные составы потенциально подходящего флюида. Например, первая потенциально подходящая добавка может представлять собой слабо эмульгирующее поверхностно-активное вещество, вторая потенциально подходящая добавка может представлять собой неэмульгирующее поверхностно-активное вещество, а третья потенциально подходящая добавка может представлять собой сильно эмульгирующее поверхностно-активное вещество. Слабо эмульгирующие поверхностно-активные вещества могут содержать любое поверхностно-активное вещество, способное формировать относительно недолговечные или временные эмульсии нефти в кислоте, нефти в воде или другие эмульсии нефти в водной фазе. В некоторых вариантах реализации изобретения, подходящие слабо эмульгирующие поверхностно-активные вещества могут характеризоваться их способностью образовывать одну или более эмульсий нефти в водной фазе, которые распадаются и преобразуются всегда, когда эмульсия подвергается воздействию сдвигающих усилий. Таким образом, в некоторых вариантах реализации изобретения, выбор обрабатывающего флюида, содержащего слабо эмульгирующее поверхностно-активное вещество, в пласте может привести к созданию эмульсий, которые распадаются и преобразуются при воздействии сдвигающего потока.
В других вариантах реализации изобретения необходимо сделать выбор среди множества поверхностно-активных веществ - например, такой как выбрать поверхностно-активное вещество(а), лучше всего проявляющее нужные свойства, например, как выбор наиболее слабо эмульгирующего поверхностно-активного вещества из потенциально подходящих поверхностно-активных веществ или, как выбор наименее эмульгирующего (т.е., наиболее “неэмульгирующего”) поверхностно-активного вещества. В некоторых вариантах реализации изобретения, визуальный анализ может помочь идентифицировать слабо- или неэмульгирующее поверхностно-активное вещество. Например, можно проанализировать множество снимков, сделанных за данный период времени, чтобы определить, имеет ли место образование и распад эмульсий нефти в водной фазе, которые совместимы с понятием слабо эмульгирующего поверхностно-активного вещества. С другой стороны, в других вариантах реализации изобретения, снимки могут быть проанализированы, чтобы определить отсутствие эмульсий, как для выбора неэмульгирующего поверхностно-активного вещества. Выбранное поверхностно-активное вещество может быть включено в обрабатывающий флюид. Например, в некоторых вариантах реализации изобретения, оно может быть включено в жидкость для гидроразрыва. Аналогично, способы в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения могут включать выбор жидкости для гидроразрыва из потенциально подходящих жидкостей для гидроразрыва, причем каждая из потенциально подходящих жидкостей для гидроразрыва содержит отличное поверхностно-активное вещество.
В другом примере, в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения, первый потенциально подходящий обрабатывающий флюид может содержать слабо эмульгирующее поверхностно-активное вещество; второй потенциально подходящий обрабатывающий флюид может содержать неэмульгирующее поверхностно-активное вещество; третий потенциально подходящий обрабатывающий флюид может содержать сильно эмульгирующее поверхностно-активное вещество; и четвертый потенциально подходящий обрабатывающий флюид может по существу не содержать поверхностно-активного вещества. Каждый из четырех может быть закачан в модель мини-пласта и проанализирован в соответствии с описанными в данном документе вариантами реализации изобретения. Анализ может включать, например, вычисление коэффициента извлечения нефти, и потенциально подходящее поверхностно-активное вещество, обеспечивающее наибольший коэффициент извлечения нефти, может быть выбрано для использования в подземном пласте.
В другом приведенном в качестве примера варианте реализации изобретения, каждый из двух или более потенциально подходящих обрабатывающих флюидов и/или каждая из потенциально подходящих добавок может содержать слабо эмульгирующее поверхностно-активное вещество. Каждый потенциально подходящий флюид может быть закачан и проанализирован, чтобы оценить, например, тенденцию к эмульгации. В некоторых случаях, одни и те же потенциально подходящие флюиды могут проявлять различные свойства в разных подземных пластах; таким образом, один и тот же набор потенциально подходящих флюидов можно может быть испытан в каждом из множества тестов, причем каждый тест включает использование отличной модели мини-пласта (например, каждое устройство может иметь отличную конструкцию, химию поверхности или т. п., которые отражают различия между разными подземными пластами, как обсуждалось в других разделах данного документа).
Другие потенциально подходящие флюиды можно оценивать и/или выбирать в соответствии с другими вариантами реализации изобретения. Например, потенциально подходящие флюиды (например, потенциально подходящие обрабатывающие флюиды и/или потенциально подходящие добавки) могут, в определенных вариантах реализации изобретения, содержать вещество, выбранное из группы, состоящей из: поверхностно-активных веществ; кислот; ингибиторов отложений; ингибиторов коррозии; понизителей трения; газов для закачки газа; гидратных ингибиторов; парафиновых ингибиторов; пенообразователей; загустителей; антиэмульгаторов; биоцидов; и их комбинаций.
