Способы и композиции для определения геометрии трещины в подземных пластах
Изобретение относится к способам и композициям для определения геометрии трещины в подземных пластах. Способ определения геометрии трещины в подземных пластах предусматривает, что в трещину в пласте помещают расклинивающий агент или рабочую жидкость, которые содержат чувствительный к радиации материал, который содержит порошок, включащий ванадий, имеющий частицы с размером примерно 1-15 мкм, указанный материал является нерадиоактивным до тех пор, пока не будет подвергнут бомбардировке нейтронами во время проведения единственного каротажного прохода; облучают материал нейтронами после его размещения в трещине в пласте; измеряют гамма-излучение, испускаемое им, с получением пиковой радиации, излучаемой им; измеряют фоновую радиацию во время проведения единственного каротажного прохода, затем вычитают фоновую радиацию из указанной радиации пиковой энергии; и определяют высоту трещины в пласте по разности между фоновой радиацией и радиацией пиковой энергии. Расклинивающий агент, включающий основу и покрытие, где основа или покрытие содержат указанный выше материал. Рабочая жидкость, содержащая указанный выше расклинивающий агент. Технический результат - повышение эффективности и экологической безопасности. 4 н. и 15 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способам и композициям для определения геометрии трещины в подземных пластах.
Уровень техники
Выход углеводородов, таких как газ и нефть, из подземных пластов может быть увеличен путем разрыва пласта с целью стимулирования потока этих углеводородов в пласте. В настоящее время известны различные способы разрыва пласта, например гидравлический разрыв, при котором жидкости, газы и/или их комбинации закачивают в пласт под высоким давлением (обычно вместе с расклинивающими агентами).
Гидравлический разрыв часто используют в промышленности для повышения добычи нефти и природного газа из подземных пластов. Во время операции гидравлического разрыва текучую среду, обычно называемую «подушкой», закачивают в скважину под давлением, достаточным для разрывного вскрытия окружающего скважину пласта. Как только создается трещина, начинают закачивать подушку вместе с фазой суспензии, которая содержит как жидкость, так и расклинивающий агент, до тех пор, пока в трещину вместе с суспензией не будет введен достаточный объем расклинивающего агента. Спустя необходимое время операцию закачки останавливают и, начиная с этого времени, расклинивающий агент будет расклинивать трещину в пласте, предотвращая тем самым ее закупоривание. Благодаря трещине запертые углеводороды приобретают более эффективно проводящий путь к стволу скважины, чем тот, который был до этого, в результате чего дебит скважины повышается. Кроме создания глубоко проникающих трещин операция разрыва полезна также и в том, что она предотвращает повреждение ствола скважины, способствует второстепенным операциям, а также облегчает закачку или удаление пластовой минерализованной воды или производственных отходов.
Во время операции разрыва через пласт распространяются трещины. Распространение этих трещин по вертикали полезно для определения протяженности охваченного трещинами пространства, поскольку оно имеет отношение к продуктивному интервалу. Измерение высоты трещины оказывает операторам хорошую помощь при определении успешности проведенной операции разрыва и в случае необходимости для оптимизации проведения последующих операций на других скважинах месторождения. Кроме того, информация о высоте трещины может помочь в определении причин стимуляционных проблем, таких как пониженные скорости добычи или невыгодные водные фракции. Данные о высоте трещины могут указывать на то, было ли установлено сообщение между продуктивным пластом и прилегающими к нему зонами пласта, продуцирующими воду и неуглеводородные среды. Измерения высоты позволяют также контролировать точность примененных перед эксплуатацией скважины проектных моделирований трещины. Если установлен избыточный рост высоты трещины, это позволит предположить, что длина трещины короче проектного значения.
Как было сказано выше, одной из причин прослеживания распространения трещины по вертикали является опасение того, что возможен разрыв за пределами определенной зоны добычи углеводородов в прилегающую водосборную зону. Если это произойдет, вода потечет в зону добычи углеводородов и в ствол скважины, в результате чего скважина вместо желаемых углеводородов будет выдавать в основном воду. Если при этом все же имеется намерение добывать из этой скважины углеводороды, операторы должны решить серьезную проблему безопасного удаления нежелательной воды. Решение проблем, возникающих из-за разрыва за пределами зоны, увеличивает также эксплуатационные расходы. Вдобавок к этому, если трещина распространяется в прилегающий неуглеводородный пласт, материалы, используемые для сохранения трещины после падения давления флюида, могут быть захоронены на участках за пределами участка продуктивного пласта. Короче говоря, спасти скважину, которая была подвергнута разрыву за пределами зоны добычи углеводородов, является задачей дорогостоящей.
Из-за серьезных проблем, которые могут возникнуть из-за трещин за пределами зоны, желательно определять развитие трещины пласта. Имеется несколько способов и устройств, используемых для прослеживания и оценивания роста трещины в пласте, таких как радиоактивные индикаторы в рабочей жидкости (жидкости для разрыва), температурные диаграммы, скважинные телевизионные камеры, комплекты пассивной акустики и гамма-лучевая регистрация. Большая часть способов позволяет получать некоторые прямые оценки высоты зоны разрыва в скважине.
В одном из способов, применяемых для определения развития высоты трещины в пласте, используется радиоактивный индикатор. В этом способе для создания и распространения трещин в пласт закачивают рабочую жидкость, содержащую радиоактивный индикатор. В случае применения этой радиоактивной жидкости и расклинивающих индикаторов полученные после разрыва диаграммы гамма-каротажа обнаруживают более высокие уровни радиоактивности в местах, где нанесен индикатор, позволяя, таким образом, операторам оценивать развитие трещин.
В другом способе определения высоты разрыва используются температурные диаграммы и диаграммы гамма-каротажа. Температурные диаграммы, полученные до и после стимулирования, сравнивают с целью определения интервала, охлажденного в результате закачки рабочей жидкости, и, таким образом, получают оценку зоны разрыва. Однако такой способ имеет ограничения и неопределенности. Например, температурная диаграмма может оказаться трудной для расшифровки по причине низкотемпературного контраста, обратного потока из пласта до и после обработки или движения флюида снаружи обсадной трубы. Кроме того, применение радиоактивных индикаторов приводит к экологическим проблемам, таким как загрязнение потоков подземных вод и т.п., а потому является нежелательным.
Другие способы оценки геометрии скважины включают применение скважинной телевизионной камеры или применение акустических методов. Применение скважинной телевизионной камеры ограничено тем, что она может применяться для оценки высоты разрыва только в открытых стволах. Кроме того, применение скважинной телевизионной камеры ограничено из-за очень жестких условий по температуре и давлению в более глубоко пробуренных скважинах. Акустические методы затруднены неравномерным скважинным импедансом и/или необходимостью прокачки, в то время как инструмент находится в стволе скважины.
В дополнение к проблемам, связанным с каждым типом прослеживания, существуют и проблемы, неотъемлемо присущие технологии разрыва пласта. Во время операции разрыва рабочую жидкость обычно закачивают в пласт под высоким давлением, чтобы удерживать трещины в открытом состоянии, а для фиксации открытого состояния трещин в рабочую жидкость добавляют повышенное количество песка. Одной из проблем существующей технологии является то, что способы определения того, был ли пласт подвергнут разрыву за пределами продуктивной зоны, основаны на измерениях, производимых после обработки (после того как пласт был подвергнут разрыву). В таких системах проводят операцию разрыва, заканчивают операцию, тестируют скважину и анализируют данные. При этом с существующими системами детектирования ожидание получаемых после разрыва данных может занимать значительное время, вплоть до нескольких дней, что может задерживать операции завершения скважины и повышать расходы на персонал и эксплуатацию скважины.
Другая проблема, связанная с существующим послеоперационным каротажем или измерительными устройствами, состоит в том, что расходы, связанные с прерыванием разрывных работ с целью проведения измерения трещины, не являются ни практически целесообразными, ни осуществимыми. Поскольку при проведении операции разрыва рабочую жидкость закачивают в пласт под высоким давлением, временная остановка закачивания во время операции разрыва приведет к воздействию давления на рабочую жидкость со стороны стенок трещины в пласте. А это может привести к нежелательным результатам, таким как закупоривание трещин и обращение потока жидкости в сторону скважины или накопление в скважине песка. В добавок к этому, после проведения измерений и завершения операции каротажа операторы не могут перезапустить закачивающее оборудование в состоянии операции разрыва, непосредственно перед прерыванием. Вместо этого операторы должны повторять весь процесс разрыва с дополнительными расходами и непредсказуемыми результатами.
