Неоднородное размещение проппанта с удаляемым экстраметрическим материалом-наполнителем в гидроразрыве пласта

Группа изобретений относится к интенсификации скважин, вскрывающих подземные пласты, а более конкретно к гидроразрывной интенсификации с помощью введения в гидроразрыв проппанта для формирования зон с низким сопротивлением для добычи углеводородов. Технический результат – повышение эффективности интенсификации. По способу осуществляют введение жидкости для обработки скважин, содержащей проппант и экстраметрический материал, через ствол скважины в разрыв подземного пласта. Жидкость вводят с различной и изменяющейся в импульсном режиме концентрацией проппанта в графике закачивания. Оптимизированный график закачивания основан на свойствах жидкости и пласта и/или введение достигают за счет варьирования скоростей закачивания во время импульсов. Формируют множество кластеров проппанта и разлагаемого экстраметрического материала в разрыве. Разлагаемым экстраметрическим материалом уплотняют проппант в кластеры. При этом график закачивания регулируют в режиме реального времени для обеспечения необходимой длины разрыва, распределения опор вдоль разрыва и его проводимости. Для этого регулируют продолжительность и скорость закачивания для импульсов суспензии проппанта. На последнем этапе закачивание проппанта проводят без импульсов. 4 н. и 34 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Воплощения изобретения относятся к интенсификации скважин, вскрывающих подземные пласты, а более конкретно к гидроразрывной интенсификации с помощью введения в гидроразрыв проппанта для формирования зон с низким сопротивлением для течения через гидроразрыв для добычи углеводородов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Положения этого раздела представляют собой лишь имеющуюся информацию, связанную с настоящим изобретением, и могут не составлять уровень техники.

[0003] Известны различные способы для разрывания подземного пласта для повышения добычи жидкостей оттуда. В обычном варианте применения разрывающая жидкость под давлением гидравлически создает и расширяет разрыв. Разрывающая жидкость несет частицы проппанта в расширяющийся разрыв. Когда разрывающая жидкость удалена, разрыв не полностью закрывается из-за остатков гидравлического давления; вместо этого, разрыв остается открытым, опираясь на уплотненный проппант, что позволяет жидкости течь из пласта через уплотненный проппант в эксплуатационную скважину.

[0004] Успех такой обработки может зависеть от способности жидкости течь из пласта через проппант. Другими словами, проппант или матрица должна иметь высокую проницаемость, относительно пласта, для текучей среды, чтобы она текла с низким сопротивлением в ствол скважины. Кроме того, участки поверхности разрыва не должны быть существенно повреждены разрыванием, чтобы сохранить проницаемость для оптимального течения из пласта в разрыв и уплотнение проппанта.

[0005] Уровень техники стремится увеличить проницаемость уплотнения проппанта за счет увеличения пористости промежуточных каналов между соседними частицами проппанта в матрице проппанта. Например, в заявке на патент США № 20060048944A 1 (ван Батенбург и другие) раскрыт способ создания расклиненного разрыва высокой пористости с помощью суспензии, которая включает разрывающую жидкость, частицы проппанта и утяжеляющее вещество. Эти технологии добиваются настолько равномерного распределения пористости и промежуточных проточных каналов, насколько это возможно в уплотненной матрице проппанта, заполняющего разрыв, и так используют процедуры размещения однородного проппанта, чтобы равномерно распределить проппант и не содержащие проппант частицы, увеличивающие пористость материала в разрыве.

[0006] В качестве другого примера, в патентной заявке США № 20060048943A 1 (Паркер и другие) частицы проппанта и разлагающегося материала не разделяют до, во время или после введения, чтобы помочь сохранить однородность в матрице проппанта. Жидкости для гидроразрыва тщательно перемешивают для предотвращения разделения проппанта и не проппанта. При другом подходе, не проппантовые материалы имеют размер, форму и удельный вес подобный проппанту для поддержания существенной однородности смеси частиц в жидкости для гидроразрыва и в полученной упаковке проппанта. Также используется повышающий клейкость состав, покрывающий частицы, для повышения однородности распределения частиц проппанта и не проппанта при смешивании и закачивании в разрыв.

[0007] В современном подходе к повышению проводимости гидравлического разрыва пытаются сконструировать проппантовые кластеры в разрыве, в отличие от конструирования непрерывной набивки проппанта. В патенте США № 6776235 (Англия) раскрыт способ гидравлического разрыва подземного пласта, включающий чередующиеся этапы, содержащие проппант гидравлические разрывные жидкости, отличающиеся по своим скоростям оседания проппанта, для формирования проппантовых кластеров, в виде опор, которые препятствуют закрытию разрыва. Этот метод чередует этапы с обедненными проппантом и не содержащими проппанта разрывными жидкостями для создания проппантовых кластеров, или островков, в разрыве и каналах между ними для течения пластовых жидкостей. Количество проппанта, нанесенного в разрыв на каждой стадии, модулируют варьированием транспортных характеристик жидкости (например, вязкости и упругости), плотности проппанта, диаметра, концентраций и скорости впрыска жидкости для гидроразрыва. Однако расположение проппант-содержащих жидкостей трудно контролировать. Это может привести к неравномерному распределению кластеров проппанта, что, в свою очередь, может привести к чрезмерному закрытию разрыва, где недостаточно проппанта, и сужению каналов потока, где существует слишком много проппанта.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0008] Согласно некоторым вариантам осуществления, обработка пласта включает введение и проппанта, и удаляемого материала, который может действовать в качестве наполнителя для физического разделения кластеров проппанта на соответствующее расстояние во время размещения в разрыве, но может быть впоследствии удален для формирования каналов. Проппант и удаляемый материал расположены внутри разрыва таким образом, что удаляемый материал отдельно от проппанта действует как временный наполнитель, сжатый в разрыве в пространствах между кластерами или островами проппанта, которые образуют опоры для удержания разрыва открытым. Затем наполнитель удаляется с образованием открытых каналов для беспрепятственного потока жидкости через разрыв в пространствах вокруг проппантовых опор. Заявитель ссылается здесь на удаляемый, экстраметрический материал, каналообразующий материал-наполнитель, как "каналант". В альтернативных воплощениях изобретения экстраметрическим материалом может необязательно служить каналант.

[0010] В одном варианте воплощения изобретения относятся к способам гетерогенного размещения проппанта в подземном разрыве, выполненном путем введения жидкости для обработки скважин через ствол скважины в трещину в подземный пласт. Жидкость для обработки может включать проппант и проппант-разносящий эктраметрический материал. Проппант может быть размещен в разрыве во множестве кластеров проппанта, образующих опоры, разнесенные экстраметрическим материалом. Затем эктраметрический материал может быть удален, чтобы сформировать открытые каналы вокруг опор для потока жидкости из пласта через разрыв в сторону ствола скважины.

[0011] В другом варианте воплощения изобретения относятся к способам обработки подземного пласта, вскрытого стволом скважины, в котором разрыв, образован в пласте путем нагнетания жидкости в ствол скважины под давлением, равном или большем, чем давление инициирования разрыва пласта, а затем введением одного или нескольких этапов каждой из проппант-обедненной жидкости для обработки скважин и жидкости, обедненной экстраметрическим материалом, эти жидкости вводят отдельно и/или одновременно. Затем экстраметрический материал может быть удален с образованием открытых каналов вокруг опор проппанта для потока текучей среды из пласта через разрыв в направлении ствола скважины. Удаление экстраметрического материала может зависеть от таких факторов, как попадание пластовых жидкостей, под воздействием воды, по прошествии времени, присутствием зарождающихся или задерживающих реагентов в смеси с частицами экстраметрического материала, при введении после активирующей жидкости и т.п., или любой их комбинацией.

[0012] В одном воплощении изобретения экстраметрический материал может включать твердые частицы, которые могут быть уплотнены между проппантовыми островками или опорами. В одном воплощении изобретения проппант и частицы экстраметрического материала могут быть разделены в процессе введения жидкости обработки скважин. В другом воплощении изобретения частицы экстраметрического материала могут быть сохранены в твердом состоянии в разрыве.

[0013] Введение может включать этап введения проппант-обедненного носителя для инициирования разрыва, а после этого введение в разрыв проппанта и экстраметрического материала.

[0014] В одном варианте воплощения изобретения введение может дополнительно включать этап последнего введения для формирования проницаемого уплотнения проппанта в разрыве между открытыми каналами и стволом скважины.

[0015] В воплощении изобретения жидкость для обработки может иметь смешанные фазы, в том числе проппант-обогащенную фазу и фазу, обогащенную экстраметрическим материалом. В воплощениях изобретения фаза, обогащенная проппантом, может быть прерывистой. Альтернативно или дополнительно, фаза, обогащенная экстраметрическим материалом, может быть непрерывной. В другом воплощении изобретения, жидкость для обработки может менять объемы проппант-обогащенной жидкости, разделенные объемами, содержащими экстраметрический материал.

[0016] Альтернативно или дополнительно жидкость для обработки может включать в себя смесь проппанта и экстраметрического материала во время введения, а способ может включать этап разделения проппанта и экстраметрического материала для размещения в разрыве. В воплощении изобретения разделение может быть облегчено разностью плотностей проппанта и экстраметрического материала. Альтернативно или дополнительно, разделение может быть упрощено разницей между проппантом и экстраметрическим материалом.

[0017] В одном из воплощений экстраметрический материал может включать в себя твердый дополнительный прекурсор, чтобы генерировать кислоту в разрыве. Генерируемая кислота может быть использована для разрывающего геля в жидкости гидроразрыва. В другом варианте генерируемая кислота можете травить поверхность пласта, чтобы увеличить каналы. В качестве альтернативы или дополнительно, генерируемая кислота может способствовать уплотнению кластеров проппанта.

[0018] Проппантом может быть песок, ореховая скорлупа, керамика, бокситы, стекло и т.п. и их комбинации. В одном варианте осуществления проппант включает керамические частицы, имеющие узкое распределение размера частиц, и песок, имеющий широкий гранулометрический состав частиц. Укрытые смолой проппанты (различные смолы и пластиковые покрытия), имеющие основание из любого из перечисленных выше расклинивающих материалов, таких как песок, керамика, бокситы, скорлупа орехов и т.д. могут быть использованы в соответствии с изобретением. Также могут быть использованы другие проппанты, такие как пластиковые шарики, такие как стирол дивинилбензин и металлические частицы. Проппант, используемый в данной заявке, не требует обязательных тех же свойств проводимости, необходимых, как правило, при обычных обработках, поскольку общая проницаемость разрыва, по меньшей мере, частично развивается из-за формирования каналов. Другими проппантами могут быть материалы, такие как, буровой шлам, который выбрасывается циркуляцией из скважины наружу, и/или другие минералы в грунте, как сланцы, слюда и т.п., или даже измельченные отходы грунта любого вида, такие как шлак, окалина, агломераты, зола, измельченный пластик, измельченное стекло, измельченный металл и т.д., при правильном уплотнении которых получаются опоры из отходов, которые могут обеспечить достаточную крепость, особенно при низком напряжении закрытия разрыва, а также любые комбинации любого из предыдущих указанных типов материалов. В воплощении изобретения проппант может быть в форме сфер, стержней, дисков, неправильной формы и т.п. и их комбинацией. Многие другие органические материалы могут быть укрыты смолой и можно применять такие: древесные стружки или различные семена, и т.п. По существу, проппантом может быть любой материал, который будет удерживать открытым расклиненную часть разрыва.

[0019] Экстраметрическим материалом может быть любой разлагающийся материал или растворимый после размещения в разрыве. Например, экстраметрическим материалом может быть полимолочная кислота (ПМК), полигликолевая кислота (ПГК), полиол, полиэтилентерефталата (ПЭТ), нейлон 6, нейлон 6,6, полиэстер, полиамид, полиолефин, полисахарид, воск, соли, карбонат кальция, бензойная кислота, нафталин материалы на основе, оксид магния, бикарбонат натрия, растворимые смолы, хлорид натрия, хлорид кальция, сульфат аммония и т.п., или их комбинации. Экстраметрический материал может иметь размер и форму, соответствующие размеру и форме проппанта, чтобы способствовать сегрегации. В воплощении изобретения каналант может быть в форме сфер, волокон, пластинок, стержней, ленты и тому подобное, и их комбинации.

[0020] В некоторых воплощениях изобретения экстраметрическим материалом может быть, например, стекло, керамика, углерод, в том числе на основе углеродсодержащих соединений, в том числе металла, металлических сплавов или т.п., или их комбинаций, или полимерного материала, такого как ПМК, ПГК, ПЭТ, полиол, полиамид, полиимид, или т.п., или их комбинаций. В воплощении изобретения экстраметрические материалы могут обеспечивать армирование и укрепление проппанта. В другом - экстраметрические материалы могут ингибировать дифференциальные осадки проппанта в жидкости для обработки.

[0021] В другом воплощении изобретения жидкость для обработки может включать смесь первого и второго типов экстраметрического материала, первый тип экстраметрического материала обеспечивает армирование и укрепление проппанта, а второй тип - ингибирует осадки проппанта в жидкости для обработки. Первый тип экстраметрического материала может быть из стекла, керамики, углерода и углерода на основе соединений, металлов и металлических сплавов или т.п., или их комбинаций, а второй тип - может быть ПМК, ПГК, ПЭТ, полиол, полиамид, полиимид или т.п., или их комбинации.

[0022] Альтернативно или дополнительно, проппант может быть клеящимся и/или не клеящимся к экстраметрическому материалу. Например, проппант может иметь самоклеящееся покрытие. Точно так же экстраметрический материал, согласно другому воплощению изобретения, может быть клеящимся и/или не клеящимся к проппанту. Например, экстраметрический материал может иметь клейкое покрытие.

[0023] В другом воплощении проппант может иметь гидрофобные поверхности, а экстраметрический материал может иметь гидрофильные поверхности. Альтернативно проппант может иметь гидрофильные поверхности, а экстраметрический материал - гидрофобные поверхности.