Кроме того, термины “потенциально подходящая добавка”, “потенциально подходящий обрабатывающий флюид”, “потенциально подходящий флюид” и т. п. не обязательно подразумевают какую-либо конкретную степень или даже существование рассмотрения таких добавок или обрабатывающих флюидов для конкретной цели. Скорее, они предназначены только чтобы помочь в установлении различия между группой тестируемых флюидов и флюидом, действительно выбранным из группы тестируемых флюидов, и/или из подмножества этой группы (в вариантах реализации изобретения, к которым применим выбор из группы). Аналогично, выбранный флюид может, в некоторых вариантах реализации изобретения, не обязательно быть из группы прошедших тестирование; наоборот, анализ потенциально подходящих обрабатывающих флюидов и/или добавок может привести к выводу, что не следует использовать ни один из этих флюидов и/или добавок. Аналогично, анализ может привести к решению об использовании совершенно другого флюида или добавки. Потенциально подходящие флюиды или т.п. могут быть альтернативно описаны просто как вторые флюиды, третьи флюиды, четвертые флюиды и так далее, чтобы отличать их от углеводородных флюидов, которые могли быть одновременно, предварительно и/или впоследствии закачаны в модель мини-пласта, в которой потенциально подходящий флюид есть, был или будет закачан.
Тем не менее, ссылка на множество потенциально подходящих флюидов (и/или обрабатывающих флюидов, добавок и т.п.) в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения, может идентифицировать группу флюидов, которые тестируются или предполагаются для введения в подземный пласт; и/или такая ссылка может идентифицировать группу флюидов, которые могут оказаться подходящими для введения в подземный пласт. В конкретных вариантах реализации изобретения, группа подходящих флюидов может представлять собой флюиды, подходящие для определенной цели (например, группа подходящих поверхностно-активных веществ, антиэмульгаторы, парафиновые ингибиторы, ингибиторы образования гидратов, загустители, понизители трения, ингибиторы коррозии, ингибиторы отложений, кислоты, биоциды, вспенивающие агенты и т.п.).
Описанные выше примеры способов и анализа включают частные и специфические примеры методик, относящихся только к некоторым вариантам реализации настоящего изобретения. Возможны другие системы и способы, относящиеся к различным вариантам реализации изобретения, и некоторые варианты реализации могут включать более общие способы, которые не обязательно ограничены специальными средствами закачивания или специальными анализами и т.д.
Например, жидкий углеводород можно закачивать в пористую структуру модели мини-пласта любыми подходящими средствами, например, с использованием достаточно высокого вытесняющего давления и такого расположения выхода, что прежде чем его достичь, жидкий углеводород должен пройти через пористую структуру. Таким образом, модель мини-пласта не обязательно должна быть спроектирована с предпочтительной смачиваемостью углеводорода относительно воздуха. Кроме того, вытесняющее давление жидкого углеводорода не обязательно должно оставаться постоянным, оно может изменяться в процессе осуществления способа. Далее, один или более выходов могут быть закрыты (если имеется более чем один выход), как только жидкий углеводород по существу смочит каналы пористой структуры и/или прекратится движущая сила жидкого углеводорода (например, может быть закрыт регулятор вытесняющего газа), что приведет к внедрению углеводорода в пористую структуру модели мини-пласта. Альтернативно, можно убрать движущую силу жидкого углеводорода, оставляя выход открытым, тем самым давая возможность по меньшей мере части (но не обязательно всему) жидкого углеводорода в пористой структуре оставаться в пористой структуре. Следовательно, в общем случае, закачивание жидкого углеводорода в пористую структуру модели мини-пласта может, в некоторых вариантах реализации изобретения, включать любой из вариантов: (1) стационарное и/или непрерывное закачивание потока, или (2) дозированное закачивание. Такие же методики можно равным образом применять в некоторых вариантах реализации изобретения к любому другому закачиваемому флюиду (например, к потенциально подходящей добавке, потенциально подходящему обрабатывающему флюиду или другому веществу, закачиваемому в модель мини-пласт), так что закачивание любого флюида в пористую структуру модели мини-пласта может, аналогичным образом, включать стационарное и/или непрерывное закачивание потока, или дозированное закачивание. Далее, как уже говорилось, дозированное закачивание может сопровождаться закрытием выхода. При помощи данного описания, рядовой специалист может определить условия, при которых будет подходящим использование одного или более различных типов закачивания.
Далее станет ясно, что эти различные подтипы закачивания могут привести к различным методикам, в соответствии с дальнейшими вариантами реализации изобретения, такие как дозированное закачивание жидкого углеводорода и других флюидов в пористую структуру модели мини-пласта. Иными словами, способы по некоторым вариантам реализации изобретения могут включать: закачивание жидкого углеводорода в пористую структуру; прекращение закачивания жидкого углеводорода; и после этого закачивание в пористую структуру потенциально подходящего обрабатывающего флюида (и/или потенциально подходящей добавки или другого флюида). С другой стороны, способы по другим вариантам реализации изобретения могут, как подробно описано выше со ссылкой на Фигуру 3, включать по меньшей мере частично одновременное закачивание жидкого углеводорода и потенциально подходящего флюида. Иными словами, в течение по меньшей мере некоторого периода времени, как жидкий углеводород, так и потенциально подходящий флюид могут закачиваться в модель мини-пласта по существу одновременно (хотя следует понимать, что такие закачивания могут осуществляться при одинаковых или различных вытесняющих давлениях и/или равных или различных скоростях потока).