Система мониторинга могла бы обратиться к описанным выше проблемам и позволила бы операторам скважины контролировать процесс разрыва, контролировать размеры трещин и эффективно помещать более высокие концентрации рабочих жидкостей в нужный участок пласта. Кроме того, если имеется информация, что трещина близка к тому, чтобы выйти за пределы нужной зоны, операторы могут немедленно прекратить операцию разрыва. При этом анализ проводимой операции позволит оператору определить, когда необходимо закачивать более высокие концентрации расклинивающего агента в зависимости от таких факторов как вертикальная или боковая близость контактов нефти с водой по отношению к стволу скважины, наличие или отсутствие водосборных пластов и изменения по горизонтали физических свойств породы коллектора.
Таким образом, целесообразно контролировать геометрию трещины с использованием методов и композиций, которые недороги, предсказуемы и экологически безопасны.
Раскрытие изобретения
В заявке раскрывается способ, включающий помещение в трещину в пласте расклинивающую и/или рабочую жидкость, которая содержит чувствительный к радиации материал; и облучение чувствительного к радиации материала нейтронами за один каротажный проход; измерение гамма-излучения, испускаемого чувствительным к радиации материалом; вычитание фоновой радиации из радиации с пиковой энергией, излучаемой индием и/или ванадием; и определение высоты трещины в пласте на основе измеренного гамма-излучения.
В заявке раскрывается также расклинивающий агент, содержащий основу и покрытие, расположенное на основе, при этом основа и/или покрытие содержат чувствительный к радиации материал, который содержит индий и/или ванадий.
В заявке раскрывается также композиционный расклинивающий агент, содержащий основу, содержащую органический или неорганический материал, диспергированный в нем наполнитель и чувствительный к радиации материал, содержащий ванадий и/или индий.
Описание чертежей
На фиг.1 показан один примерный вариант осуществления расклинивающего агента, содержащего твердую сердцевину, на которой находится органическое покрытие, которое содержит чувствительный к радиации материал.
На фиг.2 показан другой вариант осуществления расклинивающего агента, содержащего сердцевину, изготовленную из частиц, на которых имеется органическое покрытие, которое включает в себя чувствительный к радиации материал.
На фиг.3 показан еще один вариант осуществления расклинивающего агента, который содержит органический материал, в котором диспергированы наполнитель и чувствительный к радиации материал.
Осуществление изобретения
Следует отметить, что, в соответствии с принципами заявки, выражения «первый, «второй» и т.п.не означают какого-либо порядка или значимости, а скорее используются для того, чтобы отличить один элемент от другого, а артикли «the», «а» и «an» не означают ограничения количества, а скорее означают присутствие по меньшей мере одного из упоминаемых элементов. Далее, все раскрытые в заявке диапазоны включают крайние точки и могут независимо комбинироваться.
В заявке раскрывается способ определения геометрии трещины, в котором используются экологически безопасные материалы. Эти экологически безопасные материалы являются нерадиоактивными до тех пор, пока они не будут подвергнуты бомбардировке нейтронами, и далее будут называться «чувствительными к радиации материалами». В одном из вариантов осуществления способ включает в себя определение геометрии трещины в пласте с использованием элементов-мишеней, которые включают в себя чувствительные к радиации материалы. Чувствительные к радиации материалы имеют короткий период полураспада, который позволяет их успешное применение в пласте, в то же самое время сводя к минимуму какое-либо небезопасное экологическое воздействие: либо в результате работы с ним, либо в результате вытекания расклинивающего агента из скважины после того, как скважина возвращается в режим добычи продукта.
Как было отмечено выше, чувствительными к радиации материалами, как это определено в заявке, являются материалы, которые становятся радиоактивными при бомбардировке нейтронами. Чувствительные к радиации материалы могут успешно вводиться в рабочую жидкость или же они могут составлять часть сердцевины самого расклинивающего агента. Рабочая жидкость или расклинивающий агент, содержащий чувствительный к радиации материал, могут применяться во время операции гидравлического разрыва. Рабочую жидкость и/или расклинивающие агенты, содержащие чувствительные к радиации материалы, закачивают в трещину в процессе создания трещины. После закачки в трещину чувствительные к радиации материалы облучаются нейтронами из источника нейтронов. Излучаемую чувствительными к радиации материалами гамма-излучение детектируют с помощью каротажного прибора. Поскольку чувствительные к радиации материалы имеют короткий период полураспада, эти материалы становятся радиоактивными лишь на короткий период времени. Установление местонахождения гамма-излучения используют для определения местонахождения чувствительных к радиации материалов в трещине и используют также для определения геометрии трещины. В одном из вариантов осуществления местонахождение чувствительных к радиации материалов с успехом используют для определения высоты трещины.
Преимущество настоящего способа состоит в том, что фоновая радиация, полученная во время активации чувствительных к радиации материалов, может быть собрана за один проход и вычтена из радиации с пиковой энергией. Во всех остальных существующих промышленных способах обычно используют два каротажных прохода для определения геометрии трещины пласта. Полученная фоновая радиация включает в себя, как правило, несколько составляющих от ряда источников. Первая составляющая может быть, как правило, получена от природных радиоактивных элементов, таких как уран, калий и/или торий. С течением времени мелкозернистые пласты могут захватывать минералы и текучие среды, содержащие эти природные радиоактивные элементы. Когда чувствительные к радиации материалы в пласте активированы нейтронами, эти природные радиоактивные материалы также будут испускать излучение, которое получают в качестве фоновой радиации.
Вторую составляющую фона получают от радиоактивных индикаторов, которые ранее были помещены в пласт с целью определения высоты трещины. Таким образом, эта вторая составляющая происходит от радиоактивных индикаторов, которые были помещены в пласт в предыдущих попытках, которые предпринимались для определения геометрии трещины. Третьей составляющей фона является составляющая, индуцируемая нейтронной радиацией, которую в настоящем случае используют для активации чувствительных к радиации материалов. Это излучение испускается главным образом алюминием и кремнием, присутствующими в пласте и/или расклинивающем агенте. Фоновое излучение от железа и марганца, используемых в обсадной трубе, также может быть составной частью этой третьей составляющей.
Перед расчетом геометрии трещины желательно удалить из радиации с пиковой энергией все следы фоновой радиации. В одном из вариантов осуществления измерения радиации с пиковой энергией, так же как и измерения фоновой радиации, проводят за один проход. Измерения фоновой радиации вычитают из измерений радиации с пиковой энергией, произведенных за один проход.
Как было отмечено выше, чувствительные к радиации материалы могут помещаться в расклинивающий агент, который вводят в трещину, чтобы поддерживать трещину в открытом состоянии. В одном из вариантов осуществления расклинивающий агент может включать в себя основу, на которой находится покрытие, содержащее чувствительный к радиации материал. В другом варианте осуществления чувствительный к радиации материал может содержаться в основе. Если расклинивающий агент и/или рабочая жидкость содержат чувствительный к радиации материал, в этом случае говорят, что они помечены чувствительным к радиации материалом. Выражение «меченый» в настоящем описании подразумевает, что расклинивающий агент и/или рабочая жидкость включают в себя чувствительные к радиации материалы. Таким образом, если находящееся на основе покрытие содержит чувствительные к радиации материалы, то в этом случае говорят, что расклинивающий агент помечен чувствительным к радиации материалом. Мечение расклинивающих агентов и/или рабочей жидкости чувствительным к радиации материалом позволяет получать отношения фотопиков при активации чувствительного к радиации материала. Отношения фотопиков позволяют измерять высоту по вертикали заполненной расклинивающим агентом трещины.
Обратимся теперь к фиг.1 или фиг.2. Один из типичных вариантов выполнения расклинивающего агента 10 включает в себя основу 2, на которой находится покрытие 4, которое содержит чувствительный к радиации материал 6. Покрытие 4 может содержать органический или неорганический материал. Основа 2 может содержать органический и/или неорганический материал, и/или металл. Покрытие 4 перед его применением в подземной трещине может быть неотвержденным, частично отвержденным или полностью отвержденным. Отверждение может происходить внутри и/или снаружи подземной трещины.