[0024] В еще одном варианте воплощения изобретения включают способ вводящий множество этапов скважинной обработки через ствол скважины в разрыв подземного пласта, этапы жидкости содержат, по меньшей мере, одно из проппанта и экстраметрического материала. Экстраметрический материал содержит, по меньшей мере, один твердый прекурсор кислоты, чтобы генерировать кислоту в разрыве, и твердый прекурсор основания для генерации основания в разрыве (в любом случае подходящая кислота или основание представляет собой материал, который изменяет рН водной среды, либо уменьшая, либо увеличивая, соответственно). Проппант помещают в разрыв во множество кластеров для образования опор. Затем экстраметрический материал растворяют в разрыве, который может дополнительно позволить жидкости течь из пласта через разлом в направлении ствола скважины (термин "растворяют" в представленной заявке означает любой подходящей способ, либо химический, либо механический, с помощью которого экстраметрический материал покидает занимаемое в разрыве пространство).

[0025] В других воплощениях способы включают введение множества этапов жидкости скважинной обработки через ствол скважины в разрыв в подземном пласте, где этапы жидкости, содержащей, по меньшей мере, одно из проппанта и экстраметрического материала, а также размещение проппанта в разрыве во множестве кластеров проппанта с образованием опор. Экстраметрический материал впоследствии растворяется. Зона, контактирующая с жидкостью для обработки в пласте, включает мелкозернистые осадочные породы, образованные уплотнением частиц глины и ила в тонкие, относительно непроницаемые слои.

[0026] Другой вариант включает способы, в которых множество этапов жидкости для обработки скважин вводят через искривление ствола скважины в разрыв в подземном пласте, а этапы жидкости содержат, по меньшей мере, одно из проппанта и экстраметрического материала. Проппант помещают в разрыв во множестве проппантовых осадков, а помещенный экстраметрический материал оставляют для растворения. Этапы обрабатывающей жидкости используются с изменяемыми объемами жидкости, обогащенной проппантом, разделенных объемами жидкости, обогащенной экстраметрическим материалом.

[0027] В некоторых воплощениях изобретения обработка разрыва в импульсном режиме комбинируется с однородным этапом в конце обработки. Такой подход может обеспечить существенное увеличение проводимости разрыва, что достигается путем помещения в разрыв гетерогенного проппантового уплотнения (комбинации проппантовых опор).

[0028] Некоторые воплощения являются способами пробуждения пласта с повышенной проводимостью разрыва, что достигается размещением гетерогенного проппанта в гидроразрыве. Способ обеспечивает порядок закачивания с параметрами, оптимизированными на основе геомеханических свойств пласта. Оптимизация может быть выполнена либо до обработки, либо в настоящем времени. Раскрыты различные варианты оптимизации.

[0029] Любой из методов также включает стадию получения добычи жидкости, такой как углеводород, или любой другой подходящей жидкости, из пласта через открытые каналы и ствол скважины.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР

[0030] Фиг.1 схематично иллюстрирует в разрезе размещение проппанта и удаляемого экстраметрического материала в процессе гидравлического разрыва в соответствии с вариантом осуществления.

[0031] Фиг.2 схематично иллюстрирует в разрезе расположение ствола скважины, перфораций и опор проппанта в разрыве после удаления экстраметрического материала из разрыва на фиг.1.

[0032] Фиг.3 схематично показывает вид сбоку в разрезе разрыва, заполненного отделенным проппантом и разлагаемым твердым прекурсором кислоты в качестве экстраметрического материала в карбонатном пласте, согласно одному вариантов.

[0033] На фиг.4 схематично показан вид сбоку в разрезе разрыва фиг.3, подлежащий гидролизу твердого прекурсора кислоты и вытравливанию лицевых поверхностей разрыва, находящихся в непосредственной близости от кислоты, образованной таким образом.

[0034] Фиг.5 схематично иллюстрирует пример графика импульсного режима в соответствии с одним вариантом осуществления, где время - на оси х, а концентрации проппанта - на оси у.

[0035] На фиг.6 схематично показан разрыв, заполненный системой опор так, что есть открытые каналы между опорами.

[0036] На фиг.7 показано, как проводимость канала может зависеть от участка расклиненного разрыва для различных соотношений L/L₀.

[0037] На фиг.8 описываются результаты численного моделирования для проппанта, транспортируемого в горизонтальный поперечный разрыв (с черными областями, представляющих проппант). Обозначения: 1 - ствол скважины, 2 - границы гидравлического разрыва (поперечного, расположенного между напряженными преградами с ограниченной высотой роста), 3 - импульсы проппанта, транспортируемого радиально в центральную часть разрыва, 4 - импульсы проппанта, транспортируемого горизонтально в крылья разрыва.

[00038] На фиг.9 схематичная модель, представляющая транспортировку проппанта в горизонтальной скважине. Пометки: 1 - скважина, 2 - границы гидроразрыва, расположенного поперек между границами напряжения с высотой роста, 3 - импульсы проппанта, передаваемого радиально в центральную часть разрыва, 4 - имульсы проппанта, передаваемого горизонтально в крылья разрыва, 5 - уплотнение проппанта, расположенное близко к пристволовому участку, 6 - участок потенциального выклинивания, если уплотнение проппанта 5 размещено неправильно.

ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ

[0039] Вначале следует отметить, что в развитии любого реального воплощения изобретения проделывается множество воплощений - конкретных решений для достижения конкретных целей разработчика, таких как соответствие касающихся системы и бизнеса ограничений, которые будут варьироваться от одного воплощения к другому. Более того, стоит оценить то, что усилия по разработке и потребляемое время могут быть объединены, но, тем не менее, будут рутинным делом для специалиста в данной области техники, раскрытой ранее этого описания.

[0040] Описание и примеры, представленные исключительно с целью иллюстрации воплощений изобретения, не стоит толковать как ограничения объема прав и применимости изобретения. Так составы представленного изобретения описаны в данном документе как содержащие определенные материалы, это стоит понимать как то, что состав может дополнительно содержать два или более материалов, химически отличающихся. Кроме того, композиция может также содержать некоторые компоненты, отличные от уже упомянутых. В сущности изобретения и этом детальном описании каждое численное значение следует рассматривать только как измененное термином «приблизительно» (помимо явных изменений), а затем рассматривать опять как не измененное, если иное не указано в контексте. Также в сути изобретения и этом подробном описании, стоит понимать, что диапазон концентраций указан или описан как полезные, подходящий или подобный, и для любой и каждой концентрации в пределах диапазона, и должен рассматриваться, как установленный. Например, "диапазон от 1 до 10" стоит читать, как указание любого и каждого возможного числа во всем континууме от приблизительно 1 до приблизительно 10. Таким образом, даже если конкретные точки измерены в диапазоне или даже не измерены, и явно определены или относятся к малому числу конкретных данных, следует понимать, что изобретатели оценили и поняли, что любая и все точки данные в пределах диапазона должны считаться указанными, и изобретатели обладают всем диапазоном и всеми точками в пределах диапазона.

[0041] Разрывающие жидкости согласно представленному способу могут включать проппант и удаляемый проппанторазносящий материал, который может формировать каналы вокруг проппантовых распорок. В отдельных воплощениях эти экстраметрические каналообразующие материалы, включая проппанторазносящие частицы, именуются здесь «каналантами». В других воплощениях экстраметрический материал необязательно может служить каналантом, по крайней мере, частично, или даже быть удаляемым в условиях пласта, тогда как в отдельных случаях экстраметрический материал может не быть удаляемым.

[0042] Используемый здесь термин "открытые каналы" относится к соединенным между собой проходам, образованным в структуре проппант-гидроразрыв. Открытые каналы отличаются от промежуточных проходов между отдельными частицами проппанта в проппантовой матрице тем, что каналы тянутся полностью между противоположными поверхностями разрыва, без препятствий со стороны проппанта или других препятствующих течению структур, и находятся вне проппантовой матрицы, ограниченные с боков проппантовыми подушками. Такие открытые каналы обычно имеют гидравлический радиус, и, следовательно, гидравлическую проводимость, которая, по крайней мере, на порядок больше, чем у промежуточных протоков из-за проппантовой матрицы.

[0043] Открытые каналы могут быть образованы путем размещения проппанта и экстраметрического материала в разрыве таким образом, чтобы формирующие опоры проппантовые острова были полностью отделены от формирующего каналы удаляемого материала. Отделение может происходить или начинаться при подготовке, смешивании или закачки жидкости для обработки, при введении жидкости для обработки в трещину, при или после размещения проппанта, упаковки или осаждения в разрыве, на отдельном этапе после введения химикатов и/или механической манипуляции или обработки проппанта/экстраметрического материала, следующей после первоначального размещения в разрыве, или при агрегировании и уплотнении проппанта во время удаления экстраметрического материала.

[0044] Используемые здесь термины "разделение", «отделенный» и т.п., относятся к любому гетерогенному проппанту/экстраметрическому материалу распределенному между обогащенными проппантом формирующими опоры островками или участками, обедненного проппанта экстраметрического материала. Необязательно держать проппантообогащенные участки полностью лишенными экстраметрического материала, так как его наличие, особенно в относительно небольших количествах, может не превышать любой уровень, который предотвращает формирование или проппанта в опоры достаточной прочности для предотвращения закрытия разрыва. В воплощении изобретения экстраметрический материал может функционировать в проппанте или участке проппанта в качестве уплотнения или укрепления проппантовых островков и/или укрепления проппантовых опор. С обратной стороны, участки экстраметрического материала могут содержать частицы проппанта особенно относительно небольшое количество, которое остается неуплотненным или же не препятствует удалению экстраметрического материала для формирования открытых каналов и не приводит к разрушению или излишнему засорению открытых каналов проппантом.

[0045] Упрощенное воплощение способа проиллюстрировано со ссылкой на фиг.1-2, на которых частички экстраметрического материала обычно не могут растворяться во вводимой жидкости и растворяются в пластовой жидкости. На фиг.1, ствол скважины 10 может быть выполнен с перфорациями 12 в пласте 14. Раздельные частицы проппанта 16 и частицы экстраметрического материала 18 могут быть введены в жидкость гидроразрыва через ствол скважины 10 в разрыв 20, где они могут быть неоднородно размещены на соответствующих островках насыщенных проппантом 22, разнесенные участками 24, насыщенными экстраметрическим материалом. Разрыв 20 может закрываться, а островки проппанта 22 сжиматься, формируя опоры для удерживания разрыва 20 и предотвращения контакта противоположных поверхностей разрыва друг с другом. Одновременно экстраметрический материал может быть упакован в лишенные проппанта участки 24 и может помочь ограничить островки 22 от оползаний или распространения в поперечном направлении от давления веса пласта, упрощая тем самым набор большей высоты или размера открытия, полученного в результате разрыва, и большей гидравлической проводимости.

[0046] В течение следующего рабочего этапа экстраметрический материал может быть удален различными реализациями: промывкой, растворением, размягчением, расплавлением, разрушением или уничтожением экстраметрического материала, полностью или частично, с помощью подходящих механизмов действия, таких как, но, не ограничиваясь, температура, время, рН, соленость, введение растворителя, введение катализатора, гидролиз и т.п., или любая их комбинация. Механизм воздействия может быть влиянием условий окружающей среды в пласте, вторжением пластовых жидкостей, воздействием воды, течением времени, присутствием зарождающихся или замедленных реагентов в или перемешанных с частицами экстраметрического материала, введением после введения активирующей жидкости или подобного, или любой их комбинацией.

[0047] Затем, ссылаясь на фиг.2, пластовая жидкость может вторгаться в разрыв 20, вытесняя любой экстраметрический материал, раствор экстраметрического материала, продукты распада экстраметрического материала, любой неуплотненный проппант или другие частицы из проппантобедненного участка. В одном из воплощений экстраметрический материал может просто быть неуплотненным так, что он может быть удален гидравлически или может включать неуплотненные частицы, которые могут быть удалены гидравлически, например, путем промывки разрыва жидкостью из разрыва и/или введением промывочной или резервной промывочной жидкости. Таким образом, может быть сформирована сеть взаимосвязанных открытых каналов 26 вокруг опор 28, обеспечивая разрыву 20 высокую проводимость потока жидкости. Теперь могут добываться жидкости из пласта 14 в разрыв 20 через открытые каналы 26 и перфорации 12 и ствол скважины 10.

[0048] В некоторых случаях экстраметрический материал может быть удален механически, например, с помощью жидкости для выдавливания экстраметрического материала из пласта. В таких случаях, из-за удаления из разрыва экстраметрический материал может оставаться в твердом состоянии со времени введения. Некоторые подходящие материалы, которые могут противостоять деградации и разрушению, включают стекло, керамические материалы, углерод и соединения на его основе, металлы и металлические сплавы, природные и синтетические минералы, и пластмассы с высокой плотностью, нефтепрочные и с кристалличностью более приблизительно 10%. Некоторые другие подходящие пластмассы с высокой плотностью включают нейлон, акрил, стиролы, сложные полиэфиры, полиэтилены, маслостойкие термореактивные смолы и их комбинации.

[0049] Альтернативно материал может размягчаться, растворяться, реагировать или иным образом разрушаться. Материалы, подходящие для растворимого экстраметрического материала включают, например, и без ограничения, экстраметрический материал из поливинилового спирта (ПВС), соль, воск, карбонат кальция и подобное, и их комбинации. Разрушаемый нефтью экстраметрический материал может быть выбран так, что он будет разрушаться добываемыми жидкостями. Кроме того, экстраметрический материал может быть выбран разлагающимся под действием вещества, целенаправленно помещаемого в пласт при помощи введения, причем смешивание экстраметрического материала с веществом включает замедленную реакцию, разрушающую экстраметрический материал.