Следовательно, использующему данное описание рядовому специалисту будет понятно, что при помощи способов по различным вариантам реализации изобретения, можно моделировать много различных процессов извлечения углеводорода (в числе других процессов). Например, варианты реализации изобретения в соответствии со способами, которые описаны выше со ссылкой на Фигуру 3 и, в частности, те определенные варианты реализации изобретения, включающие по меньшей мере частично одновременное закачивание двух или более флюидов, могут представлять примеры моделирования процесса совместного извлечения углерода (например, такой процесс, как закачивание воды, в котором обрабатывающий флюид и углеводород протекают в одинаковом направлении, что может происходить, например, в двухскважинной системе, в которую входят продуктивная и нагнетательная скважины). Другие способы, в соответствии с другими вариантами реализации изобретения, могут моделировать способы противо-углеродного производства, такие, которые наблюдаются в процессах гидроразрыва и/или кислотного гидроразрыва (например, процессы, в которых обрабатывающий флюид затекает в подземный пласт из ствола скважины, а углеводород вытекает из подземного пласта в тот же ствол скважины и находится, в общем случае, в противотоке относительно потока обрабатывающего флюида). Например, для моделирования противо-углеродных процессов, таких как гидроразрыв, можно использовать способы, включающие внедрение углеводорода в модель мини-пласта с последующим закачиванием одного или более других флюидов.
Кроме того, как было указано, при помощи различных способов реализации настоящего изобретения можно оценивать различные флюиды. Например, можно оценить каждый из множества потенциально подходящих обрабатывающих флюидов и/или потенциально подходящих добавок для обрабатывающих флюидов. В частности, потенциально подходящая добавка может представлять собой или содержать одно или более из (и/или потенциально подходящий обрабатывающий флюид может содержать одно или более из) следующих веществ: поверхностно-активное вещество, ингибитор коррозии, ингибитор отложений, газ для закачки газа, ингибиторы образования гидратов, парафиновый ингибитор, пенообразователь, понизитель трения, загуститель, биоцид, антиэмульгатор и их комбинации.
Чтобы улучшить понимание настоящего изобретения, ниже обсуждаются дополнительные примеры способов по различным вариантам реализации. В общем случае, за исключением ситуаций, когда ниже указано иное, предыдущие описания различных специфических аспектов последующих способов (таких, как диапазон потенциально подходящих флюидов, типы анализов, различные методики закачивания и т.п.) равно применимы к описанным ниже вариантам реализации изобретения. Например, ссылка в обсуждаемом ниже способе на закачку, закачивание или т.п. может относиться к любым методам закачивания, совместимым с приведенным выше описанием закачивания жидкого углеводорода и других флюидов в пористую структуру модели мини-пласта.
Способ по некоторым, приведенным в качестве примера, вариантам реализации изобретения может включать: закачивание первой порции углеводородного флюида в пористую структуру модели мини-пласта; закачивание второго флюида в пористую структуру; анализ потока второго флюида через пористую структуру модели мини-пласта; и определение состава обрабатывающего флюида для применения в подземном пласте на основе по меньшей мере частично результатов анализа потока второго флюида. В некоторых вариантах реализации изобретения, способ может дополнительно включать закачивание второго углеводородного флюида в пористую структуру второй модели мини-пласта; закачивание четвертого флюида в пористую структуру второй модели мини-пласта; и анализ потока четвертого флюида через пористую структуру второй модели мини-пласта. Определение состава обрабатывающего флюида в таких вариантах реализации изобретения может дополнительно основываться по меньшей мере частично на результатах анализа потока четвертого флюида. В определенных вариантах реализации изобретения, любой из второго или четвертого флюидов можно независимо выбирать из группы, состоящей из: потенциально подходящих обрабатывающих флюидов, потенциально подходящих добавок и их комбинаций. В некоторых из этих вариантов реализации изобретения, определение состава обрабатывающего флюида может включать выбор либо второго, либо третьего флюида для использования в качестве обрабатывающего флюида или для включения в обрабатывающий флюид. Другие варианты реализации изобретения могут аналогично включать третий углеводородный флюид, закачанный в пористую структуру третьей модели мини-пласта, и закачивание шестого флюида в пористую структуру третьей модели мини-пласта и т. д., с анализом, охватывающим каждый закачанный второй, четвертый, шестой и т. д. флюиды (и, в некоторых вариантах реализации изобретения, включающим сравнение относительных характеристик второго, четвертого, шестого и т. д. флюидов).
1-й вариант реализации изобретения может включать способ, включающий: закачивание первого потенциально подходящего флюида в пористую структуру первой модели мини-пласта; закачивание второго потенциально подходящего флюида в пористую структуру второй модели мини-пласта; получение первых визуальных данных потока первого потенциально подходящего флюида через первую модель мини-пласта; получение вторых визуальных данных потока второго потенциально подходящего флюида через вторую модель мини-пласта; и выбор флюида для закачивания в подземный пласт, основываясь по меньшей мере частично на визуальном анализе первых и вторых визуальных данных.
2-й вариант реализации изобретения может включать способ по первому варианту реализации изобретения, при этом первый и второй потенциально подходящие флюиды входят во множество потенциально подходящих флюидов; каждый из множества потенциально подходящих флюидов содержит вещество, выбранное из группы, состоящей из: обрабатывающих флюидов, добавок и любой их комбинации; и причем флюид для закачивания в подземный пласт выбирают из множества потенциально подходящих флюидов.