В некоторых случаях покрытие 4 может включать в себя, по желанию, зернистые наполнители или волокнистые наполнители 8. Расклинивающий агент 10 на фиг.1 и 2 содержит металлическую и/или неорганическую основу 2, которая, как правило, включает в себя одну частицу или является агломератом, содержащим множество частиц. Примерами металлов, которые могут быть использованы в основах, являются сплавы с памятью формы. Сплавы с памятью формы обладают «эффектом запоминания формы». Эффект запоминания формы делает возможным переход между двумя кристаллическими состояниями, т.е. из мартенситного состояния в аустенитное состояние и наоборот. Как правило, в низкотемпературном, или мартенситном состоянии сплавы с памятью формы можно пластично деформировать и при воздействии несколько более высокой температурой переводить в аустенитное состояние, возвращая их тем самым к их форме перед деформацией.
Подходящим примером сплава с памятью формы является никелево-титановый сплав типа Nitinol®. Желательно, чтобы сплавы с памятью формы были вспененными. В одном из вариантов осуществления основа, изготовленная из сплава с памятью формы, может быть твердой перед вводом в трещину, но может расширяться с образованием пены после ввода в трещину, температура в которой обычно выше температуры на поверхности. Расширение обеспечивает лучшую проводимость для нефти и газа из трещины.
Примерами неорганических соединений, которые могут быть использованы в основе, являются неорганические оксиды, неорганические карбиды, неорганические гидроксиды, неорганические оксиды с гидроксидными покрытиями, неорганические карбонитриды, неорганические оксинитриды, неорганические бориды, неорганические борокарбиды и т.п., или комбинация, содержащая по меньшей мере одно из указанных выше неорганических материалов. Примерами подходящих неорганических соединений являются оксиды металлов, карбиды металлов, нитриды металлов, гидроксиды металлов, оксиды металлов с гидроксидными покрытиями, карбонитриды металлов, оксинитриды металлов, бориды металлов, борокарбиды металлов, и т.п., или комбинация, содержащая по меньшей мере один из указанных выше неорганических материалов. Металлами, используемыми в указанных выше неорганических материалах, могут быть переходные металлы, щелочные металлы, щелочноземельные металлы и т.п., или комбинация, содержащая по меньшей мере один из указанных выше металлов.
Примеры подходящих неорганических оксидов, которые получают синтетически, включают оксид кремния (SiO2), оксид алюминия (Al2O3), оксид титана (TiO2), оксид циркония (ZrO2), оксид церия (CeO2), оксид марганца (MnO2), оксид цинка (ZnO), оксиды железа (FeO, а-Fe2O3, γ-Fe2O3, Fe3O4 и т.п.), оксид кальция (СаО), диоксид марганца (MnO3 и Mn3O4) или комбинации, содержащие по меньшей мере один из указанных выше неорганических оксидов. Примеры подходящих синтетически получаемых неорганических карбидов включают карбид кремния (TiC), карбид тантала (ТаС), карбид вольфрама (WC), карбид гафния (HfC) и т.п., или комбинацию, содержащую по меньшей мере один из указанных выше карбидов. Примеры подходящих синтетически производимых нитридов включают нитриды кремния (Si3N4), нитрид титана (TiN) и т.п., или комбинацию, содержащую по меньшей мере одно из указанных выше соединений. Типичными неорганическими основами являются те, которые содержат природные или синтетически полученные оксид кремния и/или оксид алюминия.
Примерами подходящих природных или неорганических материалов, которые могут быть использованы в основе, являются кремнезем (песок), эшинит (редкоземельно-иттрий-титан-ниобиевый оксид-гидроксид), анатаз (оксид титана), биндгеймит (свинцово-сурьмяной оксид-гидроксид), биксбиит (марганцево-железный оксид), брукит (оксид титана), хризоберилл (бериллиево-алюминиевый оксид), колумбит (железо-марганцево-ниобиево-танталовый оксид), корунд (оксид алюминия), куприт (оксид меди), еуксенит (редкоземельно-иттриево-ниобиево-танталово-титаниевый оксид), фергусонит (редкоземельно-железо-титаниевый оксид), гаусманнит (оксид марганца), гематит (оксид железа), перовскит (кальциево-титаниевый оксид), периклаз (оксид магония), поликраз (редкоземельно-иттриево-титаниево-ниобиево-танталовый оксид), псевдобрукит (железо-титаниевый оксид), члены пирохлоровой группы, такие как, например, бетафит (редкоземельно-кальциево-натриево-ураниево-титаниево-ниобинево-танталовый оксид-гидроксид), микролит (кальциево-натриево-танталовый оксид-гидроксид-фторид), пирохлор (натриево-кальциево-ниобиевый оксид-гидроксид-фторид) и т.п., или комбинация, содержащая по меньшей мере один из указанных выше членов пирохлоровой группы; рамсделлит (оксид марганца), романешит (водный бариево-марганцевый оксид), члены группы рутила, такие, например, как касситерит (оксид олова), платтнерит (оксид свинца), пиролюзит (оксид марганца), рутил (оксид титана), стишовит (оксид кремния) и т.п., или комбинация, содержащая по меньшей мере один из указанных выше членов группы рутила; самарскит (Y) (редкоземельно-иттриево-железо-титаниевый оксид), сенармонтит (оксид сурьмы), члены шпинельной группы, такие как хромит (железо-хромовый оксид), франклинит (цинково-марганцево-железный оксид), ганит (цинково-алюминиевый оксид), магнезиохромит (магниево-хромовый оксид), магнетит (оксид железа) и шпинель (магниево-алюминиевый оксид) и т.п., или комбинация, содержащая по меньшей мере один из указанных выше членов шпинельной группы; тааффеит (бериллиево-магниево-алюминиевый оксид), танталит (железо-магниево-танталово-ниобиевый оксид), тапиолит (железо-магниево-танталово-ниобиевый оксид), уранинит (оксид урана), валентинит (оксид сурьмы), цинкит (пинково-магниевый оксид), гидроксиды такие, например, как брусит (гидроксид магния), гиббсит (гидроксид алюминия), гоетит (оксид-гидроксид железа), лимонит (водный оксид-гидроксид железа), манганит (оксид-гидроксид марганца), псиломелан (бариево-марганцевый оксид-гидроксид), ромеит (кальциево-натриево-железо-марганцево-сурьмяно-титановый оксид-гидроксид), стетефельдит (серебряно-сурьмяный оксид-гидроксид), стибиконит (оксид-гидроксид сурьмы) и т.п., или комбинация, содержащая по меньшей мере один из указанных выше природных неорганических материалов).
В качестве основы могут быть также использованы природные органические и неорганические материалы, которые впоследствии модифицируются. Подходящими примерами органических и неорганических материалов, которые модифицируются и используются в основе, являются расслоенные глины (например, вспученный вермикулит), расслоенный графит, выдувное стекло или кремнезем, полые стеклянные сферы, вспененные стеклянные сферы, ценосферы, вспененный шлак, спеченный боксит, спеченный глинозем и т.п., или комбинация, содержащая по меньшей мере один из указанных выше органических и неорганических материалов. Типичные неорганические основы могут быть получены из песка, размолотых стеклянных бусин, спеченного боксита, спеченного глинозема, природных минеральных волокон таких как циркон и муллит и т.п., или из комбинации, содержащей по меньшей мере одну из природных неорганических основ. Полые стеклянные сферы могут быть приобретены от фирмы Diversified Industries Ltd.
Используемыми в основе органическими материалами могут быть термопластичные полимеры, термореактивные полимеры или комбинация, включающая термореактивный полимер и термопластичный полимер. Примерами подходящих органических материалов, которые могут быть использованы в качестве основы, являются предшественники полимеров (например, низкомолекулярные соединения, такие как мономеры, димеры, тримеры и т.д.), олигомеры, полимеры, сополимеры, такие как блок-сополимеры, звездчатые блок-сополимеры, тройные сополимеры, статистические сополимеры, чередующиеся сополимеры, привитые сополимеры и т.п.; дендримеры, иономеры и т.п., или комбинация, содержащая по меньшей мере один из указанных выше материалов. Если основа включает в себя термореактивный полимер, желательно, чтобы органические материалы были подвергнуты отверждению (поперечному сшиванию) с применением либо тепловой энергии, либо электромагнитного облучения, либо сочетанию воздействий, включающему по меньшей мере одно из указанных выше. Для индуцирования отверждения могут добавляться инициаторы. Могут быть также использованы и другие добавки, ускоряющие или регулирующие процесс отверждения, такие как ускорители, ингибиторы и т.п.