[0050] В отдельных разрывных операциях согласно представленному изобретению, в качестве разлагаемого экстраметрического материала может быть использован твердый кислотный прекурсор. Подходящий генерирующий кислоту растворимый экстраметрический материал может включать, например, и без ограничения, ПМК, ПГК, карбоновую кислоту, лактид, гликолид, сополимеры ПМК или ПГК, и подобное, и их комбинации. При условии, что порода пласта карбонат, доломит, песчаник или иной кислотный реактив, гидролизованный продукт экстраметрического материала, реактивная жидкая кислота, могут травить пласт на поверхности между проппантовыми опорами. Это травление может расширить открытые каналы и таким образом дополнительно повысить проводимость между опорами. Другие виды использования жидкости генерирующей кислоту могут включать помощь в разрушении остаточного геля, облегчение уплотнения проппантовых кластеров, вулканизацию или размягчение смолистых покрытий и увеличение проницаемости проппанта.

[0051] В некоторых воплощениях изобретения экстраметрический материал может быть выполнен из или содержать источник фтора способный генерировать фтористоводородную кислоту после освобождения фтора и соответствующего протонирования. Некоторые неограничивающие примеры источников фтора, которые эффективны для генерации фтористоводородной кислоты включают фтористоводородную кислоту, аммиачный фторид, фторид натрия, и т.п., или любые их смеси.

[0052] Фиг.3-4 иллюстрируют процесс травления кислотой для большей проводимости разрыва. Обратимся к фиг.3, островки 30 проппанта неоднородно размещены в разрыве 32 с разлагаемым твердым кислотным прекурсором на участках 34, обогащенных экстраметрическим материалом. Обратимся к фиг.4, задерживаемый гидролиз кислотного прекурсорного экстраметрического материала в пластовых условиях образует кислоту, которая врезается в поверхность карбонатного пласта, приводя к локализованному травлению 36 для увеличения каналов 38. Проппантовые опоры 30 остаются нетронутыми для удерживания разрыва открытым.

[0053] Подход неоднородного размещения проппанта (HPP) воплощен в отдельных аспектах изобретения. Неоднородные упаковки проппанта, далее по тексту проппантовые опоры, могут предотвратить закрытие разрыва и обеспечить высокую проводимость каналов вокруг опор, служа каналом для потока для углеводородов. НРР приводит к ряду преимуществ, по сравнению с обычными возбуждающими обработками, как увеличенная проводимость разрыва, улучшенная промывка разрыва, большая эффективная длина разрыва, уменьшенное потребление проппанта и другое.

[0054] Способ НРР согласно некоторым воплощениям изобретения состоит в пульсации концентрации проппанта при обработке гидроразрыва, которая приводит к НРР. Параметры графика обработки, как продолжительность суспензии проппанта и импульсов промывающей жидкости, концентрации проппанта, разработка жидкости-носителя. Оптимизация этих и других конструктивных параметров на основе геомеханических свойств обрабатываемого пласта может значительно повысить проводимость разрыва и эффективной длины, приводящей в конечном итоге к увеличению добычи углеводорода.

[0055] В некоторых воплощениях порядок обработки использует пульсирующий график проппанта, как показано на фиг.5. Первый этап проводится без проппанта и именуется PAD, он направлен на инициирование перелома и определение его геометрии. После этого некоторое количество этапов проппанта можно закачать с увеличением концентрации проппанта. Все или некоторые этапы проппанта можно закачивать в циклах, с каждым циклом, состоящим из импульса промывающей жидкости и импульса суспензии проппанта такой же или различной длительности. Концентрация проппанта в импульсах суспензии проппанта хранится подобной или одинаковой для каждого этапа. На последнем этапе проппанта или иначе известном, как "хвостовом", график закачивается без импульсов и служит связью между каналированным разрывом и стволом скважины.

[0056] В отдельных способах длительность импульса и концентрация проппанта может варьироваться и оптимизироваться. Скорость закачки может быть инструментом, так имея одинаковую продолжительность импульса можно обеспечить различные объемы импульсов и, соответственно, разные расстояния между опорами. В некоторых случаях, может быть проведена оптимизация импульсов/объема шлама и/или продолжительности и/или изменения скорости откачки во время импульсов.

[0057] Проводимость каналированного разрыва может зависеть от ширины опор, расстояния между опорами, напряжения, оказываемого опорами, геомеханических свойств пласта и других факторов. Ширина опоры может зависеть от концентрации проппанта в проппантовом импульсе и ширины гидравлического разрыва. Расстояние между опорами может зависеть от продолжительности импульса промывочной жидкости. Напряжение на опорах может зависеть от минимального местного напряжения в пласте и процента участка стены разрыва, покрытых опорами.

[0058] Некоторые воплощения являются способами оптимизации порядка закачивания при обработке, в частности от продолжительности этапов, концентрации проппанта в импульсах и продолжительности импульса промывочной жидкости/суспензии проппанта, что может обеспечить оптимальную достижимую проводимость разрыва. Обратный подход также позволяет определить параметры порядка обработки так, чтобы обеспечить заданную геометрию разрыва и проводимость с меньшим количеством проппанта и/или жидкости гидроразрыва.

[0059] В первом примере при обработке часть жидкости для гидроразрыва уходит в пласт. Это может привести к снижению эффективности жидкости, а также может уменьшить расстояние между опорами проппанта в разрыве с увеличением концентрации проппанта. Известно, что свойства трения жидкости гидроразрыва (эффективная вязкость) регулируют ширину гидравлического разрыва. На основе моделирования утечки и свойств трения жидкости, известных из уровня техники, концентрация проппанта в импульсах суспензии, а также длительность импульсов суспензии проппанта и промывочной жидкости могут быть рассчитаны, и проводимость разрыва может быть дополнительно оптимизирована. Параметры порядка могут быть дополнительно изменены во время обработки, чтобы оптимально распределить опоры вдоль длины разрыва. Одно из возможных воплощений показано следующим образом:

разрыв заполнен системой опор так, что есть открытые каналы, оставшиеся между опорами (см. фиг.6). Расстояние между краями опор L меньше, чем L₀ - расстояние, на котором каналы закрыты. Соотношение участка опор к участку остроконечной площадки (см. фиг.6) S_опор/S_пл определяет отношение площади поверхности разрыва к общей площади разрыва. Это отношение относится к T_проп/(T_проп+T_пром), где T_проп - время импульса грязи, а Т_пром - время промывочного импульса. Проводимость K каналов между опорами зависит от S_опор/S_пл и L/L₀. С конкретными параметрами проводимость достигает теоретического максимума К_мах. На фиг.7 проиллюстрировано, как проводимость канала может зависеть от участка открытого разрыва для разных отношений L/L₀.

[0060] Во втором примере, поскольку жидкость для гидроразрыва течет в ствол скважины и в разрыв, шламовая суспензия проппанта поддается дисперсии из-за смешивания с промывочной жидкостью на границах раздела, что может привести к увеличению объема шлама проппанта и снижению концентрации проппанта в шламе. Степень дисперсии шлама при входе в пласт (перфорированные кластеры), в зависимости от концентрации проппанта в шламе и объема шлама на поверхности, может быть оптимизирована для обеспечения требуемых параметров импульса. Степень дисперсии шлама может быть определена с поверхности и измерениями давления в скважине, плотности жидкости и/или других параметров, известных специалистам в этой области техники.

[0061] В третьем примере ранние проппантовые этапы при гидравлической обработке гидроразрыва спланированы с низкой концентрацией проппанта, чтобы избежать его отсеивания. Эти этапы предназначены для размещения проппанта близко к концу разрыва, где гидравлическая ширина мала. В случае НРР, достигаемого пульсациями, каналы в зоне конца могут иметь более высокую вероятность закрытия, значительно влияя на проводимость разрыва и его эффективную длину. Чтобы уменьшить риск потери проводимости на наконечнике, импульсы суспензии проппанта с различной концентрацией проппанта могут быть закачаны. В этом случае закрытые каналы могут оставаться подпертыми, обеспечивая проводимость однородного уплотнения проппанта. Кроме того, можно перекачивать проппант непрерывно, без импульсов, в начале обработки, чтобы удержать участок наконечника, а затем переключиться на оптимизированный импульсный график закачивания.

[0062] В четвертом примере сильно искривленные или существенно горизонтальные скважины с многоэтапным выполнением множества разрывов могут быть инициированы в течение одной обработки. Жидкость для гидроразрыва и суспензия проппанта могут распределяется между открытыми разрывами в некоторых соотношениях. Количество открытых разрывов (перфорированные кластеры, принимающие жидкость) может быть определено способами, известными из уровня техники. Это число может быть важным параметром для планирования графика импульсов. В зависимости от количества разрывов продолжительность импульса промывочной жидкости может быть настроена так, чтобы обеспечить оптимальное среднее расстояние между опорами во всех разрывах. Поскольку число разрывов может меняться в ходе обработки (выпадение в некоторых разрывах и/или открытие нового разрыва) график импульсов можно регулировать в режиме реального времени.

[0063] В пятом примере практика гидроразрыва пласта включает в себя этапы закачивания с постепенно увеличивающимися концентрациями проппанта. Это делается, чтобы снизить риск преждевременного высаживания, поскольку высокая концентрация проппанта увеличивает проводимость разрыва, но и может привести к мостированию проппанта в разрыве. С другой стороны, закачивание только части импульсов суспензии проппанта с более высокой концентрацией на отдельном этапе может увеличить проводимость разрыва без значительного увеличения вероятности отсеивания. Неограничивающим примером является 3 PPA этап закачивания каждого третьего импульса суспензии с 4 PPA концентрацией проппанта. В этом случае внутри разрыва сильно концентрированные, и таким образом более толстые, опоры будут окружены более тонкими. Такой подход может позволить дальнейшее увеличение проводимости разрыва и эффективную длину со снижением риска преждевременного осаждения. Кроме того, отдельные импульсы могут быть разработаны с более низкой концентрацией, например, на той же стадии 3 PPA, как и в предыдущем примере, каждый второй импульс может быть спланирован в 2 PPA. Частота импульсов суспензии с меньшей концентрацией проппанта и переменная концентрация проппанта может быть предназначена для обеспечения открытых каналов внутри разрыва. В этом случае разрыв может иметь достаточную проводимость для добычи высокомолекулярных углеводородов, но с меньшим количеством затрачиваемого проппанта.

[0064] Некоторые другие воплощения изобретения – это способы создания неоднородного пакета проппанта в гидравлическом разрыве для случая применения к горизонтальным скважинам и, следовательно, создание сети проводящих открытых каналов для потока жидкости. Гидравлический разрыв, покрытый таким гетерогенным пакетом проппанта может иметь, по сути, более высокую проводимость, чем обычные (однородно открытые) разрывы и поэтому может увеличить добычи нефти и газа.

[0065] В таких воплощениях способ для формирования неоднородного пакета проппанта в разрыве базируется на альтернативном введении жидкости для гидроразрыва и жидкости нагруженной проппантом в разрыв. С такой техникой это может быть важным для оптимального планирования продолжительности чередующихся этапов, и, кроме того, введение однородного пакета ближе к стволу скважины для предотвращения выклинивания разрыва. Следовательно, неоднородное размещение проппанта при горизонтальных применениях включает в себя следующие этапы:

1). Первый этап - введение жидкости гидроразрыва и формирование/развитие разрыва. Жидкость, вводимая на данном этапе (этап площадки), как правило, не имеет проппанта или имеет низкую концентрацию проппанта небольшого размера, в качестве вещества предотвращения потерь, или песты проппанта, чтобы очистить и подорвать перфорации, или проппант для покрытия части разрыва ближе к наконечнику.

2). Второй этап содержит повторяющееся добавление данных объемов проппанта в жидкость для гидроразрыва пласта. Данный объем проппанта, смешанного с жидкостью для гидроразрыва (при данной концентрации проппанта), называется импульсом проппанта (или подэтап). Объем или длительность импульса проппанта является важным параметром и имеет существенное влияние на желаемые свойства конечного разрыва. Для достижения существенного увеличения проводимости, в отдельных случаях, время одного закачивания пачки (на поверхности), может быть меньше 60 с при обычной скорости закачивания, а соответствующий объем может быть меньше 80 барр. Длительность между импульсами введения проппанта может также контролироваться параметрами и в некоторых примерах не превышает 60 с или в зависимости от объема 80 барр. Количество импульсов проппанта вводимых на втором этапе может быть достаточно высоким и может также зависеть от размера гидроразрыва и запланированной геометрии разрыва. В тоже время, чтобы достичь желаемой проводимости разрыва количество импульсов проппанта, вводимых на втором этапе, обычно превышает 1, 2, 3 или даже 4 импульса.

3). Третий этап (последний) является введением данного объема жидкости гидроразрыва с проппантом в разрыв. Проппант, вводимый на этой стадии, формирует стабильную пачку проппанта близко к стволу скважины, чтобы предотвратить образование стен, чтобы закрыть зону ближнюю к стволу скважины. Продолжительность этого этапа является управляющим параметром, который зависит от механических свойств пласта и параметров обработки. Очень короткий "последний" этап может привести к выклиниванию между собой ближайшего импульса проппанта, закачивается на этапе 2 (см. фиг.9, примечание №6). В то же время однородное уплотнение проппанта, расположенное близко к стволу скважины, может негативно отразиться на добыче, поскольку проводимость этого участка может быть значительно ниже, чем проводимость канальной части. Следовательно, продолжительность этой стадии ограничена с верхнего конца производственным требованием. Подводя итог, время закачивания третьего этапа должно, как правило, превышать 6 с (или, исходя из объемов, это должно превышать 3 барр). В тоже время это может быть оптимальным, чтобы не превышать общее время закачивания или введения объема на этапе два (стандартная продолжительность импульса).

[0066] Методы, описанные выше, могут быть применимы и к одновременному возбуждению нескольких разрывов, которые могут возникнуть в случаях заканчивания открытого забоя и обсаженной скважины с несколькими перфорационными кластерами. Объемы этапов, указанных выше, указаны в расчете на один разрыв. Следовательно, график закачивания на поверхности может быть изменен оптимально, а объемы этапов быть умножены на ожидаемое число разрывов, полученных данной обработкой.