3-й вариант реализации изобретения может включать способ по любому из 1-го и 2-го вариантов реализации изобретения, причем способ дополнительно включает закачивание первого углеводородного флюида в пористую структуру первой модели мини-пласта; и закачивание второго углеводородного флюида в пористую структуру второй модели мини-пласта.
4-й вариант реализации изобретения может включать способ по 3-му варианту реализации изобретения, в котором первый углеводородный флюид закачивается перед введением первого потенциально подходящего флюида; и в котором дополнительно второй углеводородный флюид закачивается перед введением второго потенциально подходящего флюида.
5-й вариант реализации изобретения может включать способ по 4-му варианту реализации изобретения, в котором каждый из первого и второго углеводородных флюидов закачивается дозированием; при этом закачивание первого углеводородного флюида по существу завершено до начала закачивания первого потенциально подходящего флюида; и в котором закачивание второго углеводородного флюида по существу завершено до начала закачивания второго потенциально подходящего флюида.
6-й вариант реализации изобретения может включать способ по любому из 3-го - 5-го вариантов реализации изобретения, в котором первый потенциально подходящий флюид закачивается по меньшей мере частично одновременно с первым углеводородным флюидом; и в котором дополнительно второй потенциально подходящий флюид закачивается по меньшей мере частично одновременно со вторым углеводородным флюидом.
7-й вариант реализации изобретения может включать способ по любому из 3-го - 6-го вариантов реализации изобретения, в котором каждый из первого и второго углеводородных флюидов закачивается в режиме непрерывного потока.
8-й вариант реализации изобретения может включать способ по любому из предшествующих вариантов реализации изобретения, в котором каждый из первого потенциально подходящего флюида и второго потенциально подходящего флюида закачиваются по существу одновременно.
A 9th вариант реализации изобретения может включать способ по любому из предшествующих вариантов реализации изобретения, в котором каждые из первых визуальных данных и вторых визуальных данных получены, когда каждый из первого потенциально подходящего флюида и второго потенциально подходящего флюида закачивается в модель мини-пласта примерно с одинаковым вытесняющим давлением.
10-й вариант реализации изобретения может включать способ по любому из предшествующих вариантов реализации изобретения, в котором пористая структура первой модели мини-пласта содержит нано-поры; и в котором дополнительно пористая структура второй модели мини-пласта содержит нано-поры.
11-й вариант реализации изобретения может включать способ по любому из 3-го - 7-го вариантов реализации изобретения, в котором каждый из первого и второго углеводородных флюидов имеет по существу одинаковый состав.
12-й вариант реализации изобретения может включать способ по любому из 3-го - 7-го и 11-го вариантов реализации изобретения, в котором каждый из первого и второго углеводородных флюидов имеет по существу одинаковый состав.
13-й вариант реализации изобретения может включать способ по любому из предшествующих вариантов реализации изобретения, в котором каждый потенциально подходящий флюид содержит поверхностно-активное вещество.
14-й вариант реализации изобретения может включать способ по любому из предшествующих вариантов реализации изобретения, дополнительно включающий ввод выбранного флюида в жидкость для гидроразрыва внутрь подземного пласта.
15-й вариант реализации изобретения может включать способ по любому из 13-го и 14-го вариантов реализации изобретения, в котором выбор флюида для закачивания в подземный пласт включает выбор потенциально подходящего флюида, содержащего слабо эмульгирующее поверхностно-активное вещество.
16-й вариант реализации изобретения может включать способ по любому из предшествующих вариантов реализации изобретения, в котором визуальный анализ первых и вторых визуальных данных включает оценку тенденции к эмульгированию.
17-й вариант реализации изобретения может включать способ по 16-му варианту реализации изобретения, дополнительно включающий: перемешивание первой модели мини-пласта, когда первая модель мини-пласта содержит в себе один или более флюидов; и перемешивание второй модели мини-пласта, когда вторая модель мини-пласта содержит в себе один или более флюидов.
18-й вариант реализации изобретения может включать способ, включающий: закачивание углеводородного флюида в пористую структуру модели мини-пласта; закачивание второго флюида в пористую структуру; определение насыщения углеводородным флюидом, закачанным в пористую структуру; определение насыщения вторым флюидом, закачанным в пористую структуру; и, основываясь по меньшей мере частично, на определении насыщения каждым из углеводородного флюида и второго флюида, определение коэффициента извлечения нефти, обусловленного вторым флюидом.
19-й вариант реализации изобретения может включать способ по 18-му варианту реализации изобретения, дополнительно включающий закачивание подготовительного флюида внутрь пористой структуры и определение насыщения подготовительным флюидом, закачанным в пористую структуру; при этом определение коэффициента нефтеотдачи, связанного со вторым флюидом, дополнительно основано по меньшей мере частично на определении насыщения подготовительным флюидом.