Примерами подходящих термореактивных полимеров для применения в основе являются эпоксидные смолы, акрилатные смолы, метакрилатные смолы, фенолформальдегиды, эпокси-модифицированные новолаки, фураны, карбамидо-альдегиды, меламино-альдегиды, полиэстерные смолы, алкидные смолы, фенолформальдегидные новолаки, фенолформальдегидные резолы, фенол-альдегиды, резольные и новолачные смолы, эпокси-модифицированные фенольные смолы, полиацетали, полиуретаны и т.п., или комбинация, содержащая по меньшей мере один из указанных выше термореактивных полимеров.
Эпокси-модифицированные новолаки раскрыты в патенте США №4923714 (Gibb et al.), включенном в настоящую заявку в качестве ссылочного материала. Фенольная часть может содержать фенольный новолачный полимер, фенольный резольный полимер;
комбинацию фенольного новолачного полимера и фенольного резольного полимера;
отвержденную комбинацию фенольного новолачного полимера и фенольного резольного полимера с образованием предварительно отвержденной смолы (типа раскрытой в патенте США №4694905 (Armbruster), включенном в настоящую заявку в качестве ссылочного материала); или способную отверждаться систему фуран/фенольная смола, которая может быть отверждена в присутствии сильной кислоты с образованием отверждаемой смолы (типа раскрытой в патенте США №4785884 (Armbruster)). Фенольные смолы упомянутых выше новолачных и резольных полимеров могут быть фенольными или бис-фенольными составными частями.
Термореактивные смолы могут быть смолами, отверждающимися на холоду. Отверждающиеся на холоду смолы представляют собой такие смолы, которые способны реагировать при комнатной температуре без применения дополнительного тепла. Отверждающиеся на холоду смолы обычно отверждают при температуре ниже 65°С.Так, например, термореактивные смолы, которые отверждают при 80°С, не являются смолами, отверждающимися на холоду. Примеры подходящих отверждающихся на холоду смол включают эпоксидные смолы, отверждаемые каким-либо амином при их применении по отдельности или совместно с полиуретаном, полиуретаны, модифицированные щелочью резолы. Отверждающиеся под действием сложных эфиров (например, ALPHASET® и BETASET®), фурановые смолы, например фурфуриловый спирт-формальдегидные, карбамидоформальдегидные и свободные метилолсодержащие меламины, схватывающиеся под действием кислоты. Для целей настоящего описания отверждающейся на холоду смолой является любая смола, которая может быть нормальным образом отверждена при комнатной температуре. Смолы ALPHASET® и BETASET® представляют собой фенольные смолы, отвержденные с помощью сложного эфира.
Уретаны раскрыты в патенте США №5733952 (Geoffrey). Меламиновые смолы раскрыты в патентах США №№5952440, 5916966 и 5296584 (Walisser). Смолы ALPHASET раскрыты в патентах США №№4426467 и Re.32812 (который является переизданием патента США №4474904), все из которых включены в настоящую заявку в качестве ссылочного материала.
Модифицированные резолы раскрыты в патенте США №5218038, включенном в настоящую заявку в качестве ссылочного материала. Такие модифицированные резолы получают реакцией альдегида со смесью незамещенного фенола и по меньшей мере одного фенольного материала, выбираемого из группы, состоящей из арилфенола, алкилфенола, алкоксифенола и арилоксифенола. Модифицированными резолами могут быть алкоксимодифицированные резолы. Типичным фенольным резолом является модифицированный содержащий о-бензиловый эфир резол, получаемый реакцией фенола и альдегида в присутствии алифатического гидроксильного соединения, содержащего две или более гидроксильные группы в молекуле. В одной из типичных модификаций способа реакцию проводят также в присутствии одноатомного спирта.
Примерами подходящих термопластичных полимеров, которые могут быть использованы в основе, являются полиолефины, полиакриловые смолы, поликарбонаты, полиалкиды, полистиролы, полиэстеры, полиариламиды, полиамидимиды, полиарилаты, полиарилсульфоны, полиэфирсульфоны, полифениленсульфиды, полисульфоны, полиимиды, полиэфиримиды, политетрафторэтилены, полиэфиркетоны, полиэфир-эфиркетоны, полиэфиркетон-кетоны, полибензоксазолы, полиоксадиазолы, полибензотиазино-фенотиазины, полибензотиазолы, полипиразинохиноксалины, полипиромеллитимды, полихиноксалины, полибензимидазолы, полиоксиндолы, полиоксоизоиндолины, полидиоксоизоиндолины, политриазины, полипиридазины, полипиперазины, полипиридины, полипиперидины, политриазолы, полипиразолы, поликарбораны, полиоксабициклононаны, полидибензофураны, полифталиды, полиацетали, полиангидриды, поливиниловые эфиры, поливиниловые тиоэфиры, поливиниловые спирты, поливинилкетоны, поливинилгалогениды, поливинилнитрилы, поливиниловые сложные эфиры, полисульфонаты, полисилазаны, полисилоксаны, фенольные смолы, эпоксидные смолы или комбинации, содержащие по меньшей мере один из указанных выше термопластичных материалов.
Природными органическими основами являются молотая или дробленая скорлупа орехов, молотая или дробленая шелуха семян, молотая или дробленая оболочка внутренней полости фруктов, переработанная древесина, молотые или дробленые кости животных и т.п., или комбинация, содержащая по меньшей мере одну из природных органических основ. Примерами подходящей молотой или дробленой оболочки являются оболочка таких орехов, как грецкий орех, орех пекан, миндаль, плод южноамериканской пальмы, бразильский орех, земляной орех (арахис), кедровый орех и орех кэшью, оболочка семян полсолнечника, фундука (лесного ореха), макадамии (австралийского ореха), соевых бобов, фисташковых орехов, тыквенных семян и т.п., или комбинация, содержащая по меньшей мере один из указанных выше орехов. Примерами подходящей молотой или дробленой оболочки семян (включая оболочку внутренней полости фруктов) являются семена фруктов, таких как слива, персики, вишня, абрикосы, олива, манго, плод хлебного дерева, гуава, плод аноны чешуйчатой, гранаты, арбуз, молотые или дробленые оболочки других растений, таких как кукуруза (например, кукурузное зерно), пшеница, рис, сорго и т.п., или комбинация, содержащая по меньшей мере один из указанных выше обработанных древесных материалов, таких, например, как те, которые получены из древесины дуба, североамериканского орешника, орехового дерева, тополя, красного дерева, включая древесину, обработанную размалыванием, скалыванием или какой-либо другой формой измельчения. Типичной природной основой является размолотая оболочка внутренней полости оливы.
Основа может иметь любую желаемую форму, такую как сферическая, эллипсоидная, кубическая, многоугольная и т.п. Как правило, желательно, чтобы основа имела сферическую форму. Основа может иметь средний размер частиц от примерно 100 до примерно 1200 мкм. В одном из вариантов осуществления основа может иметь средний размер частиц от примерно 300 до примерно 600 мкм. В другом варианте осуществления основа может иметь средний размер частиц от примерно 400 до примерно 500 мкм.
Если основа представляет собой пористую основу, в этом случае предполагается, что основа может включать в себя частицы, которые агломерированы с образованием основы из твердых частиц. В этом случае отдельные частицы, которые объединены с образованием основы могут иметь средний размер от примерно 2 до примерно 30 мкм. В одном из вариантов осуществления частицы, которые агломерируются с образованием основы, могут иметь средний размер менее чем или равный примерно 28 мкм. В другом варианте осуществления частицы, которые агломерируются с образованием основы, могут иметь средний размер менее чем или равный примерно 25 мкм. В другом варианте осуществления частицы, которые агломерируются с образованием основы, могут иметь средний размер менее чем или равный примерно 20 мкм. В еще одном варианте осуществления частицы, которые агломерируются с образованием основы, могут иметь средний размер менее чем или равный примерно 15 мкм. Может быть использовано бимодальное или более высокой модальности распределение размеров частиц. Типичные основы обладают сферической формой.