[0067] Во время гидравлического разрывания, насосы высокого давления на поверхности вводят жидкость для гидроразрыва в ствол скважины, прилегающей к лицевой поверхности или зоне добычи геологического пласта. Первый этап, также известный как "этап прокладки" (упомянутый выше), включает введение жидкости для гидроразрыва в скважину при достаточно высокой скорости потока и давлении, достаточном для, буквально, разрушения или разрыва части окружающих слоев на поверхности песка. Этап прокладки продолжается пока разрыв не будет иметь достаточных размеров для размещения последующей закачиваемой суспензии на этапе проппанта. Объем прокладки может быть разработан с теми знаниями в области планирования разрывов, например, как описано в Reservoir Stimulation, 3^rd. Ed., M.J. Economides, K.G. Nolte, Editors, John Wiley and Sons, New York, 2000.

[0068] Жидкость гидроразрыва на водяной основе является общей, с натуральными или синтетическими водорастворимыми полимерами, которые возможно добавляют для увеличения вязкости жидкости, и могут быть использованы во всей прокачке и последующих этапах проппанта и/или экстраметрического материала. Эти полимеры включают, но не ограничиваются, гуаровую резину; высокомолекулярные полисахариды, состоящие из сахаров маннозы и галактозы; или производные гуара, такие как, гидрооксипропил гуар, карбоксиметил гуар, карбоксиметилгидроксипропил гуар, и подобное. Сшивающие вещества на основе комплексов бора, титана, циркония или алюминия обычно используются для увеличения эффективной молекулярной массы полимера для использования в высокотемпературных скважинах.

[0069] В меньшей степени, с или без поперечных связей используются производные целлюлозы, такие как, гидрооксиэтилцелюллоза или гидрооксипропилцелюллоза и карбоксиметилгидрооксиэтилцелюллоза. Два биополимера - ксантан и склероглюкан - обеспечивают отличную проппантовую суспензию, но стоят дороже, чем производные гуара и поэтому используются реже. Полиакриламидные и полиакрилатные полимеры и сополимеры обычно используются для высокотемпературных применений или уменьшения трения при низких концентрациях для всех температурных диапазонов.

[0070] Жидкость гидроразрыва на водяной основе можно получить с помощью вязкоупругих поверхностно-активных веществ. Обычно эти жидкости получают путем смешивания в соответствующих количествах пригодных поверхностно-активных веществ, таких как, анионные, катионные, неионные, амфотерные и цвиттерионные. Вязкость вязкоупругих поверхностно-активных жидкостей относится к трехмерной структуре, образованной компонентами жидкости. Когда концентрация поверхностно-активного вещества в вязкоупругой жидкости значительно превышает критическую концентрацию, и в большинстве случаев в присутствие электролита, молекулы ПАВ агрегируют в виды, такие как, червеобразные или стержнеобразные мицеллы, которые могут взаимодействовать для формирования сети, обладающие вязким и упругим поведением. Кроме того, бесполимерные жидкости на основе глины, например, те, которые основаны на Laponite® (синтетическая глина - загуститель) также могут быть полезны.

[0071] После того, как разрыв индуцируется, проппант и экстраметрический материал могут быть введены в разрыв, как суспензия или суспензия частиц в жидкости гидроразрыва, во время того, что называется здесь "этап проппанта". На этапе проппанта, проппант и экстраметрический материал могут быть введены за один или больше разделенных подэтапов, чередуясь между "подэтапом проппанта" и "подэтапом экстраметрического материала" и/или в виде смеси экстраметрического материала и проппанта за один или более подэтапов, называемых здесь "смешанный подэтап". Кроме того, проппант, экстраметрический материал и/или смешанные подэтапы могут быть разделены на один или более дополнительных "подэтапов носителей", которые по сути лишены проппанта и экстраметрического материала, а также могут быть по сути лишенными других частиц.

[0072] Некоторые воплощения могут касаться процессов, связанных с ГРП. Примеры этих воплощений включают повышенную переработку нефти, обработки отходов скважин для нагнетания хранящегося углекислого газа, отходов воды или других жидких отходов, и обработки для скважин для восстановления окружающей среды, т.е., для закачки воды для изменения направления движения или скорости потока грунтовых вод или введения химического вещества для очистки загрязненного водоносного горизонта. Некоторые воплощения изобретения могут извлечь выгоду из использования морской воды или производственной воды с твердыми телами.

[0073] В результате проппант не полностью заполняет разрыв. Собственно, разнесенные проппантовые кластеры формируются, как опоры с проппантом, разнесенным экстраметрическим материалом, первоначально заполнявшим каналы между ними, через которые, при последующем удалении экстраметрического материала проходят пластовые жидкости. Объемы подэтапов проппанта, экстраметрического материала и носителя, при закачке, могут отличаться. Т.е. объем экстраметрического материала и любых подэтапов носителей могут быть больше или меньше объема проппанта и/или любых смешанных подэтапов. Кроме того, объемы и порядок введения этих подэтапов может меняться в течение длительности проппантового этапа. Т.е. подэтапы проппанта, закачиваемые ранее при обработке, могут быть меньше по объему, чем подэтапы проппанта, закачиваемые позднее, при обработке. Относительный объем подэтапов может быть выбран инженером на основе того, насколько большой участок поверхности разрыва желательно поддерживать кластерами проппанта, и насколько большой участок поверхности разрыва желательно использовать в качестве открытых каналов, через которые пластовые жидкости будут свободно течь.

[0074] Подходящие проппанты могут включать песок, гравий, стеклянные шарики, керамику, бокситы, слюду, стекло и т.п., или их комбинации. Также могут использоваться другие проппанты, такие как, пластиковые шарики, такие как стирол дивинилбензола, и частички металла. Проппант, используемый в данной заявке, необязательно может иметь такие же свойства проницаемости, которые обычно необходимы при обычных обработках, поскольку общая проницаемость трещины, по меньшей мере, частично зависит от образования каналов. Другие проппанты могут быть такими материалами: буровой шлам, выброшенный из скважины при циркуляции. Также, в качестве проппанта могут быть использованы частичные материалы естественного происхождения, включая, но не ограничиваясь: грунт или дробленные оболочки орехов, таких как, грецкий орех, кокос, пекан, миндаль, орех костяной пальмы, бразильский орех и т.д.; грунт или дробленные оболочки семян (в том числе, фруктовые косточки) фруктов, таких как слива, оливки, персик, вишня, абрикос и т.д.; грунт или дробленные оболочки семян других растений, таких как, кукуруза (например, початки или зерна кукурузы), и т.д.; обработанные древесные материалы, полученные из дерева, такого как, дуб, пекан, орех, тополь, красное дерево и т.д., включая дерево, которое обработано шлифовкой, тесанием или другой формой частичной обработки и т.д., в некоторых неограничивающих примерах проппант выполнен из скорлупы грецкого ореха, пропитанной и покрытой смолами. Дополнительная информация о некоторых из указанных выше составах может быть найдена в Encyclopedia of Chemical Technology, под редакцией Raymond E. Kirk и Donald F. Othmer, Third Edition, John Wiley & Sons, т. 16, стр. 248-273 (под названием "Орехи"), Авторское право с 1981 г. Проппант, покрытый смолой (различные смолы и пластмассовые покрытия) или инкапсулированный, имеющий основание любого из перечисленных выше раскрывающих материалов, таких как песок, керамика, бокситы, ореховая скорлупа и т.д., может быть использован в соответствии с изобретением. По существу, проппантом может быть любой материал, что сможет удержать открытой часть разрыва.

[0075] Выбор проппанта может сбалансировать факторы проппанта долгосрочную прочность, характеристик распределения проппанта и его стоимость. Проппант может иметь способность течь глубже в гидроразрыв и формировать разнесенные опоры, которые, будучи подвержены сжатию закрытия разрыва, противостоят раздавливанию. Относительно недорогие материалы низкой прочности, такие как, песок, могут быть использованы для гидроразрыва пласта с малым внутренним напряжением. Материалы большей стоимости, такие как, керамика, бокситы и другие, могут быть использованы в пластах с более высоким внутренним напряжением. Кроме того, может быть рассмотрено химическое взаимодействие между добываемыми жидкостями и проппантом, которое может значительно изменить характеристики проппанта.

[0076] Поскольку одно воплощение не может зависеть от пористости или проницаемости упакованной матрицы проппанта для придания разрыву проводимости потока, наличие возможности выбрать более широкий диапазон проппантовых материалов может быть преимуществом настоящего изобретения. Например, проппант может иметь любой размер или диапазон смешивания, разные диаметры или другие свойства, приводящие к получению очень плотных, очень прочных опор, образующих матрицу проппанта, имеющую высокую или низкую пористость и высокую или низкую проводимость, при этом пористость проппанта и проводимость не так важны в воплощении данного изобретения, поскольку добыча жидкости через матрицу проппанта не требуется. Или, клейкий или укрепляющий материал, который закупоривает обычную пачку проппанта может здесь использоваться для промежуточных пространств матрицы проппанта, такой как, например, устанавливаемый или сшиваемый полимер, который может быть установлен или сшитый в проппанте.

[0077] Таким образом, опора проппанта соответствующей прочности может быть успешно создана при помощи песка с частицами слишком слабых для использования в обычных ГРП. Стоимость песка значительно меньше, чем керамического проппанта. Кроме того, разрушение частиц песка во время приложения нагрузки закрытия разрыва может улучшить прочность того же кластера, состоящего из гранул проппанта. Это может произойти потому, что ломание/разрушение частиц проппанта уменьшает пористость кластера, тем самым уплотняя проппант. Песок, закачиваемый в разрыв для создания кластера проппанта не требует хороших гранулометрических свойств, т.е. узкое распределение размеров частиц или диаметров необходимо для проницаемой пачки проппанта в обычном пласте. Например, в одном варианте осуществления можно использовать 50 т песка, в котором 10-15 т имеют диаметр частиц от 0,002 до 0,1 мм, 15-30 т имеют диаметр частиц от 0,2 до 0,6 мм, и 10-15 т имеют диаметр частиц от 0,005 до 0,05 мм. Следует отметить, что обычный гидравлический разрыв пласта потребует около 100 т проппанта более дорогого, чем песок, чтобы получить аналогичную величину гидравлической проводимости для прохождения жидкости через непрерывно-пористую матрицу проппанта в расклиненный разрыв.

[0078] Для целей данного изобретения один вариант осуществления проппанта может использовать песок с чистым адгезивным покрытием или клейкое покрытие, покрытое слоем неклейкого вещества растворимого в разрыве, например, жидкостью обработки разрыва или другой жидкостью, проходящей через разрыв. Неклейкое вещество ингибирует образование проппантовых агломератов перед входом в разрыв и позволяет контролировать момент времени в разрыве, когда, согласно месту, где частицы проппанта обретут свои адгезионные свойства. Клейкое покрытие может быть активировано температурой пласта и частицы песка склеиваются между собой. Связанные частицы внутри опор могут препятствовать эрозии проппантовых опор, во время прохождения потока пластовых жидкостей, и минимизируют окончательное разрушение островков проппанта эрозией.

[0079] В одном воплощении армирующий и/или укрепляющий материал может быть введен в жидкость гидроразрыва для увеличения прочности сформированных проппантовых кластеров и предотвращения их коллапса во время закрытия разрыва. Обычно армирующий материал может быть добавлен на подэтапе проппанта и/или смешанном подэтапе, но также может быть введен дополнительно или альтернативно на подэтапе экстраметрического материала и/или подэтапе носителе, или другими способами. Например, армирующий материал может быть экстраметрическим материалом, который служит для усиления кластеров проппанта, но может быть удален как или с экстраметрическим материалом из участков лишенных проппанта. Обе концентрации проппанта и армирующих материалов могут меняться во времени по всей стадии проппанта и от подэтапа к подэтапу. Т.е. концентрация проппанта - армирующего материала может быть различной на двух последующих подэтапах. Она также может быть подходящей к некоторым применениям настоящего способа для введения армирующего материала непрерывным или полунепрерывным образом на всем этапе проппанта, в ходе множества смежных носителей, экстраметрического материала, смешанного подэтапа и подэтапа проппанта. Например, армирующий материал, размещенный на участках экстраметрического материала в разрыве может быть удален с экстраметрическим материалом, как описано ниже. В любом случае, введение армирующего материала не должно быть ограничено только подэтапом проппанта. В частности, могут быть предпочтительными различные реализации, когда концентрация армирующего материала не изменяется в течение всего этапа проппанта; монотонно увеличивается во время этапа проппанта; или монотонно уменьшается в течение этапа проппанта.

[0080] Вулканизируемый или частично вулканизируемый, покрытый смолой проппант может быть использован в качестве армирующего и уплотняющего материала для формирования кластеров проппанта. Процесс выбора соответствующего покрытого смолой проппанта для конкретной статической температуры забоя (BHST) и конкретной жидкости гидроразрыва хорошо известны опытным работникам. Кроме того, органические и/или неорганические экстраметрические материалы могут усилить кластер проппанта. Эти материалы могут быть использованы в комбинации с покрытым смолой проппантом или по отдельности. Эти экстраметрические материалы могут иметь, по своей сути, клейкую поверхность, могут быть химически или физически модифицированными, чтобы иметь клейкое покрытие, или могут иметь клейкое покрытие, полученное из слоя неклейкого вещества растворимого в разрыве с помощью жидкости одновременно или впоследствии прошедшей сквозь разрыв. Экстраметрические материалы, выполненные из клейкого материала, могут быть использованы в качестве армирующих материалов, покрытых неклейким веществом, которое растворяется в жидкости гидроразрыва или другой жидкости, при его прохождении через разрыв при подземных температурах. Частицы металла являются еще одним воплощением для армирующего материала и могут быть произведены с использованием алюминия, стали, возможно содержащей специальные добавки, которые препятствуют коррозии, и других металлов и сплавов, и тому подобное. Например, частицы металла могут быть в форме, напоминающей сферу и размер 0,1-4 мм. В одном из воплощений изобретения металлические частицы могут иметь удлиненную форму с длиной больше 2 мм и диаметром от 10-200 мкм. В другом воплощении изобретения пластины из органического или неорганического вещества, керамики, металлов или металлических сплавов, могут быть использованы в качестве армирующего материала в проппанте. Эти пластины могут быть дискообразной или прямоугольной формы и длины, и ширины такой, что для всех материалов соотношение между любыми двумя из трех размеров было больше 5 к 1.