20-й вариант реализации изобретения может включать способ по любому из 18-го и 19-го вариантов реализации изобретения, дополнительно включающий: закачивание дополнительной порции углеводородного флюида внутрь пористой структуры второй модели мини-пласта; закачивание третьего флюида внутрь пористой структуры второй модели мини-пласта; определение насыщения дополнительной порцией углеводородного флюида, закачанной внутрь пористой структуры второй модели мини-пласта; определение насыщения третьим флюидом, закачанным внутрь пористой структуры второй модели мини-пласта; и, основываясь по меньшей мере частично на определении насыщения дополнительной порцией углеводородного флюида и третьим флюидом, определение второго коэффициента извлечения нефти, причем этот второй коэффициент извлечения обусловлен третьим флюидом.
21-й вариант реализации изобретения может включать способ по 20-му варианту реализации изобретения, в котором каждый из второго и третьего флюидов представляет собой потенциально подходящий обрабатывающий флюид из множества потенциально подходящих обрабатывающих флюидов.
22-й вариант реализации изобретения может включать способ по 21-му варианту реализации изобретения, дополнительно включающий: выбор обрабатывающего флюида из множества потенциально подходящих обрабатывающих флюидов для использования в подземном пласте, основываясь по меньшей мере частично на определении коэффициента извлечения нефти и второго коэффициента извлечения нефти.
23-й вариант реализации изобретения может включать способ по 22-му варианту реализации изобретения, в котором выбранный обрабатывающий флюид содержит слабо эмульгирующее поверхностно-активное вещество.
24-й вариант реализации изобретения может включать способ, включающий: закачивание углеводородного флюида в каждую из множества моделей мини-пласта, причем каждая модель мини-пласта содержит пористую структуру; закачивание каждого из множества потенциально подходящих флюидов в соответствующую одну из множества моделей мини-пласта; наблюдение относительных характеристик каждого из множества потенциально подходящих флюидов в каждой соответствующей модели мини-пласта; и, основываясь по меньшей мере частично на наблюдаемых относительных характеристиках, выбор потенциально подходящего флюида из множества потенциально подходящих флюидов для применения в подземном пласте.
25-й вариант реализации изобретения может включать способ по 24-му варианту реализации изобретения, в котором каждый потенциально подходящий флюид содержит вещество, выбранное из группы, состоящей из: поверхностно-активных веществ; ингибиторов коррозии; ингибиторов отложений; газов для закачки газа; понизителей трения; пенообразователей; ингибиторов образования гидратов; парафиновых ингибиторов; биоцидов; загустителей; антиэмульгаторов; и их комбинаций.
26-й вариант реализации изобретения может включать способ, включающий: закачивание первого потенциально подходящего флюида в пористую структуру модели мини-пласта; закачивание второго потенциально подходящего флюида во вторую пористую структуру модели мини-пласта; получение первых визуальных данных потока первого потенциально подходящего флюида, проходящего через первую пористую структуру; получение вторых визуальных данных потока второго потенциально подходящего флюида, проходящего через вторую пористую структуру; и выбор флюида для закачивания в пласт, основываясь по меньшей мере частично на визуальном анализе первых и вторых визуальных данных.
27-й вариант реализации изобретения может включать способ по 26-му варианту реализации изобретения, дополнительно включающий закачивание первого углеводородного флюида в первую пористую структуру; и закачивание второго углеводородного флюида во вторую пористую структуру.
28-й вариант реализации изобретения может включать способ по 27-му варианту реализации изобретения, в котором первый углеводородный флюид закачивается перед введением первого потенциально подходящего флюида; и в котором дополнительно второй углеводородный флюид закачивается перед введением второго потенциально подходящего флюида.
29-й вариант реализации изобретения может включать способ по любому из 27-го и 28-го вариантов реализации изобретения, отличающийся тем, что каждый из первого и второго углеводородных флюидов получены из одного и того же пласта.
30-й вариант реализации изобретения может включать способ по любому из 26-го -29-го вариантов реализации изобретения, в котором каждый потенциально подходящий флюид содержит поверхностно-активное вещество.
31-й вариант реализации изобретения может включать способ по 30-му варианту реализации изобретения, в котором флюид, предназначенный для закачивания в пласт, выбирается из множества потенциально подходящих флюидов.
32-й вариант реализации изобретения может включать способ по любому из 26-го - 31-го вариантов реализации изобретения, в котором первый потенциально подходящий флюид и второй потенциально подходящий флюид закачиваются по существу одновременно.
33-й вариант реализации изобретения может включать способ по любому из 1-го - 17-го вариантов реализации изобретения, в котором каждая из пористых структур первой и второй моделей мини-пласта выполнена с возможностью приблизительно соответствовать пористой структуре внутри подземного пласта.
34-й вариант реализации изобретения может включать способ по любому из 18-го - 23-го вариантов реализации изобретения, в котором пористая структура модели мини-пласта выполнена с возможностью приблизительно соответствовать пористой структуре внутри подземного пласта.
35-й вариант реализации изобретения может включать способ по любому из 24-го - 25-го вариантов реализации изобретения, в котором каждая пористая структура каждой модели мини-пласта выполнена с возможностью приблизительно соответствовать пористой структуре внутри подземного пласта.
36-й вариант реализации изобретения может включать способ по любому из 26-го -32-го вариантов реализации изобретения, в котором каждая из первой и второй пористых структур выполнена с возможностью приблизительно соответствовать пористой структуре внутри подземного пласта.
37-й вариант реализации изобретения может включать способ по любому из 1-го, 3-го - 17-го, 24-го - 33-го и 35-го -36-го вариантов реализации изобретения, в котором каждый потенциально подходящий флюид входит во множество потенциально подходящих флюидов.