Пористые основы обычно имеют большие площади поверхности. Если основа пористая, желательно, чтобы она имела площадь поверхности большую или равную примерно 10 м2 на 1 г (м2/г). В одном из вариантов осуществления желательно, чтобы основа имела площадь поверхности большую или равную примерно 100 м2/г. В другом варианте осуществления желательно, чтобы основа имела площадь поверхности большую или равную примерно 300 м2/г.В еще варианте осуществления желательно, чтобы основа имела площадь поверхности, большую или равную примерно 500 м2/г. В еще варианте осуществления желательно, чтобы основа имела площадь поверхности, большую или равную примерно 800 м2/г.
Плотность основы можно выбирать в зависимости от применения, для которого предназначен расклинивающий агент. Желательно выбирать такие основы, которые придают расклинивающему агенту кажущуюся плотность от 0,5 до 4 г на 1 см3 (г/см3). Кажущаяся плотность определяется как плотность всего расклинивающего агента (т.е. вес единицы объема всего материала, включая характерные для расклинивающего агента пустоты).
Как отмечалось выше, на фиг.1 и 2, основа имеет расположенное на ней покрытие. Покрытие может быть органическим покрытием, неорганическим покрытием или покрытием, включающим в себя по крайней мере одно из названных покрытий, и содержит чувствительный к радиации материал. Типичные органические покрытия могут быть получены из перечисленных выше термопластичных и термореактивных полимеров.
Чувствительный к радиации материал, который включается в покрытие на основе расклинивающего агента, является чувствительным к нейтронам, вследствие чего он легко реагирует на нейтроны, поглощая при этом тепловые нейтроны и проявляя относительно большое атомное сечение. Благодаря такой чувствительности к нейтронам материала, чувствительного к радиации, обнаруживают характеристическое гамма-излучение или поглощение нейтронов, которое отлично от характеристик материалов в окружающем пласте. Эти чувствительные к радиации материалы изначально также являются нерадиоактивными и благодаря этому с ними можно безопасно работать без боязни или риска подвергнуться облучению или радиационному загрязнению на поверхности скважины до того, как они будут введены в систему, вместе с которой они будут заведены в скважину.
Хотя чувствительный к радиации материал изначально является нерадиоактивным, он представляет собой такой изотоп, который либо становится радиоактивным и возникший радиоактивный изотоп распадается, испуская гамма-излучение, которое может регистрироваться подходящим детектором, либо этот изотоп вступает в ядерную или атомную реакцию в результате поглощения одного или более нейтронов в большей степени, чем материалы окружающего пласта. Такого рода реакция может происходить под действием внешних нейтронов, излучаемых ускорителем. Если исходное вещество должно реагировать с образованием радиоактивного изотопа, этот радиоактивный изотоп имеет преимущественно известный период полураспада от приблизительно нескольких секунд до примерно 30 минут, вследствие чего для протекания реакции не требуется продолжительного облучения ускорителем, и имеется время для адекватного детектирования после того, как произойдет превращение. Преимущество заключается в том, что чувствительный к радиации материал распадается до нерадиоактивного состояния вскоре после завершения операции каротажа, что позволяет возвращать скважину в рабочий режим без опасения образования радиоактивного материала.
В одном из вариантов осуществления чувствительные к радиации материалы имеют период полураспада от примерно 5 секунд до примерно 100 суток или менее. В другом варианте осуществления чувствительные к радиации материалы имеют период полураспада от примерно 10 секунд до примерно 50 минут или менее. В еще одном варианте осуществления чувствительные к радиации материалы имеют период полураспада от примерно 12 секунд до примерно 7 минут или менее. Типичный период полураспада для чувствительного к радиации материала составляет примерно 5 мин или менее. Ванадий имеет период полураспада 3,8 мин, в то время как индий имеет период полураспада 14,1 сек. Как правило, желательно, чтобы период испускания поддающейся измерению радиации имел такую продолжительность, чтобы к началу добычи углеводородов материал более не испускал радиоактивного излучения. Как правило, желательно, чтобы чувствительный к радиации материал переставал испускать поддающееся измерению радиоактивное излучение перед переходом в рабочий режим. Преимуществом является также и то, что после истечения периода полураспада чувствительного к радиации материала скважина может подвергаться повторному каротажу сколько угодно раз при повторном облучении чувствительного к радиации материала.
Как было отмечено выше, чувствительные к радиации материалы могут включать в себя ванадий и/или индий или комбинации, содержащие по крайней мере один из указанных чувствительных к радиации материалов. Чувствительные к радиации материалы могут содержать ванадий и/или индий в любых доступных формах. Среди этих форм могут быть металлы, сплавы, соли, композиты, суспензии и т.п. Ванадий и индий имеют то преимущество, что они обладают очень высокой чувствительностью в природном состоянии. В одном из вариантов осуществления металлические частицы ванадия и/или индия диспергируют в органическом и/или неорганическом материале перед нанесением их на основу. В другом варианте осуществления соли ванадия и/или индия могут быть диспергированы в органическом и/или неорганическом материале перед нанесением их на основу.
Типичными ванадиевыми солями, которые могут быть использованы в качестве чувствительных к радиации материалов, являются ванадилсульфат, ортованадат натрия или калия, метаванадат натрия или калия, хлористые соли ванадия и т.п., или комбинация, содержащая по меньшей мере одну из указанных выше ванадиевых солей. Могут использоваться и другие содержащие ванадий соединения. Примерами пригодных для использования соединений ванадия являются оксиды ванадия, такие, например, как триоксид ванадия, пентоксид ванадия и т.п., или комбинация, содержащая по меньшей мере один из указанных оксидов. Другие примеры соединений ванадия, которые могут использоваться по отдельности или в сочетании одно с другим, включают металлический ванадий, ванадиевые сплавы, такие как ванадий/алюминиевые сплавы и феррованадий, или порошок карбонитрида ванадия, такой как NITROVAN vanadium, который поставляет Statcor, Inc., Питтсбург, Пенсильвания.
Типичными солями индия являются хлорид индия, сульфат индия и т.п., или комбинация, содержащая по меньшей мере одну из указанных солей индия. В одном из вариантов осуществления соли индия или ванадия могут быть диспергированы в покрытии расклинивающего агента и после введения расклинивающего агента в пласт могут быть подвергнуты реакции с образованием металла.
Если в покрытиях используют чувствительные к радиации материалы, такие как соли и/или соединения индия или ванадия, они могут применяться в количествах до примерно 55 вес.% в расчете на общий вес расклинивающего агента. В одном из вариантов осуществления чувствительные к радиации материалы применяют в количествах до примерно 25 вес.% в расчете на общий вес расклинивающего агента. В другом варианте осуществления чувствительные к радиации материалы применяют в количествах до примерно 15 вес.% в расчете на общий вес расклинивающего агента. В еще одном варианте осуществления чувствительные к радиации материалы применяют в количествах до 5 вес.% в расчете на вес расклинивающего агента. Чувствительные к радиации материалы могут применяться в количествах до не более чем 0,01 вес.% в расчете на общий вес расклинивающего агента.
В другом варианте осуществления, когда чувствительные к радиации материалы, такие как металлический ванадий, соли и/или соединения ванадия, используют в расклинивающем агенте или в рабочей жидкости, они могут применяться в количествах до не более чем примерно 0,3 вес.% в виде металлического ванадия, преимущественно от 0,01 до 5 вес.%, предпочтительно от 0,05 до 2 вес.% и, более предпочтительно, от 0,1 до 1 вес.% в расчете на общий вес расклинивающего агента. В одном из предпочтительных вариантов осуществления ванадиевым соединением является порошок карбонитрида ванадия, или NITROVAN vanadium, с размером частиц примерно 1-15 мкм, преимущественно от 1 до 10 мкм, предпочтительно от 0,05 до 2 вес.% и, более предпочтительно, от 0,1 до 1 вес.% в расчете на общий вес расклинивающего агента.