[0081] С другой стороны, высокая проницаемость и/или высокая пористость уплотнения проппанта может быть соответствующим образом использована без ущерба. В одном из воплощений изобретения проницаемость проппанта может обеспечить определенную ограниченную проводимость разрыва в случае, если каналы не сформированы должным образом или же не полностью соединены между собой. Кроме того, при некоторых условиях пласта может быть предпочтительным использование представленного способа для выполнения окончательного последнего этапа обработки разрыва, включая продолжительное введение проппанта в разрывающую жидкость, причем проппант на этой стадии состоит, по сути, из частиц одного размера, чтобы получить зону проппанта с непрерывной пористостью рядом со стволом скважины. При применении последний этап обработки разрыва напоминает традиционную обработку разрыва, где непрерывный слой хорошо отсортированного обычного проппанта помещается в разрыв относительно близко к стволу скважины. Последний этап может включать введение как вещества, увеличивающего способность обрабатывающей жидкости к транспортировке проппанта и/или вещества, которое действует в качестве армирующего материала. Последний этап отличается от второго этапа непрерывным размещением хорошо отсортированного проппанта, т.е. проппанта с существенно одинаковым размером частиц или даже стержневого проппанта. Крепость проппанта достаточна для предотвращения его раскалывания (раскрашивания) под воздействиями напряжений, возникающих при закрытии разрыва. Роль проппанта на этом последнем этапе - предотвращение закрытия разрыва и, следовательно, обеспечение хорошей проводимости разрыва поблизости к стволу скважины.

[0082] Проппанты, используемые в представленном способе, также должны быть способными отделяться в островки, обогащенные проппантом, для неоднородного размещения в разрыве, отнесенные от соседних островков проппанта. Такие свойства, как плотность, размер, форма, магнетические характеристики, поверхностные характеристики, например, гидроаффинность и реакционная способность, и химическое или механическое взаимодействие с экстраметрическим материалом и т.п., все это может влиять на отделяемость проппанта. Таким образом, эти характеристики могут быть выбраны для облегчения отделения от участков богатых экстраметрическим материалом в зависимости от того, каким образом осуществляется отделение, скважинных условий, экстраметрического материала, жидкости для обработки, и т.д.

[0083] В одном воплощении изобретения проппант может иметь самоклеящуюся поверхность, например, при помощи проппанта, который имеет природное притяжение для или стремление к агломерации с или прилипание к другим частицам проппанта, и/или путем нанесения покрытия или химической модификации поверхности проппанта для самостоятельной адгезии, например, путем нанесения на проппант клейкого вещества или вещества для повышения клейкости или прививки клейкого вещества или повышающего клейкость соединения к проппанту. Предпочтительно, самоклеящийся проппант не должен приклеиваться к экстраметрическому материалу и другим поверхностям, таким как, поверхности трубопроводов, насосов и труб в стволе скважины. В одной версии самоклеящегося проппанта, проппант свободно удерживается вместе в сплоченных пачках или шарах геля или легко сшитый, текучим полимером, для которого проппант имеет дифференциальную аффинность, например, проппант может быть привит к гелеобразующему полимеру.

[0084] В одном воплощении изобретения проппант может быть гидрофильным, например, с использованием проппанта, который обычно гидрофильный, такой как, большинство песков, например, и/или путем обработки частиц проппанта ионными или полярными модификаторами, такими как, сильная кислота, слабая кислота, сильное основание, слабое основание, или с помощью реакции с поверхностью проппанта, чтобы связать ионную или полярную часть с аффинностью к водным жидкостям. Таким образом, проппант может дифференциально притягиваться к другим гидрофильным видам в обрабатывающей жидкости, например, другим частицам проппанта или несмешивающимся фазам в жидкости для обработки, например, водной фазе, особенно там, где экстраметрический материал является гидрофобным и/или его вводят с помощью несмешивающейся гидрофобной жидкой фазы в жидкости для обработки.

[0085] В другом воплощении изобретения проппант может быть гидрофобным, например, с помощью проппанта, который обычно гидрофобный, такой как воск, например, и/или путем обработки частиц проппанта масляными веществами, воском или другим углеводородом, или с помощью реакции с поверхностью проппанта, чтобы связать углеводородную остаточную часть с низкой аффинностью к водным жидкостям. Таким образом, проппант может дифференциально притягивать другие гидрофобные соединения в жидкости для обработки, например, другие частицы проппанта или несмешивающиеся жидкие фазы в жидкости для обработки, такие как, масляные вещества или другую неводную фазу, особенно там, где экстраметрический материал является гидрофильным и/или введен с помощью несмешивающейся гидрофильной фазы в жидкость для обработки.

[0086] В одном воплощении проппант может присутствовать в обрабатывающей жидкости, которую вводят в разрыв в виде пакета несмешивающейся жидкости или глобулы, диспергированной в более или менее непрерывной фазе второй жидкости, несущей экстраметрический материал. Несмешивающиеся жидкие пакеты проппанта могут каждый содержать достаточное количество проппанта для формирования островков подходящего размера, отдельно от размещения изолированного пакета или в комбинации с одним или более дополнительными пакетами проппанта, где может происходить совокупное размещение пакетов. Поскольку формирующиеся открытые каналы должны связать между собой ствол скважины и выставленные на расстоянии поверхности разрыва, может быть удобно обеспечить экстраметрический материал в непрерывной фазе в обрабатывающей жидкости, в которой разошлись пакеты проппанта, или в дискретной фазе. В одном варианте пакеты проппанта могут быть снабжены тонкой кожей или инкапсулированы в деформируемый пузырь, чтобы сохранить проппант и текучесть во время введения, а пузырь может быть дополнительно разорван или химически или термически удален во время размещения в разрыве и/или во время закрытия разрыва.

[0087] Выбор экстраметрического материала может зависеть от способа разделения экстраметрического материала и размещения в разрыве, равно как от способа удаления экстраметрического материала и формирования каналов. В его простой форме экстраметрический материал может быть твердыми частицами, которые могут быть сохранены в твердой форме при введении и закрытии разрыва, и легко растворяемым или разлагаемым для удаления. Материалы, которые могут быть использованы, могут быть органическими, неорганическими, стеклом, керамикой, нейлоном, углеродом, металлическими и так далее. Подходящие материалы могут включать водо- или углеводородорастворимые твердые вещества, такие как, например, соль, карбонат кальция, воск или тому подобное. Полимеры могут быть использованы в другом воплощении, включая такие полимеры, как полимолочная кислота (ПМК), полигликолевая кислота (ПГК), полиол, полиэтилентерефталат (ПЭТ), полисахарид, воск, соль, карбонат кальция, бензойная кислота, материалы на основе нафталина, оксид магния, бикарбонат натрия, растворимые смолы, хлорид натрия, хлорид кальция, сульфат аммония и тому подобное, и так далее, или любые их комбинации. Используемые здесь, «полимеры» включают как гомополимеры, так и сополимеры указанного мономера с одним или несколькими сомономерами, в том числе трансплантаты, блокирующие и случайные сополимеры. Полимеры могут быть линейными, разветвленными, в виде звезды, сшитыми, производными, и так далее, по желанию. По необходимости экстраметрический материал может быть выбран, чтобы иметь размер и форму подобную или неподобную размерам и форме частиц проппанта, чтобы способствовать отделению от проппанта. Форма частиц экстраметрического материала может включать, например, волокна, шары, стержни, пластинки, ленты и тому подобное, и их комбинации. В некоторых применениях могут использоваться пучки волокон или волокнистых, или деформируемых материалов. Эти волокна могут дополнительно или альтернативно образовывать трехмерную сеть, усиливая проппант и ограничивая его вынос.

[0088] Например, разделение введенного проппанта и экстраметрического материала, введенного и размещенного в разрыве, может быть вызвано различиями (или сходством) по размеру, плотности и форме двух материалов. Удельные веса и объемные концентрации проппанта и экстраметрического материала могут быть приспособлены к минимальному смешиванию и гомогенизации во время размещения. Правильное определение размеров экстраметрического материала или добавление различных утяжеляющих веществ в жидкость, обогащенную экстраметрическим материалом, может способствовать отделению в соответствующее время и место.

[0089] Любой проппант или разнесенные частицы проппанта могут быть выполнены, чтобы быть "липкими" так, что частицы подобного материала прилипали друг к другу, чтобы помочь обеспечить неоднородность между двумя разными материалами. Частицы проппанта могут быть выбраны так, чтобы прилипать к другим частицам проппанта, как описано выше, и отталкиваться от или отталкивать частицы экстраметрического материала. Альтернативно или дополнительно, частицы экстраметрического материала могут быть выбраны самоклеящимися и не клеящимися к проппанту. Экстраметрический материал может, например, включать в себя самоклеящееся покрытие. Другой способ провоцирования разделения двух материалов - выбор проппанта и экстраметрического материала с естественными различиями гидроаффинности или создание гидроаффинных различий поверхности с помощью обработки либо проппанта, либо экстраметрического материала гидрофобными или гидрофильными покрытиями.

[0090] Наличие экстраметрического материала в жидкости гидроразрыва на этапе проппанта, например, на смешанном подэтапе или в специальном подэтапе экстраметрического материала, может иметь преимущество увеличения транспортной способности проппанта. Другими словами, экстраметрический материал может уменьшить скорость осаждения проппанта в жидкости обработки разрыва. В воплощении изобретения экстраметрический материал может быть материалом с удлиненными частицами, имеющими длину, намного превышающую диаметр. Этот материал может влиять на реологические свойства и подавлять конвекцию в жидкости, что может привести к снижению скорости осаждения проппанта в жидкости разрыва и поддерживанию отделения проппанта от участков лишенных проппанта. Экстраметрический материал может быть способен разлагать в водной жидкости разрыва или в скважинной жидкости, такой как волокна, выполненные на основе полилактовой кислоты (ПМК), полигликолевой кислоты (ПГК), поливинилового спирта (ПВС) и других. Волокна могут быть сделаны из или покрыты материалом, который становится клейким при подземных пластовых температурах. Они могут быть изготовлены из клейкого материала, покрытого неклейким веществом, которое растворяется в жидкости разрыва или другой жидкости, когда она проходит через разрыв. Волокна, используемые в одном воплощении изобретения, могут быть до 2 мм длиной с диаметром 10-200 мкм, в соответствии с основным условием, что отношение между любыми двумя из трех размеров больше, чем 5 к 1. В другом варианте волокна могут иметь длину больше 1 мм, такую как, например, 1-30 мм, 2-25 мм или 3-18 мм, например, приблизительно 6 мм; и они могут иметь диаметр 5-100 мкм и/или денье приблизительно 0,1-20, предпочтительно, приблизительно от 0,15-6. Эти волокна являются желательными, чтобы облегчить способность нести проппант для жидкости для обработки с пониженным уровнем жидких загущающих полимеров или поверхностно-активных веществ. Сечения волокон не должны быть круглыми и волокна не должны быть прямыми. Если используются фибриллированные волокна, диаметры отдельных волокон могут быть намного меньше, чем вышеупомянутые диаметры волокон.

[0091] Концентрация экстраметрического материала в жидкости для обработки может удобно быть такой, чтобы экстраметрический материал, сжатый между островками проппанта при закрытии разрыва, имел уплотненный объем для заполнения пространств между уплотненными островками проппанта с одинаковым сжатием и для проппанта и для экстраметрического материала. Другими словами, заполнение экстраметрическим материалом служит для удержания островков проппанта на месте и препятствует боковому расширению, которое может уменьшить окончательную высоту проппантовой опоры. В одном из воплощений изобретения массовая концентрация волокнистого экстраметрического материала в жидкости гидроразрыва может быть от 0,1 до 10%. В другом воплощении изобретения концентрация твердого экстраметрического материала в жидкости для обработки обычно составляет от приблизительно 0,6 г/л (около 5 ppt) до приблизительно 9,6 г/л (около 80 ppt).

[0092] В воплощении изобретения первый тип волокнистой добавки может обеспечить усиление и армирование проппанта. Этот тип волокна может включать, например, стекло, керамику, углерод и углеродные соединения, металлы и металлические сплавы и т.п., и их комбинации, в качестве материала, который упакован в проппант для укрепления проппантовых опор. В других применениях, второй тип используемого волокна может быть таким, который ингибирует осаждение проппанта в жидкости для обработки. Второй тип волокна может включать, например, полимолочную кислоту, полигликолевую кислоту, полиэтилентерефталат (ПЭТ), полиол, нейлон и т.п., и их комбинации, в качестве материала, который ингибирует осаждение или дисперсию проппанта в жидкости для обработки и служит главным удаляемым материалом наполнителем в промежутках между опорами. Тем не менее, другие применения включают смесь волокон первого и второго типа, первый тип волокна обеспечивает укрепление и проппанта, а второй тип волокна ингибирует осаждение проппанта в жидкости для обработки.

[0093] Волокна по своей природе могут быть гидрофильными или гидрофобными. Гидрофильные волокна используются в одном воплощении изобретения. Волокна могут быть любым волокнистым материалом, таким как, но не ограничиваясь ими, природные органические волокна, измельченный растительный материал, синтетические полимерные волокна (в качестве неограничивающего примера, полиэфир, полиарамид, полиамид, новолоид или новолоидный полимер), фибриллированные синтетические органические волокна, керамические волокна, неорганические волокна, металлические волокна, металлические нити, углеродные волокна, стекловолокна, керамические волокна, натуральные полимерные волокна, а также любые их смеси. Особенно полезными волокнами являются полиэфирные волокна, покрытые для большей гидрофильности, такие как, но не ограничиваясь, ДАКРОНА® полиэтилентерефталат (ПЭТ), волокна, предоставляемые Invista Corp. Вичита, Канзас, США, 67220. Другие примеры пригодных волокон включают, но не ограничиваются ими, полиэфирные волокна полимолочной кислоты, полиэфирные волокна полигликолевой кислоты, волокна поливинилового спирта и т.п.