С целью лучшего понимания настоящего изобретения представлен следующий пример в соответствии с некоторыми примерами вариантов реализации изобретения. Подобный пример ни в коем случае не следует рассматривать как ограничивающий объем изобретения только приведенным ниже примером.
ПРИМЕР
В данном примере два различных типа потенциально подходящих поверхностно-активных веществ сравнили друг с другом и с контрольным флюидом, не содержащим поверхностно-активное вещество (в данном случае 4% раствор KCl). Относительные возможности извлечения нефти были проанализированы на основе исследования потока через нано-флюидное устройство Аналоговой пористой среды (PMA) на основе кремнезема
A. Установки
Нефть-сырец, полученная из сланцевого пласта Eagle Ford (расположен в Техасе), имела номер API 41.8. Анализ состава нефти показал, что она имела общую кислотность 0,01 и общую щелочность 1,97, что указывает на содержание большего количества щелочных соединений, которые обычно несут положительный заряд. В экспериментах использовали два поверхностно-активных вещества с существенно различными химическими свойствами. Одно из них было обычным стандартным неэмульгирующим поверхностно-активным веществом, которое обычно не образует эмульсий с нефтью; второе было слабо эмульгирующим поверхностно-активным веществом, которое обычно образует недолговечную эмульсию нефти в воде (наружная вода). Оба поверхностно-активных вещества были приготовлены в 4% растворе KCl в концентрации 2000 ч./млн., или приблизительно 2 галл./1000 галл.
2
Нано-флюидное устройство PMA было изготовлено по технологии, описанной Mao and Han 2011. На Фигуре 8 представлена серия из 4 электронных микроснимков нано-флюидного чипа, который использовался в данном Примере. Пористая структура имела площадь около 400×600 мкм. На снимке 801 показан общий вид устройства; на снимке 802 показан вид сверху произвольной пористой структуры; на снимке 803 показан вид произвольной пористой структуры под углом 30°; и на снимке 804 показана часть пористой структуры с большим увеличением.
2
Пористые структуры были зафиксированы в двухсторонних полированных <100> кремниевых полупроводниковых пластинах (толщина = 250 мкм) с нитридом кремния с низким напряжением (~100 нм) с обеих сторон. Первая, произвольная пористая структура, состоящая из нано-каналов, площадью 400×600 мкм и шириной каналов 3 мкм была зафиксирована при помощи глубокого реактивного ионного травления по методу мозаичной диаграммы Вороного, описанному Wu et al. 2012. Глубина нано-каналов составляла приблизительно 300 нм, которая была определена как размер прохода пор, а расчетная пористость составляла 20%. Далее, на обеих сторонах произвольной пористой структуры были заданы два микро-канала шириной 10 мкм. В конце, произвели через полупроводниковую пластину глубокое реактивное ионное травление задней стороны, чтобы создать входные и выходные отверстия на четырех концах микроканалов. Затем изготовленное устройство анодно связали с тонким предметным стеклом Pyrex (Pyrex 7740, 40×20×0,25 мм) и обработали химикатом силаном, что привело к однородной смачиваемости нефтью. Чтобы предотвратить загрязнение поверхности, устройство целиком промыли деионизированной (DI) водой и метанолом, затем высушили газообразным азотом перед использованием.
Были использованы установки, подобные показанной на Фигуре 3. Источник азота присоединили к двум капиллярным трубкам через регуляторы давления. Капиллярные трубки служили в качестве резервуаров различных флюидов, использованных в данном Примере (нефть, 4 % раствор KCl, раствор 2000 ч./млн. слабо эмульгирующего поверхностно-активного вещества и раствор 2000 ч./млн. неэмульгирующего поверхностно-активного вещества). Капиллярные трубки были присоединены к нано-флюидному устройству через трубки с внутренним диаметром 150 мкм и наружным диаметром 360 мкм. Эксперимент проводили при температуре окружающей среды. Устройство было очищено перед каждым использованием.
B. Способы
Нефть-сырец предварительно профильтровали с использованием нейлонового фильтра 0,22 мкм, затем закачали под давлением 0,69 бар (10 фунт/кв. дюйм) для заполнения микро-каналов и нано-каналов между микро-каналами. Смачиваемость поверхности каналов была предпочтительной к нефти относительно воздуха. В результате, этот процесс не оставил воздуха, захваченного внутри нано-флюидного устройства.
Постоянный поток нефти-сырца через один из двух микро-каналов был установлен путем сохранения разности давлений 0,69 бар (10 фунт/кв. дюйм) между входом и выходом микро-канала (нефтяной микро-канал). Давление на входе регулировали при помощи точного регулятора давления, соединенного с цилиндром с газообразным азотом, который контролировали цифровым датчиком давления. Выход был открыт в атмосферу. Этот поток устанавливал давление 0,35 бар (5 фунт/кв. дюйм) на соединении “нефтяной нано-канал микро-канал”, поскольку соединение было расположено посередине между входом и выходом нефтяного микро-канала. Эти установки и поток повторялись для каждого из трех устройств.