Наряду с ванадием и/или индием в покрытие могут также добавляться и другие чувствительные к радиации материалы. Примерами подходящих чувствительных к радиации материалов, которые наряду с ванадием и/или индием могут добавляться к расклинивающему агенту и/или к рабочей жидкости, могут быть иридий-191, иридий-193, кадмий-113, диспрозий, европий, лютеций, марганец, золото, гольмий, рений, самарий, вольфрам и т.д., или комбинация, содержащая по меньшей мере одно из указанных выше материалов.
В одном из вариантов осуществления, как это описано на фиг.3, основа может включать в себя композит неорганических и органических материалов. Такую основу называют композиционной основой. Композиционная основа может содержать сочетание неорганических и органических материалов. При этом органические материалы могут быть химически связаны с неорганическими материалами. Химической связью может быть ковалентная связь, водородная связь, ионная связь и т.п. Примером подходящей реакции между органическим и неорганическим материалом, которая включает в себя ковалентное связывание, является золь-гель реакция. В результате химического связывания между органическими и неорганическими материалами могут быть получены основы, представляющие собой нанокомпозиты. На композиционные основы в некоторых случаях могут наноситься описанные выше органические покрытия и/или неорганические покрытия.
В одном из вариантов осуществления композиционная основа также может содержать чувствительные к радиации материалы. В другом варианте осуществления чувствительный к радиации материал может быть введен во время изготовления основы, в частности при изготовлении керамической основы. В еще одном варианте осуществления, когда на композиционную основу наносят органическое и/или неорганическое покрытие, то чувствительные к радиации материалы могут включать в себя как композиционную основу, так и находящееся на ней покрытие.
Композиционная основа может содержать чувствительные к радиации материалы в количестве до примерно 35 вес.% в расчете на общий вес расклинивающего агента. Типичное количество чувствительных к радиации материалов составляет примерно 5 вес.% в расчете на общий вес расклинивающего агента.
В одном из вариантов осуществления чувствительные к радиации материалы могут смешиваться с расклинивающими агентами, которые не содержат чувствительного к радиации материала до ввода в трещину. Смесь расклинивающих агентов, включающих чувствительный к радиации материал, с расклинивающими агентами, которые не содержат чувствительного к радиации материала, называют «композицией расклинивающих агентов». Композиция расклинивающих агентов обычно должна содержать чувствительные к радиации материалы в количестве до 55 вес.% в расчете на общий вес композиции расклинивающих агентов. Типичное количество чувствительных к радиации материалов в композиции расклинивающих агентов составляет от примерно 5 до примерно 10 вес.% в расчете на общий вес композиции расклинивающих агентов и предпочтительно от примерно 0,01 до примерно 5 вес.% в расчете на общий вес композиции расклинивающих агентов.
В другом варианте осуществления могут смешиваться расклинивающие агенты, содержащие разные чувствительные к радиации материалы. Например, первый расклинивающий агент может содержать первый чувствительный к радиации материал, в то время как второй расклинивающий агент может содержать второй чувствительный к радиации материал. Например, первый расклинивающий агент может включать в себя некоторое содержащее ванадий соединение, а второй расклинивающий агент включает в себя другое содержащее ванадий соединение или соединение, содержащее индий.
Как было отмечено выше, основа может по желанию быть сплошной (т.е. без сколько-нибудь значительной пористости) или пористой. Как правило, пористая основа делает возможной пропитку органическим материалом, что придает основе способность изгибаться и поглощать удар и напряжение без деформации. Способность какого-либо полимера пропитывать основу сводит также к минимуму склонность расклинивающего агента к растрескиванию, снижая тем самым образование пыли. Благодаря пропитыванию пористой неорганической основы каким-либо органическим материалом плотность расклинивающего агента может быть доведена до уровней, соответствующих различным условиям растрескивания. В общем случае основа может иметь пористость, большую или равную приблизительно 20% от общего объема основы. В другом варианте осуществления основа может иметь пористость, большую или равную приблизительно 70% от общего объема основы. В еще одном варианте осуществления основа может иметь пористость, большую или равную приблизительно 70% от общего объема основы.
Содержание основы в расклинивающих агентах может составлять от примерно 10 до примерно 90 вес.% в расчете на общий вес расклинивающих агентов. В одном из вариантов осуществления основа содержится в количестве от примерно 20 до примерно 80 вес.% в расчете на общий вес расклинивающих агентов. В другом варианте осуществления основа содержится в количестве от примерно 30 до примерно 75 вес.% в расчете на общий вес расклинивающих агентов. В еще одном варианте осуществления основа содержится в количестве от примерно 35 до примерно 65 вес.% в расчете на общий вес расклинивающих агентов.
В другом варианте осуществления чувствительные к радиации материалы могут содержаться в рабочей жидкости, но не в расклинивающих агентах. Когда чувствительный к радиации материал присутствует в рабочей жидкости, он может либо находиться в форме взвешенных коллоидных частиц, либо быть растворенным в рабочей жидкости. Рабочая жидкость может содержать чувствительные к радиации материалы в количестве от примерно 0,01 до примерно 35 вес.% в расчете на общий вес рабочей жидкости. В одном из вариантов осуществления рабочая жидкость может содержать чувствительные к радиации материалы в количестве от примерно 2 до примерно 25 вес.% в расчете на общий вес рабочей жидкости. В еще одном варианте осуществления рабочая жидкость может содержать чувствительные к радиации материалы в количестве от примерно 3 до примерно 15 вес.% в расчете на общий вес рабочей жидкости. Типичное количество чувствительных к радиации материалов составляет примерно 5 вес.% в расчете на общий вес рабочей жидкости.
В еще одном варианте осуществления как рабочая жидкость, так и расклинивающие агенты, содержащиеся в рабочей жидкости, могут содержать чувствительные к радиации материалы. В одном из вариантов осуществления рабочая жидкость и расклинивающие агенты могут содержать одни и те же катионы. Например, рабочая жидкость может содержать растворенный ванадилсульфат, в то время как расклинивающие агенты, содержащиеся в рабочей жидкости, могут содержать триоксид ванадия. При облучении нейтронами как ванадилсульфат, так и триоксид ванадия могут испускать гамма-излучение, которое может быть использовано для расчета геометрии трещины.
В еще одном варианте осуществления рабочая жидкость и расклинивающие агенты, содержащиеся в рабочей жидкости, могут содержать разные катионы. Например, рабочая жидкость может содержать первый чувствительный к радиации материал, в то время как расклинивающие агенты, содержащиеся в рабочей жидкости, могут содержать второй чувствительный к радиации материал. Например, рабочая жидкость может содержать ванадилсульфат, а расклинивающие агенты могут содержать соль индия. В одном из родственных вариантов осуществления рабочая жидкость может содержать соль чувствительного к радиации материала, в то время как расклинивающие агенты могут содержать чувствительный к радиации материал, который содержит частицы металла. Например, рабочая жидкость может содержать ванадилсульфат, в то время как расклинивающий агент может содержать частицы индия.
Для измерения гамма-излучения, испускаемого чувствительным к радиации материалом после его бомбардировки нейтронами, может использоваться подходящий гамма-лучевой спектрометр или зонд. Для получения желаемой диаграммы в скважину помещают по крайней мере часть прибора, например по крайней мере гамма-лучевой детектор. Прибор может быть такого рода, чтобы генерировать желаемые отношения внутри ствола, либо же спектры гамма-излучения могут передаваться на поверхность и на основании спектральных данных будут определяться отношения. Может использоваться детектор низкого разрешения, например NaI(Ti), или эквивалентный детектор, или детектор высокого разрешения, например собственно германиевый, Ge(Li) или эквивалентный детектор. Поскольку желательно получать точное измерение пиковой площади или площадей, как правило, используют прибор высокого разрешения. Диаграммы можно получать в непрерывном режиме с передвигающимся прибором, либо в стационарном режиме, когда прибор останавливают в выбранных местах ствола скважины.
По желанию на детекторе может быть использован коллиматор. В одном из вариантов осуществления для измерения ориентации трещины используют вращающийся коллиматор. Такие коллиматоры характеризуются тенденцией повышать чувствительность измерения, поскольку такие устройства уменьшают число гамма-лучей, входящих в детектор из мест, расположенных выше или ниже в скважине, т.е. гамма-лучей от расклинивающего агента, находящегося вне обсадной трубы, но выше или ниже местоположения детектора в данный момент. В одном из вариантов осуществления можно использовать детектор без коллиматора.