[0094] В некоторых воплощениях изобретения твердый экстраметрический материал выбирается из таких материалов: замещенный и незамещенный лактид, гликолид, полимолочная кислота, полигликолевая кислота, сополимер полимолочной кислоты и полигликолевой кислоты, сополимер гликолевой кислоты с другой гидрокси-, карбоновой кислотой, или части, содержащие гидроксикарбоновую кислоту, сополимер молочной кислоты с другой гидрокси-, карбоновой кислотой или части, содержащие гидроксикарбоновую кислоту, или их смеси. Некоторые примеры полигликолевой кислоты или ПГК, и полимолочной кислоты или ПМК. Эти материалы функционируют как твердо-кислотные прекурсоры и при растворении в разрыве могут образовывать разновидности кислоты, которые могут иметь вторичные функции в разрыве.

[0095] Если желательно, в жидкости для обработки может использоваться вещество, контролирующее рН, особенно там, где наличествует твердый прекурсор кислоты, а одна или больше жидкостей для обработки является рН-чувствительной. Вещество, контролирующее рН, может быть выбрано из аминов и щелочного грунта, аммония и солей щелочных металлов сесквикарбонатов, карбонатов, оксалатов, гидроксидов, оксидов, бикарбонатов и органических карбоксилатов, например, сесквикарбонат натрия, триэтаноламин или тетраэтиленпентамин.

[0096] Например, экстраметрический материал может функционировать в качестве прерывателя кислоты для загустителя, где экстраметрический материал выбирается из твердых веществ, которые содержат кислоту и гидролизуются, чтобы выпустить кислоту, твердое вещество, которое гидролизуется, чтобы выпустить кислоту, и смеси таких материалов. Твердое вещество может быть представлено в виде достаточно маленьких частиц, чтобы они, по крайней мере, частично входили в поры пласта, и/или достаточно больших, чтобы они оставались в разрыве в промежутках между опорами проппанта. Обрабатывающая жидкость может также содержать вещество, контролирующее рН, представленное в количестве достаточном для нейтрализации любой кислоты, представленной в твердом материале до введения, и нейтрализации любой кислоты, продуцируемой твердым материалом во время введения, таким образом, чтобы разрушитель кислоты не присутствовал, чтобы разорвать жидкость во время введения. Когда введение остановлено, твердое вещество предусматривает высвобождение кислоты сверх количества, которое может быть нейтрализовано любым веществом контролирующим рН, тем самым разрушая вязкую жидкость. По желанию, загуститель в этом воплощении является вязкоупругой поверхностно-активной системой. По желанию, твердый материал имеет размер, который образует внутреннюю фильтрационную корку в порах пласта. При желании, твердый материал имеет размер, который не блокирует поток жидкости в порах пласта. Твердое вещество выбрано из таких материалов как: замещенный и незамещенный лактид, гликолид, полимолочная кислота, полигликолевая кислота, сополимер полимолочной кислоты и полигликолевой кислоты, сополимер гликолевой кислоты с другой гидрокси-, карбоновой кислотой или части, содержащие гидроксикарбоновую кислоту, сополимер молочной кислоты с другой гидрокси-, карбоновой кислотой или части, содержащие гидроксикарбоновую кислоту, или их смеси. Примером является полигликолевая кислота. Вещество, контролирующее рН, выбирается из аминов и щелочных грунтов, аммония и солей щелочных металлов сесквикарбонатов, карбонатов, оксалатов, гидроксидов, оксидов, бикарбонатов и органических карбоксилатов, например, натрия сесквикарбонат, триэтаноламин или тетраэтиленпентамин.

[0097] Подходящие твердые кислоты для использования в вязкоупругих поверхностно-активных (ВУП) жидкостных системах включают замещенный и незамещенный лактид, гликолид, полимолочную кислоту, полигликолевую кислоту, сополимер полимолочной кислоты и полигликолевой кислоты, сополимер гликолевой кислоты с другой гидрокси-, карбоновой кислотой, или части, содержащие гидроксикарбоновую кислоту, сополимер молочной кислоты с другой гидрокси-, карбоновой кислотой или части, содержащие гидроксикарбоновую кислоту, или их смеси. Другие материалы, подходящие для использования в ВУП жидкостных системах - это те полимеры гидроксиуксусной кислоты (гликолевая кислота) с самим собой или другой гидрокси-, карбоновой кислотой или частями, содержащими гидроксикарбоновую кислоту, описанных в патенте США № 4848467; 4957165 и 4986355. Подходящие твердые кислоты также описаны патенте США №2003/002195 и 2004/0152601, оба из которых уступают правообладателю представленной заявки.

[0098] Компоненты высших твердых кислот для ВУП систем представляют собой твердые циклические димеры или твердые полимеры некоторых органических кислот, которые гидролизуются при известных и контролируемых условиях температуры, времени и рН с образованием органических кислот. Одним из примеров пригодных твердых кислот является твердый циклический димер молочной кислоты, известный как "лактид", который имеет точку плавления 95-125°С, в зависимости от оптической активности. Другим является полимер молочной кислоты, который иногда называют полимолочной кислотой или "ПМК", или полилактат или полилактид. Другим примером является твердый циклический димер гликолевой кислоты, известной как «гликолид», который имеет температуру плавления около 86°С. Еще одним примером является полимер гликолевой кислоты (полиоксиуксусная кислота), также известный как полигликолевая кислота (ПГК) или полигликолид. Другой пример представляет собой сополимер молочной кислоты и гликолевой кислоты. Эти полимеры и сополимеры являются сложными полиэфирами. Полученные материалы могут содержать некоторую свободную кислоту и некоторый растворитель, обычно воду.

[0099] Natureworks L.L.C., Миннетонка, Миннесота, США, производит циклический димер твердой молочной кислоты под названием "лактид" и из него производит полимеры молочной кислоты или полилактаты с различной молекулярной массой и степенью кристалличности, под общим торговым названием NATUREWORKS^тм ПМК. ПМК, предоставляемый в настоящее время Карждил Дау имеют молекулярные массы приблизительно до 100000, хотя в воплощении изобретения может быть использован любой полилактид (полученный любым способом любым производителем) и любой материал с любой молекулярной массой и степенью кристалличности. Полимеры ПМК являются твердыми при комнатной температуре и гидролизуются водой с образованием молочной кислоты. Эти, предоставляемые Карджил Дау, обычно имеют кристаллическую температуру плавления от приблизительно 120 до приблизительно 170°С, но могут быть получены и другие. Поли(д,л-лактид) с молекулярной массой до 500000 предоставляется Био-Инвигор, Пекин и Тайвань. Био-Инвигор также поставляет полигликолевую кислоту (также известную как полигликолид) и различные сополимеры молочной кислоты и гликолевой кислоты, которые часто называют "полиглактин" или поли(лактид-со-гликолид). Скорости реакций гидролиза этих материалов регулируются, помимо других факторов, молекулярного массой, кристалличностью (отношение кристаллического к аморфному материалу), физической формой (размер и форма твердого вещества), а в случае полилактида, количеством двух оптических изомеров. (Встречающийся в природе l-лактид образует частично кристаллические полимеры; синтетический dl-лактид образует аморфные полимеры). Аморфные участки являются более чувствительными к гидролизу, чем кристаллические участки. Меньшая молекулярная масса, меньшая кристалличность и большее отношение поверхность-масса, все это приводит к более быстрому гидролизу. Гидролиз ускоряется за счет увеличения температуры, путем добавления кислоты или основания, или путем добавления материала, который реагирует с продуктом(-ами) гидролиза.

[00100] Гомополимеры из ПГК и ПМК могут быть более кристалличными; сополимеры имеют тенденцию быть аморфными, если они не являются блок-сополимерами. Степенью кристалличности можно управлять способом изготовления гомополимеров и способом изготовления и соотношением и распределением лактида и гликолида для сополимеров. Полигликолид может быть изготовлен в пористой форме. Некоторые из полимеров растворяются в воде очень медленно, прежде чем они гидролизуются; следует понимать, что условия гидролиза или гидролиз и т.д., предназначены для включения в растворение.

[00101] Твердые кислоты могут быть покрытыми, чтобы замедлить гидролиз. Подходящие покрытия включают поликапролат (сополимер гликолида и эпсилон-капролактона) и стеарат кальция, оба из которых являются гидрофобными. Поликапролат себя медленно гидролизует. Генерируя гидрофобный слой на поверхности твердых кислот с помощью любых средств можно способствовать сегрегации от гидрофильного проппанта и можно задержать гидролиз для введения и разрыва. Обратите внимание, что здесь покрытие может относиться к инкапсуляции или просто к изменению поверхности при помощи химической реакции или формированием или добавлением тонкого слоя другого подходящего материала. Другой подходящий способ замедления гидролиза твердой кислоты и высвобождения кислоты - это суспендирование твердой кислоты, возможно с гидрофобным покрытием, в масляном веществе или в масляной фазе эмульсии. До контакта воды с твердой кислотой гидролиз и освобождение кислоты не происходит.

[00102] ВУП самоликвидируется «по месту», т.е. в месте расположения. Это место может быть частью суспензии в жидкости для обработки в стволе скважины, в перфорации, в гравийном уплотнении или в разрыве; или в качестве компонента фильтрационной корки на стенках ствола скважины или в разрыве, или в порах пласта. ВУП может быть использовано в пластах любой литологии, но используются чаще всего в карбонатах или песчаниках.

[00103] Особым преимуществом этих материалов является то, что прекурсоры твердой кислоты и генерируемых кислот нетоксичны и разлагаются биологически. Например, в медицинской практике твердые кислоты часто используются в качестве саморастворяющихся швов.

[00104] Полиол представляет собой многоатомный спирт, т.е. один содержит три или больше гидроксильные группы. Одно воплощение изобретения, полезное в качестве экстраметрического материала, представляет собой полимерный полиол, растворяемый при нагревании, обессоливании или их комбинации, и который, по сути, состоит из гидроксил-замещенных атомов углерода в полимерной цепи, отнесенных от соседних гидроксил-замещенных атомов углерода на, по меньшей мере, один атом углерода в полимерной цепи. Другими словами, полезные полиолы предпочтительно, по сути, не содержат гидроксильных замещающих атомов. В одном воплощении изобретения полиол имеет среднюю молекулярную массу более 5000 до 500000 или более, и от 10000 до 200000 в другом воплощении изобретения. При желании полиол может гидрофобно изменяться для дополнительного ингибирования или задерживать растворение, например, путем включения углеводородных замещающих атомов, таких как, алкил, арил, алкарил или аралкильных остатков и/или боковых цепей, содержащих от 2 до 30 атомов углерода. Полиол может быть также изменен для включения карбоновой кислоты, тиола, парафина, силана, серной кислоты, ацетоацетилата, полиэтиленоксида или четырехкомпонентного амина или других катионных мономеров. Такие модификации имеют несколько влияний на свойства полиола; влияния на растворимость, чувствительность к солености, рН и сшивания функциональных групп (например, гидроксильные группы и силанольные группы, которые являются хелатирующими группами, которые могут осуществлять сшивание с общими сшивателями) представляют наибольший интерес для представленного изобретения. Все эти модификации являются коммерчески доступными продуктами.

[00105] В одном воплощении изобретения полиол представляет собой замещенный или незамещенный поливиниловый спирт, который может быть получен с помощью, по меньшей мере, частичного гидролиза прекурсора, поливинилового соединения, имеющего замещенные атомы эфира, такого как, например, поливинилацетат, поливинил пропаноат, поливинил бутаноат, поливинил пентаноат, поливинил гексаноат, поливинил 2-метил бутаноат, поливинил 3-этилпентоат, поливинил 3-этилгексаноат, и т.п., а также их комбинации. Когда полиол содержит поливиниловый спирт, приготовленный, по меньшей мере, частичным гидролизом поливинилацетата, полиол обычно не растворяется в соленой воде, как описано более подробно ниже, и, кроме того, полиол является коммерчески доступным в виде частично кристаллизованных волокон, имеющих относительно резкую активирующую температуру, ниже которой волокна не растворяются в воде, и выше которой они легко растворяются так, как обсуждается более подробно ниже.

[00106] Подходящие повторяющиеся звенья в полиоле могут иметь следующие формулы:

[00107] Полимеры могут содержать блоки 1 и 2 в различных пропорциях, где R₁ и R_l' могут быть одинаковыми или разными, но обычно одинаковые. В структурах R₁ или R₁' представляют собой алкильную цепь, которая может быть насыщенной или ненасыщенной, линейной или разветвленной, содержащей от 1 до 5 углеродных атомов, где n и n'=1-5, и где n и n' могут быть одинаковыми или различными, но предпочтительно одинаковые. R₂ представляет собой алкильную цепь, которая может быть насыщенной или ненасыщенной, алифатической или ароматической, линейной или разветвленной, от 0 атомов углерода (например, водорода) до 12 атомов углерода. В формулах выше, m=0 до 5000 и m`=100 до 10000. Блоки 1 и 2 могут быть альтернативными, случайными или блоком в конфигурации.

[00108] Из общего описания выше, полимеры могут быть определены путем изменения параметров. Например, поливиниловый спирт с 99,99% гидролиза с ММ~5000 будет: m=0, R1'=CH₂, n'=1, m'=100. Поливиниловый спирт с 90% гидролиза и ММ~5000 и производный из поливинилацетата будет: m=~10, n=n'=1, R₁=R₁'=CH₂, R₂=СН₃, m'=~90.

[00109] Только с целью иллюстрирования, здесь описано изобретение со ссылкой на поливиниловый спирт (ПВС), в качестве одного примера подходящего полиольного экстраметрического материала. Специалистам в данной области техники будет понятно, что настоящее изобретение не ограничивается ПВС и в равной степени применимо к полиолам, которые отвечают вышеуказанному требованию наличия изменяемых режимов растворения в контексте жидкостей для обработки скважин и методологии гетерогенного размещения проппанта, описанного здесь.