Растворы KCl и каждого поверхностно-активного вещества в отдельности закачали внутрь другого микро-канала (водный микро-канал) под давлением 0,69 бар (10 фунт/кв. дюйм). Выход водного микро-канала тоже был открыт в атмосферу. После того, как был установлен постоянный поток раствора поверхностно-активного вещества, давление на соединении “водный нано-канал и микро-канал” тоже составляло 0,35 бар (5 фунт/кв. дюйм), поскольку соединение было расположено посередине между входом и выходом нефтяного микро-канала. Поскольку гидродинамическое сопротивление в нано-каналах было значительно выше, чем в микро-каналах, большая часть закачанных флюидов двигалась через микро-каналы. Таким образом, вклад потоков в нано-каналах в потоки в микро-каналах был пренебрежимо мал, и в микро-каналах могли достигаться постоянные градиент давления и скорость потока.
Пока поток нефти-сырца внутри нефтяного микро-канала сохранялся при 0,69 бар (10 фунт/кв. дюйм), давление на входе водного канала прогрессивно увеличивалось, что повышало давление в соединении “водный нано-канал и микро-канал”. Например, когда давление на входе повысилось до 1,38 бар (20 фунт/ кв. дюйм), давление на соединении “водный нано-канал и микро-канал” увеличилось до 0,69 бар (10 фунт/кв. дюйм), и разность давлений по микро-каналам от водной до нефтяной стороны составила 0,35 бар (5 фунт/ кв. дюйм). Когда разность давлений превысила давление в капилляре, нефть была вытеснена из нано-каналов. Характер вытеснения и эффективность отслеживали и измеряли при помощи микроскопа “OLYMPUS” BX60 (поставляет Olympus America Inc.) с 10X и 50X объективами.
C. Обработка изображений
Для визуализации извлечения нефти и сравнения эффективности вытеснения нефти, обработку изображений производили при помощи программы “MATLAB”, поставляемой MathWorks, Inc. В этом процессе использовали вычитание изображений, чтобы подчеркнуть контраст между нефтяной и водной фазами. Обычно, эталонным изображением (Изображение A, формат tiff) было то, которое было снято, когда нано-каналы были заполнены нефтью. По мере вытеснения, был сделан другой снимок (Изображение B, формат tiff), и изменение насыщения нефтью можно зарегистрировать прямым вычитанием Изображения A из нового Изображения B.
D. Результаты
1. Заводнение флюидом KCl
Не содержащий поверхностно-активного вещества флюид - 4% раствор KCl - закачали в нано-флюидное устройство для вытеснения нефти-сырца. На Фигуре 9 показаны обработанные микрофотографии вытеснения нефти-сырца раствором KCl при каждом из следующих вытесняющих давлений (измерены на входе): 2,62, 2,76, 3,10 и 3,45 бар (38, 40, 45 и 50 фунт/кв. дюйм), на каждой из Фигур 9a, 9b, 9c и 9d. Каждое вытесняющее давление соответственно согласовано с разницей давлений 0,79, 0,86, 1,03 и 1,20 бар (11,5, 12,5, 15 и 17,5 фунт/ кв. дюйм) вдоль произвольной пористой структуры. Прорыв KCl (иными словами, когда контрольный флюид достиг нефтяного канала) произошел при 2,62 бар (38 фунт/ кв. дюйм). Важно, что насыщение нефтью, как наблюдалось, не уменьшалось после прорыва, если давление сохраняли постоянным. Похоже, что большая часть вытесняющего флюида просто следовала по пути наименьшего сопротивления и оставляла основную часть нефти позади. И наоборот, на Фигурах от 9a до 9d видно также, что насыщение нефтью начало уменьшаться при повышении давления, из этого можно заключить, что достаточное падение давления или депрессия может, в конце концов, преодолеть капиллярные силы и вытеснить основную часть нефти из произвольной пористой структуре с размером просвета пор 300 нм.
2. Заводнение слабо эмульгирующим поверхностно-активным веществом
Слабо эмульгирующее поверхностно-активное вещество, приготовленное в 4% KCl, закачали в нано-флюидное устройство для вытеснения нефти-сырца. Фигура 10 иллюстрирует обработанные изображения вытеснения нефти при следующих вытесняющих давлениях (измеренных со стороны входа): 1,38, 2,07 и 2,76 бар (20, 30 и 40 фунт/ кв. дюйм) на каждой из Фигур 10a, 10b и 10c (соответствующих разности давлений 0,35, 0,69 и 1,03 бар (5, 10 и 15 фунт/кв. дюйм) вдоль произвольной пористой структуры). Как показано на Фигурах 11a и b, наблюдалось, что контраст между нефтью-сырцом и раствором поверхностно-активного вещества был очень низким по сравнению с контрольным флюидом, и картина прорыва едва обнаруживалась. На Фигуре 11a представлена оптическая микрофотография вытеснения нефти-сырца, используя контрольный флюид при вытесняющем давлении 2,76 бар (40 фунт/кв. дюйм); на Фигуре 11b показано вытеснение нефти-сырца слабо эмульгирующим поверхностно-активным веществом при вытесняющем давлении 2,07 бар (30 фунт/кв. дюйм). Этот эффект может быть вызван капельками эмульгированной нефти или тонкой нефтяной пленкой, прикрепившейся к поверхности произвольной пористой структуры (см. Фигура 11c), тем самым снижая контрастность. Картина вытеснения была более однородной, когда нефть вытеснялась с использованием WES (weakly emulsifying surfactants - слабо эмульгирующие поверхностно-активные вещества), а не контрольного флюида, а это указывает, что поверхностно-активное вещество значительно снижает капиллярное давление и модифицирует фронт продвижения заводняющего флюида на поршнеподобный тип. Дополнительно, было показано, что при 2,76 бар (40 фунт/ кв. дюйм), при использовании WES, извлекается больше нефти-сырца, чем в случае контрольного флюида.