В одном из вариантов осуществления, в одном способе определения высоты трещины, в пласт вводят меченые расклинивающие агенты и/или меченую рабочую жидкость. Меченые расклинивающие агенты и/или меченая рабочая жидкость обычно содержат индий или ванадий. Меченые расклинивающие агенты и/или меченую рабочую жидкость после этого бомбардируют нейтронами в процессе каротажного прохода. Каротажный проход представляет собой такой проход, при котором каротажный прибор вводят в скважину и инициируют нейтронную бомбардировку трещины в пласте. После этого проводят гамма-спектроскопию по облученному индию и ванадию, получая число отсчетов гамма-квантов выше и ниже пиковых энергий (называемых также внепиковыми энергиями), поступающих от ванадия и/или индия. Измеряют также число отсчетов гамма-квантов при пиковых энергиях для индия и/или ванадия. Внепиковые измерения используют для удаления части фоновой радиации от пиковых энергий. Удаление фона осуществляется с использованием программного обеспечения для спектроскопии.
Перед получением пиковых энергий для индия и/или ванадия, которые закачивают в трещину, удаляют также дополнительную фоновую радиацию, возникающую от присутствия таких материалов, как алюминий, кремний, железо и т.п. Такие материалы, как алюминий, кремний, железо и т.п., обычно присутствуют в пласте и в обсадной трубе и также генерируют гамма-радиацию в результате нейтронной бомбардировки. Удаление (вычитание) этой составляющей в фоновой радиации вместе с радиацией внепиковых энергий обычно оставляет пиковые энергии введенных индия и ванадия. Эти пиковые энергии могут быть использованы для оценки геометрии трещины. В типичном варианте осуществления положения пиковых энергий введенных индия и/или ванадия могут быть использованы для определения высоты трещины.
В одном из методов оценки радиации, обусловленной такими материалами, как алюминий, кремний, железо и т.п., трещину пласта облучают нейтронами в процессе одного каротажного прохода. Во время этого прохода осуществляют гамма-спектроскопию по всему спектру энергии. После каротажного прохода вся радиация, обусловленная материалами с коротким периодом полураспада, такая как радиация от ванадия и/или индия, постепенно исчезает, оставляя радиацию, излучаемую теми элементами, которые естественным образом присутствуют в подвергнутом разрыву пласте.
Чтобы измерить высоту трещины за один проход, желательно произвести измерения, которые охватывают весь спектр энергий гамма-лучей, излучаемых ванадием и/или индием, а также другими материалами, которые естественным образом присутствуют в подвергнутом разрыву пласте. Измерения радиации производят с использованием детектора, имеющегося в каротажном приборе. Как было отмечено выше, измерения, полученные при внепиковых энергиях, вычитают из измерений, произведенных при пиковых энергиях, удаляя тем самым фоновую радиацию. Фоновая радиация включает в себя сигналы, которые были получены в результате активации обычно присутствующих в пластах ядер, таких как алюминий, кремний, железо и т.п. Следует отметить, что небольшая радиация может также испускаться материалами, используемыми в обсадной трубе, и ее нужно удалять. Эта фоновая радиация от материалов, присутствующих в стволе скважины и пласте, генерируется в результате воздействия нейтронов таким же образом, как и радиация, поступающая от ванадия и/или индия, которые закачивают в трещину пласта. После каротажного прохода радиация, излучаемая при активации ванадия и/или индия, затухнет по причине короткого периода полураспада этих материалов, оставляя естественную фоновую радиацию от материалов, таких как алюминий, кремний, железо и т.п., которые присутствуют в земляных пластах. Фоновая радиация может быть затем измерена и вычтена из измеренных пиковых энергий индия и/или ванадия с целью оценки высоты трещины.
В другом варианте осуществления, в другом способе определения высоты трещины, в пласт могут вводиться меченые расклинивающие агенты, имеющие разные плотности. Тогда гравитационное разделение меченых расклинивающих агентов может быть использовано для определения геометрии трещины. Более тяжелые расклинивающие агенты будут оседать на дно трещины, в то время как более легкие расклинивающие агенты устремятся к верху трещины. В одном из вариантов осуществления расклинивающие агенты, имеющие более высокие плотности, могут быть помечены первьм чувствительным к радиации материалом, а расклинивающие агенты, имеющие более низкие плотности, могут быть помечены вторым чувствительным к радиации материалом. После этого сигналы радиации, получаемые от меченых расклинивающих агентов, могут использоваться для определения высоты и других геометрических особенностей трещины. Например, если более плотные расклинивающие агенты содержат ванадий, а более легкие расклинивающие агенты содержат индий, то сигналы гамма-радиации от ванадия и сигналы гамма-радиации от индия могут быть использованы для определения высоты трещины.
В еще одном варианте осуществления, в другом способе определения высоты трещины, для определения высоты трещины могут быть использованы расклинивающие агенты, способные быть ориентированными. Расклинивающий агент может наряду с чувствительным к радиации материалом содержать также какой-либо активный материал, который может быть использован для ориентирования расклинивающего агента. Активный материал, который содействует ориентации расклинивающего агента, может активироваться каким-либо внешним активирующим сигналом, таким, например, как радиосигналы, электрические поля, магнитные поля, ультразвуковые сигналы и т.п. В одном из вариантов осуществления меченный расклинивающий агент может содержать электропроводящие частицы, такие, например, как частицы проводящего металла, углеродные нанотрубки и т.п., которые могут позволить расклинивающему агенту переориентироваться под действием приложенного электрического поля. Таким образом, после введения в пласт меченых расклинивающих агентов активные материалы могут быть активированы применением соответствующего внешнего активирующего сигнала, способствующего переориентации. После достижения желаемой ориентации меченые расклинивающие агенты бомбардируют нейтронами с целью излучения ими гамма-лучей. Измеренные гамма-лучи коррелируют с ориентацией, давая информацию относительно геометрии трещины. Если меченые расклинивающие агенты способны быть ориентированными, каротажный прибор может включать в себя аппарат, способный ориентировать взвешенные частицы, а также измерять возникающую в результате этого ориентацию меченых частиц.
Указанный способ обладает тем преимуществом, что для определения высоты трещины в нем используется один проход каротажного прибора. После облучения чувствительный к радиации материал может быть оставлен в скважине благодаря его крайне короткому периоду полураспада. Это позволяет повторно определять геометрию трещины спустя значительные интервалы времени после проведения разлома. Например, определение геометрии трещины может быть вначале произведено сразу же после проведения гидроразрыва, а через несколько месяцев может быть произведено еще одно определение геометрии трещины с целью наблюдения за изменениями в трещине благодаря тому, что чувствительные к радиации материалы могут быть оставлены в пласте без какого-либо вреда для почвы, или подземных вод, или для персонала на поверхности.
Другие способы определения высоты трещины требуют, как правило, двух или более проходов каротажного прибора. Настоящий способ имеет также преимущество и в том, что он препятствует загрязнению почвы и подземных вод радиоактивными материалами. Загрязнение потоков подземных вод и почвы может быть предотвращено благодаря тому, что применяемые в настоящем способе чувствительные к радиации материалы имеют короткий период полураспада. Кроме того, в случае возникновения обратного потока из скважины риск того, что персонал подвергнется воздействию радиации значительно снижен.
В настоящем способе устранено также применение радиоактивных индикаторов. Применение радиоактивных индикаторов обычно загрязняет потоки подземных вод и является экологически вредным. В других способах, где применяются радиоактивные индикаторы, для удаления естественной гамма-радиации, происходящей от присутствующих в пластах материалов, необходимо проведение каротажного прохода для определения фона. Удаление этого фона является особенно важным, когда либо излучение закачиваемого радиоактивного материала постепенно исчезает, и/или когда этот материал был плохо размещен, и/или когда этот материал был помещен глубоко в пласт, что создало трудности для его обнаружения.
Для лучшего понимания настоящего изобретения, включая присущие ему преимущества, предложены следующие примеры. Разумеется, эти примеры даются с иллюстративной целью и не должны рассматриваться как ограничивающие объем изобретения какими-либо конкретными материалами или условиями.