[00110] Особое преимущество ПВС - это нетоксичность и биоразложение. Например, ПВС обычно находит применение в медицинской промышленности, а формы волокна широко используются в одежде или тканях, предназначенных для растворения при стирке в теплой или горячей воде.

[00111] ПВС является твердым материалом, который производится во многих формах, таких как, например, волокна, листы, гранулы, шарики, порошок и тому подобное. ПВС является синтетическим полимером, который является водорастворимым и, как правило, не зависит от нефтяных углеводородов. Полимер содержит основную углеродную цепь с гидроксильными и ацетатными группами. Согласно Kirk et al., Encyclopedia of Chemical Technology, 3-ье издание, том 23, John Wiley and Sons, стр. 848-865 (1983), ПВС может быть получено путем гидролиза поливинилацетата в метаноле, катализируемый основанием, согласно следующему уравнению:

[00112] Обычно ПВС может существовать в трех различных состояниях агрегации, которые контролируются условиями раствора. В своем твердом состоянии, ПВС является полукристаллическим. Степень кристалличности варьируется от одного режима производства к другому и со степенью гидролиза и вида ПВС. В водном растворе ПВС может потерять кристалличность и набухать до образования аморфной структуры, которая является гибкой и деформируемой, но еще не растворимой. В зависимости от условий раствора, ПВС может растворяться полностью и существовать, как полимер находящийся в растворе.

[00113] Представленное изобретение может использовать ПВС в нерастворимой форме для размещения ПВС экстраметрического материала в скважине в разрыве. При изменении условий температуры и/или солености соседних ПВС, помещенных в разрыве, ПВС может быть растворен для удаления отложений ПВС и/или для активации ПВС для использования в качестве прерывателя или других скважинных функций. В дополнение к наполняющему канал материалу, любая ПВС фильтрационная корка может быть таким образом удалена. Например, ПВС также может быть использован в качестве волокна для волокно-вспомогательной транспортировки проппанта. Например, растворенный ПВС может также функционировать как задерживающий прерыватель для сшитого полимера или вязкоупругого поверхностно-активного вещества (ВУП жидкостные системы).

[00114] Способ может использовать управляемость растворимости ПВС и аналогичных полиолов в водной среде с содержанием жидкой соли. В рассоле с достаточно высокой концентрацией соли, ПВС нерастворим, но становится липким, гибким материалом, который легко связывается сам с собой и с твердыми поверхностями, лучший канальный материал наполнитель. Тем не менее, с понижением концентрация рассола ниже критического уровня соли самоклеящиеся твердые частицы ПВС могут стать легко растворимыми и быстро превращаются в раствор.

[00115] Растворение ПВС контролируется степенью гидролиза ПВС, молекулярной массой, кристалличностью, размером частиц и т.п. Степень гидролиза определяется как молекулярные проценты гидроксильных групп в полимерной цепи по отношению к не гидролизованным группам ацетата. Например, ПВС со степенью гидролиза 88 будет иметь 88 молекулярных процентов гидроксильных групп и 12 молекулярных процентов группы ацетата вдоль основной полимерной цепи. Гидроксильные и/или ацетатные группы могут быть распределены случайно или в блоках.

[00116] Большинство сортов ПВС растворяются при приблизительно 80°С (176°F). Степень гидролиза приблизительно 88% является оптимальной для растворения ПВС, т.е. растворимость ПВС уменьшается, когда степень гидролиза больше или меньше приблизительно 88%. Когда степень гидролиза превышает приблизительно 88%, растворимость уменьшается за счет более плотного выравнивания гидроксильных частей, что, как полагают, происходит от форм водородных связей. При менее 88% гидролиза растворимость уменьшается в связи с увеличением количества ацетатных групп; поливинилацетат, как правило, нерастворим в воде. Другие факторы, влияющие на растворимость ПВС могут включать концентрацию полимеров и солей; количество нерастворимого ПВС, например, аморфного ПВС, можно увеличить повышением концентрации солей или полимеров. Для контролирования температуры, при которой ПВС растворяется, можно также использовать кристалличность ПВС. Например, частично кристаллизованные полимеры для изменения степеней могут быть растворяемы в воде при температурах в диапазоне от 20°С до 90°С. Как часть процесса растворения, ПВС проходит через "клееобразное" или аморфное состояние. Растворимость и клееобразное состояние ПВС полимера также можно контролировать с помощью концентрации соли. Например, волокна ПВС, которые полностью растворяются в 2 масс.% растворе KCl соли при 80°C (176°F), могут не полностью растворится при ниже 93°С (200°F) в 6% растворе KCl соли, могут только деформироваться и комковаться при 93°C (200°F) в 10% растворе KCl соли и, возможно, не будут терпеть изменений вообще при 93°C (200°F) в 12% растворе KCl соли.

[00117] Условия и скорость растворения ПВС, имеющего конкретную химическую и физическую модификацию, включая кристалличность, степень гидролиза, молекулярную массу и распределение, покрытие, если присутствует, при определенной температуре и при контакте с жидкостью или с жидкостью определенной солености, легко определить простым экспериментом: подвергают ПВС воздействию жидкости или жидкостей в условиях обработки и следят за растворением.

[00118] ПВС может быть изготовлен и использоваться в различных твердых формах, включая, но не ограничиваясь, волокна, порошки, гранулы и тому подобное. Система, содержащая жидкость для обработки скважин и ПВС (и любые другие добавки), может быть смешиваемой периодически или смешиваемой по ходу с использованием необычного оборудования для смешивания жидкости для обработки и методов смешивания.

[00119] Если ПВС находится в кристаллической волокнистой форме, которая используется в основном ниже активирующей температуры для размещения, и не набухает или не становится аморфным до, именно перед скважинным растворением, то затем, чаще всего, используются прямые волокна, однако изогнутые, витые, в форме спирали и другие трехмерные геометрии волокна полезны. Кроме того, волокна могут быть увязаны вместе или отделены друг от друга на одном или обоих концах. В одном воплощении изобретения длина волокна составляет по меньшей мере приблизительно 2 мм, а диаметр волокна - от приблизительно 3 мкм до приблизительно 200 мкм. Как представляется, нет верхнего предела длины волокон, используемых с точки зрения полезности. Обрабатывающее, перемешивающее и насосное оборудование устанавливают практический верхний предел для длины волокон. Подходящие ПВС волокна в одном воплощении изобретения имеют длину в диапазоне 2-25 мм, предпочтительно в диапазоне 3-18 мм, наиболее предпочтительно приблизительно 6 мм, их денье в диапазоне 0,1-20, предпочтительно в диапазоне 0,15-6. Такие волокна оптимизированы для транспортировки частиц.

[00120] Если ПВС является аморфным или меняется из кристаллической в аморфную форму в жидкости для обработки скважин, особенная физическая форма меньше критической, поскольку ПВС будет переходить в клееподобную форму, которая будет диспергировать как мелкие частицы в жидкости для обработки. Если ПВС использовать как добавку, регулирующую водоотдачу, размер частиц ПВС выбирается исходя главным образом из желаемых свойств водоотдачи (например, поток и коэффициент коркообразования). Типичные размеры частиц для шариков или порошков в диапазоне начиная с субмикрон, например, 0,2 мкм, до приблизительно 200 мкм, например, от приблизительно 10 мкм до приблизительно 50 мкм, но фактический размер зависит особенно от свойств пласта и от других факторов, известных специалистам в данной области техники. Аморфные или частично кристаллизованные ПВС волокна в этих диапазонах размеров также пригодны.

[00121] Если ПВС должен быть использован также в качестве прерывателя, размеры частиц могут лежать в широком диапазоне, например, от наночастиц (для прерывания ВУП в матрице) до размера проппантов для разрушения жидкости-носителя. ПВС и его качества, такие как, молекулярная масса и кристаллизованность, должны выбираться с учетом, главным образом, желаемых темпов растворения в используемой жидкости-носителе с используемыми температурой и соленостью. Эти выборы также могут находиться под влиянием желаемого времени до задерживаемого прерывания, которое может зависеть от размера работы, неважно работа по гидравлическому разрыванию пласта или уплотнению гравия, и других факторов, известных специалистам в данной области техники, включая концентрации и получение ВУП или сшитого полимера и любых других добавок, и температуру.

[00122] Кроме того, здесь могут быть изменения в параметрах во время обработки, которые учитываются при выборе частичного твердого ПВС, включая его химические свойства и кристаллизованность, его размер и форму, и его концентрацию, среди других факторов, в зависимости от способа он может быть использован в качестве экстраметрического материала или иначе. Все эти параметры могут зависеть от характера работы, например, несмотря на то, понадобится контролирование водоотдачи или нет, температура, природа пласта и желаемое время до того, как случится разрыв, и/или желаемое время, при котором случится разрыв. Например, контролирование водоотдачи может не понадобиться при паковании гравия в пласт с низкой проводимостью, а выбор может быть сделан на основе свойств прерывания. Пригодные выборы могут быть определены с помощью простых экспериментов подобных тем, что описаны выше, или ниже в примерах, возможно с помощью программного обеспечения для моделирования.

[00123] Например, когда задействуются ПВС волокна, они могут иметь температурно-активируемую растворимость в воде, например, выше 90°С. Активирующая температура должна быть выше температуры введения, но ниже температуры пласта. С этой целью ПВС волокна вводятся с обрабатывающей жидкостью в виде твердого вещества, но становятся растворяемыми в скважине, после разнесения друг от друга проппантовых островков для закрытия разрыва, при увеличении температуры выше активирующей температуры. Растворяемость может удерживаться, благодаря задействованию ПВС волокон с активирующей температурой несколько ниже температуры пласта и/или продолжаемого введения жидкостей с низкой температурой для выдерживания волокон при температуре ниже активирующей температуры до растворения, по желанию. Когда растворимость волокон контролируется выдерживанием при температуре ниже активирующей, могут быть использованы водные жидкости с низкой концентрацией солей. Кроме того, растворимость волокон можно контролировать или удерживать дополнительно за счет использования высокосоленой жидкости так, что если активирующая температура превышена, растворение не случится, пока соленость уменьшена. Следует проявлять осторожность, чтобы избежать ослабления потока жидкости (при необходимости потока жидкости) при условии, что волокна неполностью растворяемые, но становятся «липкими» так, что комкуются и блокируют промежуточные пространства.

[00124] ПВС волокна также могут быть использованы на этапе, задействующем волокно-вспомогательную транспортировку проппанта и транспортировку других частиц при снижении количества других требуемых загустителей жидкости. По меньшей мере, частично кристаллизованные ПВС волокна могут быть выполненными так, чтобы растворяться после обработки так, чтобы ни одного постоянного остатка волокна не осталось в стволе скважины или разрыве. Например, ПВС волокна, имеющие активирующую температуру при предварительно установленных температурах, коммерчески доступны под торговой маркой КУРАЛОНК-II (юридическое лицо Курарэй Америка). Эти ПВС волокна полностью растворяются в воде при доведении до определенной активирующей температуры, но практически нерастворимы при более низкой температуре в широком диапазоне рН и химических условий. Эти ПВС волокна изготавливаются с определенными точками активирующей температуры для водного растворения при требуемых температурах между 20°C и 90°С, с шагом 10°C. Когда ПВС волокна растворяются в водной обрабатывающей или пластовой жидкости, они выпускают в раствор поливиниловый спирт. Это может эффективно прервать ВУП жидкости. Растворенное волокно может также прервать некоторые на основе сшитого гуара или полимер-вяжущие жидкости, поскольку добавление растворенного поливинилового спирта эффективно действует для выведения бората, титаната, цирконата и подобных ионов из молекул на основе гуара, тем самым уменьшая вязкость сшитого полимера до линейного геля.

[00125] Волокна и другие формы частиц ПВС также доступны в некристаллизованной или полукристаллизованной/аморфной форме. При задействовании аморфного ПВС растворение ПВС может контролироваться только соленостью. Жидкость для обработки скважин, в которую введены частицы ПВС, должна иметь высокую соленость, чтобы избежать преждевременного растворения. При желании для растворения ПВС в твердой форме, условия солености уменьшаются с увеличением жидкости для последующей обработки с низкой соленостью, например, пресная вода или 2% KCl, или когда пластовая вода имеет низкую соленость, позволяя реликтовой воде течь в скопление твердого ПВС.

[00126] Твердые ПВС могут не быть покрытыми для замедления растворения. Подходящие покрытия включают поликапролат (сополимер гликолида и эпсилон-капролактона) и стеарат кальция, оба из которых являются гидрофобными. Сам поликапролат медленно гидролизуется. Генерирование с помощью любых средств гидрофобного слоя на поверхности твердых частиц ПВС задерживает растворение. Следует отметить, что покрытие здесь может относиться к инкапсуляции или просто к изменению поверхности с помощью химической реакции или формированием или добавлением тонкой пленки другого материала. Другой подходящий способ удерживания растворения твердых ПВС: суспендировать твердые тела, возможно с гидрофобным покрытием, в масляных веществах или в масляной фазе эмульсии. Растворение не происходит пока вода низкой солености контактирует с твердым ПВС выше любой активирующей температуры растворимости.

[00127] В другом воплощении изобретения, изобретение относится к составу, содержащему подземный пласт, пересекаемый стволом скважины и разрыв в пласте. В разрыве (т.е. пространстве, сформированном лицевыми поверхностями) есть множество кластеров с проппантом, разнесенным экстраметрическим материалом. Множество кластеров экстраметрического материала удаляемые любым подходящим способом для формирования открытых каналов вокруг кластеров проппанта для того, чтобы обеспечить поток жидкости из пласта через трещину в сторону ствола скважины.