3. Заводнение неэмульгирующим поверхностно-активным веществом
Неэмульгирующее поверхностно-активное вещество, приготовленное в 4% KCl, закачали в нанофлюидное устройство для вытеснения нефти-сырца. Фигуры 12a и b иллюстрируют обработанные изображения вытеснения нефти при вытесняющем давлении 1,38 и 2,07 бар (20 и 30 фунт/ кв. дюйм) (соответствует разности давлений 0,35 и 0,69 бар (5 и 10 фунт/кв. дюйм)) вдоль произвольной пористой структуры. Обнаружилось, что прорыв происходит, вероятно, при 2,07 бар (30 фунт/ кв. дюйм); тем не менее, изменение насыщения нефтью между 1,38 и 2,07 бар (20 и 30 фунт/ кв. дюйм) практически незаметно из-за сверхнизкого контраста.
Результаты трех испытаний в нано-флюидном устройстве показывают, что поверхностно-активное вещество может значительно снизить капиллярное давление, и, таким образом, больше модифицирует фронт продвижения заводняющего флюида, так что оно было более поршнеподобного типа. При том же самом вытесняющем давлении, по сравнению с контрольным флюидом, не содержащим поверхностно-активного вещества, слабо эмульгирующее поверхностно-активное вещество приводит к более высокому извлечению нефти. Картину поршнеподобного вытеснения при заводнении слабо эмульгирующим поверхностно-активным веществом можно трактовать как более высокую эффективность вытеснения нефти. Соответственно, способ создает основу для выбора слабо эмульгирующего поверхностно-активного вещества для использовании в пласте Eagle Ford, из которого была взята данная нефть-сырец.
E. Подтверждающее исследование
Для оценки корректности лабораторных результатов, были сопоставлены данные продуктивности при использовании слабо эмульгирующего поверхностно-активного вещества и неэмульгирующего поверхностно-активного вещества в 45 скважинах, разнесенных по двум участкам сланцевого месторождения Eagle Ford. Эти скважины выбирали тщательно, и можно считать, что они минимально различаются по геометрии и химии пластов. Технологии процесса гидроразрыва тоже были подобными. На первом участке, скважины от 1 до 7 были обработаны слабо эмульгирующим поверхностно-активным веществом. Скважины от 8 до 23 (тоже на первом участке) были обработаны неэмульгирующим поверхностно-активным веществом. Скважины от 24 до 31 на втором участке были обработаны слабо эмульгирующим поверхностно-активным веществом; Скважины от 32 до 45 (тоже на втором участке) были обработаны неэмульгирующим поверхностно-активным веществом. На Фигуре 13 показаны данные продуктивности для этих скважин на каждом из двух участков в Eagle Ford для каждого поверхностно-активного вещества за 30-дневный период. Аналогично, на Фигуре 14 показаны данные продуктивности для этих скважин для каждого поверхностно-активного вещества за 90-дневный период . Данные, показанные на Фигурах 13 и 14, были нормированы по горизонтальной протяженности и стадиям гидроразрыва, что разделило влияние размера продуктивной скважины и использования поверхностно-активного вещества. Для сравнения эксплуатационных показателей, были рассчитаны средние данные продуктивности. Как показано на Фигурах 15 и 16 (представляющих среднюю продуктивность по каждой из 30- и 90-дневной серии данных о продуктивности, соответственно), слабо эмульгирующее поверхностно-активное вещество продемонстрировало лучшие эксплуатационные качества в обеих сериях данных о добыче для двух отдельных участков.
Таким образом, настоящее изобретение хорошо приспособлено для достижения указанных целей и преимуществ, а также тех, которые свойственны ему. Конкретные варианты реализации, раскрытые выше, являются только иллюстративными, поскольку настоящее изобретение может быть модифицировано и осуществлено различными, но эквивалентными способами, очевидными для специалистов в данной области техники, ознакомившихся с изложенными здесь концепциями. Кроме того, описанные в настоящем документе подробности конструкции или проекта не содержат ограничений, за исключением описанных далее в формуле изобретения. Таким образом, очевидно, что конкретные иллюстративные варианты реализации изобретения, раскрытые выше, могут быть изменены или модифицированы, и все такие изменения находятся в пределах объема и сущности настоящего изобретения. В частности, каждый диапазон значений (в виде «от около a до около b» или, что то же самое, «приблизительно от a до b» или, что то же самое, «приблизительно a-b»), описанный в данном документе, следует понимать как относящийся к булеану множества (множество всех подмножеств) соответствующего диапазона значений, и описывает каждый диапазон, входящий в более широкую область значений. Кроме того, термины в формуле изобретения имеют свой простой, обычный смысл, если иное явно и четко не определено патентообладателем.