ПРИМЕРЫ
Предварительно отвержденное смоляное покрытие образовано предварительным смешением раствора 70 г Oilwell resin 262E, представляющую собой жидкую фенолформальдегидную резольную смолу, с соединением ванадиевого сплава (3,75 г 80%-ного или 6,0 г 50%-ного). Предварительно смешанный раствор добавляют после этого к 1 кг основы рабочей жидкости, предварительно нагретой до температуры от 193 до 204°С. Основу и предварительно смешанный раствор затем смешивают между собой путем непрерывного перемешивания. Через 2 мин 30 сек в цикл вводят поверхностно-активное вещество (Chembetaine). В момент времени 3 мин 40 сек перемешивание прекращают и материал с нанесенным покрытием помещают в печь, нагретую до 160°С, для завершающего прокаливания в течение 3 мин 40 сек. Материал с покрытием выгружают из печи и охлаждают до комнатной температуры.
Используя описанную выше последовательность операций, приготовляют для последующих испытаний ряд сплавленных соединений ванадия (с варьируемым размером частиц). Результаты приведены в таблице.
| Сплавленное соединение ванадия | Размер частиц1 | % концентрация М на основе М2 | Размер ячейки основы3 | % потерь при прокаливании4 | Стойкость к раздроблению (% крошки)5 |
| 80% феррованадииевый сплав | ~40 мкм | 0,211 | 20/40 | 3,90 | 9,4 |
| 50% аллюминиевованадиевый сплав | ~10 мкм | 0,305 | 20/40 | ||
| 80% нитрид/карбид ванадия | ~3 мкм | 20/40 | 3,82 | 12,8 | |
| 80% натрид/карбид ванадия | ~3 мкм | 0,255 | 20/40 | 3,73 | 2,3 |
| 1 Размер частиц определен с помощью анализатора Coulter Particle Size Analyzer. |
| 2 Анализ на металлы произведен методом атомной абсорбции с использованием кислотного разложения. | |
| 3 Размер ячеи частицы основы, определенный методом API (Американский нефтяной институт) RP-56 раздел 4. | |
| 4 Потери при прокаливании, при котором образец прокаливают при 927°С в течение 2 час и регистрируют потери веса. | |
| 5 Стойкость к раздроблению, определенная методом API RP-56 раздел 4. |
Хотя изобретение описано со ссылками на типичные варианты осуществления, специалистам понятно, что не выходя за рамки объема изобретения, можно производить различные изменения и заменять элементы изобретения их эквивалентами. Кроме того, множество модификаций могут быть произведены с целью адаптирования какой-либо конкретной ситуации или материала к доктрине изобретения без отхода от его основного объема. Таким образом, предполагается, что изобретение не ограничено конкретным вариантом осуществления, раскрытым в качестве наилучшего способа, предназначенного для осуществления изобретения, но что изобретение будет включать в себя все варианты осуществления в рамках объема прилагаемой формулы изобретения.
1. Способ определения геометрии трещины в подземных пластах, характеризующийся тем, что:
в трещину в пласте помещают расклинивающий агент или рабочую жидкость, которые содержат чувствительный к радиации материал, причем чувствительный к радиации материал содержит порошок, включащий ванадий, имеющий частицы с размером примерно 1-15 мкм, и чувствительный к радиации материал является нерадиоактивным до тех пор, пока не будет подвергнут бомбардировке нейтронами во время проведения единственного каротажного прохода;
облучают чувствительный к радиации материал нейтронами после его размещения в трещине в пласте;
измеряют гамма-излучение, испускаемое чувствительным к радиации материалом, с получением пиковой радиации, излучаемой чувствительным к радиации материалом;
измеряют фоновую радиацию во время проведения единственного каротажного прохода, затем вычитают фоновую радиацию из указанной радиации пиковой энергии; и
определяют высоту трещины в пласте по разности между фоновой радиацией и радиацией пиковой энергии.
2. Способ по п.1, в котором чувствительный к радиации материал после облучения имеет период полураспада, менее или равный приблизительно 100 суткам.
3. Способ по п.1, в котором чувствительный к радиации материал после облучения имеет период полураспада от примерно 10 с до примерно 50 мин.
4. Способ по п.1, в котором расклинивающий агент включает в себя покрытие, которое содержит чувствительный к радиации материал.
5. Способ по п.1, в котором расклинивающий агент включает в себя основу, которая содержит чувствительный к радиации материал.
6. Способ по п.1, в котором порошок, включающий ванадий, является порошком карбонитрида ванадия.
7. Способ по п.6, в котором количество порошка карбонитрида ванадия, рассчитанного как металлический ванадий, составляет от 0,01 до 5 вес.% в расчете на общий вес расклинивающего агента.
8. Способ по п.1, в котором расклинивающий агент включает в себя первый расклинивающий агент, содержащий чувствительный к радиации материал, и второй расклинивающий агент, не содержащий чувствительного к радиации материала.
9. Способ определения геометрии трещины в подземном пласте, характеризующийся тем, что:
а) в трещину в пласте помещают расклинивающий агент или рабочую жидкость, которые содержат чувствительный к радиации материал, причем чувствительный к радиации материал содержит порошок, включающий ванадий, имеющий частицы с размером примерно 1-15 мкм, и чувствительный к радиации материал является нерадиоактивным до тех пор, пока не будет подвергнут бомбардировке нейтронами во время проведения единственного каротажного прохода;
б) облучают чувствительный к радиации материал нейтронами после его размещения в трещине в пласте с образованием облученного материала, имеющего период полураспада от примерно 10 с до примерно 50 мин;
в) измеряют гамма-излучение, испускаемое чувствительным к радиации материалом;
г) измеряют фоновую радиацию во время проведения единственного каротажного прохода, затем вычитают фоновую радиацию из указанной радиации пиковой энергии;
д) определяют высоту трещины в пласте по разности между фоновой радиацией и радиацией пиковой энергии; и е) повторяют операции (б)-(д) после истечения периода полураспада чувствительного к радиации материала с целью повторного определения высоты трещины в пласте.
10. Расклинивающий агент, включающий в себя основу и покрытие, расположенное на основе, при этом основа или покрытие содержит чувствительный к радиации материал, содержащий порошок, включающий ванадий, имеющий частицы с размером примерно 1-15 мкм, причем чувствительный к радиации материал является нерадиоактивным до тех пор, пока не будет подвергнут бомбардировке нейтронами.
11. Расклинивающий агент по п.10, в котором покрытием является органическое покрытие, неорганическое покрытие или их комбинация.
12. Расклинивающий агент по п.10, в котором чувствительный к радиации материал после облучения имеет период полураспада от примерно 10 с до примерно 50 мин.
13. Расклинивающий агент по п.10, который содержит от 0,01 до примерно 35 вес.% чувствительного к радиации материала.
14. Расклинивающий агент по п.10, в котором основа содержит органическую частицу, имеющую диспергированный в ней наполнитель, при этом чувствительный к радиации материал диспергирован в основе.
15. Расклинивающий агент по п.10, в котором порошок, включающий ванадий, выбирают из группы, состоящей из металлического ванадия, феррованадиевого сплава, алюминиево-ванадиевого сплава, карбонитрида ванадия и их комбинаций.
16. Расклинивающий агент по п.10, в котором порошком, включающим ванадий, является порошок карбонитрида ванадия.
17. Расклинивающий агент по п.16, в котором количество порошка карбонитрида ванадия, рассчитанного как металлический ванадий, составляет от 0,01 до 5 вес.% в расчете на общий вес расклинивающего агента.
18. Расклинивающий агент по п.11, в котором покрытие содержит полимеризованную эпоксидную смолу, полиакрилат, полиметакрилат, полимеризованный фенолформальдегид, полимеризованный эпоксимодифицированный новолак, полимеризованный фуран, полимеризованный карбамидо-альдегид, полимеризованный меламино-альдегид, полиэстер, полиалкид, полимеризованный фенолформальдегидный новолак, полимеризованный фенолформальдегидный резол, полимеризованный фенол-альдегид, полимеризованный резол, полимеризованный новолак, полимеризованную эпоксимодифицированную фенольную смолу, полимеризованную уретановую смолу, полисилоксаны или комбинацию, включающую в себя по меньшей мере один из указанных материалов.
19. Рабочая жидкость, содержащая расклинивающий агент по п.10.