[00128] В еще одном аспекте, воплощения способа включают введение через ствол скважины множества этапов жидкости для обработки в разрыв в подземном пласте, этапы жидкости, содержащей по меньшей один из проппантов и экстраметрический материал. Каналант содержит, по меньшей мере, один из прекурсоров твердой кислоты для продуцирования кислоты в разрыве и прекурсор твердого основания для продуцирования основания в разрыве (в любом случае, пригодные кислоты или основания является материалом, который изменяет рН водных сред, в любом убывающем или возрастающем направлении, соответственно). Проппант помещен в разрыв во множество кластеров проппанта с образованием опоры. Затем каналант растворяется в разрыве, что в дальнейшем может позволить течение жидкости из пласта через трещину в ствол скважины (термин "растворить" в настоящей заявке означает любой подходящий процесс, либо химический, либо механический, которым экстраметрический материал опорожняет занятое в разрыве пространство).

[00129] Некоторые воплощения изобретения могут выиграть от присутствия разлагаемых высокоэнергетических материалов в волокнистой или эмульсионной форме. Разлагаемый, высокоэнергетичный (взрывной или легко воспламеняемый) полимер или органическое соединение доставляется в разрыв в форме волокна или эмульсии и инициирует разложение, возможно, со взрывом, оставляя таким образом проппантовое без волокон. Кроме того, пласт дополнительно возбуждается. Метановые сухие газовые скважины могут выиграть от таких воплощений изобретения из-за их низкой проницаемости (в диапазоне от 10 нД до 5 мД) и их потребностях в большем времени разложения волокон вследствие более низких скоростей течения воды или масляных веществ. В некоторых воплощениях изобретения материал содержит как редуктор, так и окислитель, в одной и той же молекуле и при разложении не требует активного участия среды. Могут быть использованы полимеры или продукты с низкой молекулярной массой или их смеси. Окисляющие группы в молекуле включают нитро, азидо и/или группы перекиси. Материалы для волокон включают нитроцеллюлозу, нитрокрахмал, нитрополивиниловый спирт, нитрополистирол, нитроиндэн, нитроэтилен, нитрополиуретан, динитропропил акрилат, поливиниловый азид, полимер глицидил азид и их производные и смеси. Материалы для эмульсий включают нитроцеллюлозу с различным содержанием нитрогрупп, нитро поливинилового спирта, нитрополистирола, нитроиндена, нитроэтилена, нитрополиуретана, динитропропил акрилата, поливинилового азида, полимера глицидилового азида, 2,4,6-тринитротолуол и другую производную нитробензола, гексанитростильбен и их производные, и смеси.

[00130] Процессы с высокоэнергетическим материалом могут выиграть от соединений, которые имеют и углеводородный фрагмент в качестве восстановителя, и нитро (или другой азотонасыщенный) фрагмент в качестве окислителя, и инициированный распад (не требующий химических активаторов), в идеале с CO₂, N₂ и H₂O в качестве конечных продуктов. Быстро разлагаемые соединения могут быть использованы в качестве твердых прекурсоров газа, которые обеспечивают медленное или быстрое прекращение газа. Это приводит к снижению гидростатического давления и улучшенной добыче. С практической точки зрения, взрывчатое и легковоспламеняемое волокно могут быть аккуратно доставлены по месту назначения в мокрой или суспензированной форме в воде или геле. Для этого разложения могут быть выбраны три способа.

1. Тепловое медленное разложение материала навалом, без распространения разложения волны. Высокая температура в скважинных условиях приводит к этому. Преимуществом этого является быстрое разложение волокна и выпуск газа. Разложение происходит около 10 дней при 100°С, энергия активации составляет около 27 ккал/моль.

2. Быстрое разложение с распространения волн ниже скорости звука. Это начинается после термической или инициации другого типа. Преимущество - быстрая деградация волокна, выпуск газового продукта, нагрев пласта рядом с разрывом и управление процессом активации.

3. Взрыв. Это начинается после термической или другой (химической, давления, облучения, акустической волны, и т.д.) инициации. Это разлагает волокна и включает стимуляцию разрыва. Преимуществом является быстрое разложение волокна, дополнительная стимуляция пласта и контролируемая активация.

[00131] Некоторые воплощения изобретения, которые рассчитаны на высокоэнергетические волокна, могут извлечь выгоду из использования эмульсий высокоэнергетических материалов для инкапсулирования других скважинных химикатов, таких как прерыватели, кислоты и т.д. Гидрофобные ингредиенты могут быть смешаны с гидрофобной фазой эмульсии, которая остается стабильной на поверхности. Таким образом, может быть достигнуто быстрое высвобождение инкапсулированных реагентов.

[00132] Эмульсии высокоэнергетических материалов могут включать от 90 до 10 процентов воды, от 90 до 10 процентов разлагаемого высокоэнергетического материала и, при необходимости, органический растворитель для растворения разлагаемого материала, эмульгатор, стабилизатор, твердые добавки, инкапсулированные материалы и прерыватели кислот. В условиях скважины, эмульсия срабатывает для высокоэнергетических осадков (внутренняя фаза) эмульсии материала. Активация происходит под действием температуры в скважине, химической дестабилизации капель эмульсии, расширенной поверхности, твердых веществ, электрического разряда, ультразвука, другого метода или их комбинаций.

1. Способ неоднородного размещения проппанта при гидроразрыве пласта, включающий:

введение жидкости для обработки скважин, содержащей проппант и экстраметрический материал, через ствол скважины в разрыв подземного пласта, в котором введение достигается за счет различной и изменяющейся в импульсном режиме концентрации проппанта в графике закачивания, причем оптимизированный график закачивания основан на свойствах жидкости и пласта, и/или в котором введение достигается за счет варьирования скоростей закачивания во время импульсов; и

формирование множества кластеров проппанта и разлагаемого экстраметрического материала в разрыве;

в котором разлагаемый экстраметрический материал уплотняет проппант в кластеры, и

при этом график закачивания регулируют в режиме реального времени для обеспечения необходимой длины разрыва, распределения опор вдоль разрыва и его проводимости, для чего регулируют продолжительность и скорость закачивания для импульсов суспензии проппанта, а на последнем этапе закачивание проппанта проводят без импульсов.

2. Способ по п. 1, в котором экстраметрический материал разлагается путем размягчения, растворения или реакции и в котором экстраметрический материал разлагается после размещения проппанта в разрыве.

3. Способ по п. 2, в котором разложение экстраметрического материала позволяет жидкости течь из пласта через разрыв в ствол скважины.

4. Способ по п. 1, в котором экстраметрический материал содержит, по меньшей мере, один материал из следующих: твердый прекурсор кислоты, способный производить кислоту в разрыве, и твердый прекурсор основания, способный производить основание в разрыве.

5. Способ по п. 1, в котором экстраметрический материал способен производить кислоту в разрыве.

6. Способ по п. 1, в котором ствол скважины представляет собой вертикальный ствол скважины, ствол скважины, наклоненный под любым углом по отношению к вертикальному стволу скважины, или любую их комбинацию.

7. Способ по п. 1, где способ повторяется в другом разрыве в стволе скважины.

8. Способ по п. 1, в котором кластеры проппанта размещены в поперечном или продольном разрывах вдоль ствола скважины, наклоненного под любым углом относительно вертикального ствола скважины.

9. Способ по п. 1, в котором зона, контактирующая с жидкостью для обработки в пласте, содержит мелко гранулированную осадочную породу, образованную за счет уплотнения глины и частиц размером с пыль в тонкие, относительно непроницаемые слои.

10. Способ неоднородного размещения проппанта при гидроразрыве пласта, включающий:

введение жидкости для обработки скважин, содержащей проппант и экстраметрический материал, через ствол скважины в разрыв подземного пласта, в котором введение достигается при различной и изменяющейся в импульсном режиме концентрации проппанта в графике закачивания, причем график закачивания оптимизирован на основе свойств жидкости и пласта, и/или введение достигается за счет варьирования скоростей закачивания во время импульсов; и

размещение проппанта в разрыве в виде множества кластеров проппанта,

в котором экстраметрический материал укрепляет кластеры проппанта и

в котором экстраметрический материал является удаляемым, при этом график закачивания регулируют в режиме реального времени для обеспечения необходимой длины разрыва, распределения опор вдоль разрыва и его проводимости, для чего регулируют продолжительность и скорость закачивания для импульсов суспензии проппанта, а на последнем этапе закачивание проппанта проводят без импульсов.

11. Способ по п. 10, в котором экстраметрический материал разлагается путем размягчения, растворения, расплавления или реакцией и в котором разложение происходит после размещения проппанта в разрыве.

12. Способ по п. 10, в котором разложение экстраметрического материала дополнительно позволяет жидкости течь из пласта через разрыв в ствол скважины.

13. Способ по п. 10, в котором экстраметрический материал содержит твердые прекурсоры кислоты, способные производить кислоту в разрыве, твердые прекурсоры оснований, способные производить основание в разрыве, или и те, и другие.

14. Способ по п. 12, в котором экстраметрический материал содержит экстраметрический материал, способный производить кислоту в разрыве.

15. Способ по п. 10, в котором ствол скважины является вертикальным, ствол скважины наклонен под любым углом относительно вертикального ствола скважины или имеет место любая комбинация этих случаев.

16. Способ по п. 10, в котором способ повторяется в другом разрыве в стволе скважины.

17. Способ по п. 10, в котором кластеры проппанта расположены в поперечных или продольных разрывах вдоль ствола скважины, наклоненного под любым углом относительно вертикального ствола скважины.

18. Способ по п. 10, в котором зона, контактирующая с жидкостью для обработки в пласте, содержит мелко гранулированную осадочную породу, сформированную уплотнением глины и частиц размером с пыль в тонкие относительно непроницаемые слои.

19. Способ по п. 10, в котором экстраметрический материал дополнительно поддерживает структурную целостность кластеров.

20. Способ по п. 10, в котором экстраметрический материал дополнительно поддерживает разделение проппантовых кластеров.

21. Способ конструирования системы в подземном слое, пересекаемом стволом скважины, включающий:

1) разрыв подземного слоя;

2) введение жидкости для обработки скважины, содержащей проппант и экстраметрический материал, через ствол скважины в разрыв, в котором введение осуществляется при различной и изменяющейся в импульсном режиме концентрации проппанта в графике закачивания, причем график закачивания оптимизирован на основе свойств жидкости и пласта, и/или в котором введение достигается при различных скоростях закачивания во время импульсов и в котором экстраметрический материал является разлагаемым;

3) размещение проппанта в разрыве во множестве кластеров проппанта;

и добычу пластовых жидкостей из пласта через систему в подземном слое.

22. Способ по п. 21, в котором экстраметрический материал уплотняет проппантовые кластеры.

23. Способ по п. 21, в котором оптимизация выполняется в режиме реального времени обработкой данных контрольно-измерительных приборов, расположенных на поверхности и/или в забое скважины.

24. Способ по п. 21, в котором продолжительности импульса суспензии проппанта и промывочной жидкости оптимизированы для обеспечения максимальной проводимости разрыва и/или эффективной длины разрыва.

25. Способ по п. 21, в котором концентрация импульсов проппантовой суспензии оптимизирована для обеспечения максимальной проводимости разрыва и/или эффективной длины разрыва с уменьшенным риском преждевременного выпадения проппанта из разрыва

26. Способ по п. 21, в котором концентрация суспензии проппанта в импульсах оптимизирована для обеспечения максимальной проводимости разрыва и/или эффективной длины разрыва с минимальным объемом проппанта.

27. Способ по. 21, в котором оптимизация выполнена в режиме реального времени обработкой данных контрольно-измерительных приборов, расположенных на поверхности и/или в забое скважины.

28. Способ по п. 21, в котором длительности импульсов суспензии проппанта и промывочной жидкости оптимизированы для обеспечения максимальной проводимости разрыва и/или эффективной длины разрыва.

29. Способ по п. 21, в котором концентрация суспензии проппанта в импульсах оптимизирована для обеспечения максимальной проводимости разрыва и/или эффективной длины разрыва с пониженным риском преждевременного выпадения проппанта из разрыва.

30. Способ по п. 21, в котором концентрация суспензии проппанта в импульсах оптимизирована для обеспечения максимальной проводимости и/или эффективной длины разрыва с минимумом объема проппанта.

31. Способ по п. 21, в котором оптимизация выполняется в режиме реального времени обработкой данных контрольно-измерительных приборов, расположенных на поверхности и/или в забое скважины.

32. Способ по п. 31, в котором продолжительности импульса суспензии проппанта и промывочной жидкости оптимизированы для обеспечения максимальной проводимости разрыва и/или эффективной длины разрыва.

33. Способ по п. 31, в котором концентрация импульсов проппантовой суспензии оптимизирована для обеспечения максимальной проводимости разрыва и/или эффективной длины разрыва с уменьшенным риском преждевременного выпадения проппанта из разрыва

34. Способ по п. 31, в котором концентрация суспензии проппанта в импульсах оптимизирована для обеспечения максимальной проводимости разрыва и/или эффективной длины разрыва с минимальным объемом проппанта.

35. Способ обработки подземного пласта, включающий:

а) введение жидкости в ствол скважины под давлением, достаточным для инициирования и распространения разрыва в подземном пласте, в котором жидкость может, необязательно, содержать проппант для минимизирования водоотдачи, для очистки перфораций и/или для создания гомогенного проппантового уплотнения на конце разрыва;

в) периодическое введение проппант-обедненной жидкости и промывочной жидкости в виде импульсов, в котором продолжительность каждого импульса проппант-обедненной жидкости или импульса промывочной жидкости менее 60 с или объем меньше 80 баррелей и в котором число введенных импульсов больше 3, и

с) введение проппант-обедненной жидкости для создания гомогенного уплотнения проппанта рядом со стволом скважины для предотвращения стенок разрыва от создания точки зажима.

36. Способ по п. 35, в котором скорости закачивания являются различными на разных этапах и/или импульсах.

37. Способ по п. 35, в котором на этапы без проппанта и с обедненным проппантом добавлен волокнистый материал для улучшения транспортировки проппанта.

38. Способ по п. 37, в котором добавленный материал проппанта является одним или более из керамики, песчаного проппанта с любым размером песчинок, пластика, цемента, агрегированного порошка.