Использование ионизированного флюида при гидравлическом разрыве пласта

Способ повышения эффективности добычи углеводородов из подземной формации, которая включает в себя нефтегазоносные сланцы, содержащие кальцит с трещинами в нем, причем этот способ включает: введение флюида, содержащего положительно заряженные ионы, по меньшей мере, в некоторые трещины; обеспечение упомянутым ионам возможности преобразовывать сланцы вдоль трещин в кристаллы арагонита таким образом, что некоторые кристаллы арагонита становятся взвешенными во флюиде; удаление некоторого количества флюида со взвешенными кристаллами арагонита из этой формации. Причем упомянутое удаление кристаллов арагонита открывает или расширяет трещины и повышает проницаемость этой формации, тем самым увеличивая количество и скорость добычи углеводородов из этой формации. Причем оставшийся в толще флюид продолжает преобразовывать следующие кристаллы кальцита вдоль трещин в кристаллы арагонита, так что во флюиде становится больше взвешенного арагонита, после чего некоторое количество упомянутого флюида со взвешенным арагонитом удаляют из этой формации, посредством чего дополнительно повышают или поддерживают проницаемость этой формации. Технический результат заключается в повышении эффективности добычи углеводородов. 10 з.п. ф-лы, 39 ил.

 

Ссылка на родственные заявки

Настоящая заявка является частичным продолжением заявки на выдачу патента США №14/095346, поданной 3 декабря 2013 г., которая является заявкой, продолжающей заявку на патент США №13/832759, поданной 15 марта 2013 г., которая является частичным продолжением заявки на выдачу патента США №13/594497, поданной 24 августа 2012 г., испрашивающей приоритет в соответствии с предварительной заявкой на патент США №61/676628, поданной 27 июля 2012 г. Согласно настоящей заявке испрашивается приоритет в соответствии с перечисленными выше заявками, а также испрашивается приоритет на разделенную заявку на патент США №13/753310, поданную 29 января 2013 г.

Предпосылки к созданию изобретения

Гидравлический разрыв пласта (ГРП) в нефтяных скважинах начали применять в конце 1940-х гг. как средство стимуляции в попытке продлить период рентабельной эксплуатации истощающихся нефтяных скважин. В те времена большинство нефтяных скважин бурили вертикально. Размещение кумулятивных зарядов взрывчатых веществ (ВВ) в тонкостенном корпусе было ограничено размещением этих зарядов взрывчатого вещества в заранее заданных продуктивных углеводородных пластах, преимущественно в песчаных толщах. Кумулятивные заряды ВВ взрывали с тем, чтобы вызвать образование в этих пластах разрывов или каналов. Для стимуляции скважины в ствол скважины закачивали под давлением смесь воды и песка.

Такой способ стимуляции скважин применяют в вертикально пробуренных скважинах до настоящего времени. Так было до тех пор, пока компания Mitchell Energy в середине 1990-х гг. не начала использовать две новые технологии, которые изменили способ рентабельной разработки нетрадиционных углеводородсодержащих сланцев. Первая из новых использованных технологий - разработка управляемых и контролируемых технологий бурения, при которых было возможно изменение направления бурового долота, продвигающегося в вертикальном направлении, и его вращение в горизонтальном направлении. Такой поворот можно было выполнить с достаточно небольшим радиусом изгиба, а затем буровое долото могло продолжить бурение в сланцевой формации на значительное расстояние в горизонтальном направлении.

Вторая технология, которая была необходима, включала в себя разработку насосов высокого давления для ГРП, которые могли бы обеспечивать давление воды на поверхности в диапазоне от 9000 до 10000 фунтов на квадратный дюйм. Ответом была разработка насосов для ГРП, которые могли обеспечить достижение такого уровня давлений при нагнетании. Обе технологии имеют важное значение для рентабельного извлечения углеводородных газов и жидкостей из твердых и мягких сланцевых формаций. В настоящее время компании добывают газообразные и жидкие углеводороды и для контроля роста микроорганизмов используют в основном химические вещества. Микроорганизмы в конечном счете могут мигрировать в водоносные горизонты с питьевой водой.

В настоящее время для уничтожения микроорганизмов, находящихся в водной смеси, обычно используют (изначально или в пласте) либо химические, либо другие типы биоцидов, так что газообразные и жидкие углеводороды, заключенные в матрице толщи нефтенасыщенных сланцев, могут легко передвигаться по каналам и разрывам, высвобождаемые обратным потоком водной смеси. Каналы, созданные в процессе ГРП, следует поддерживать открытыми при помощи проппантов, которые изначально вводят вместе с закачиваемой водной смесью в разрывы на участках ГРП (в интервалах ГРП). Если не уничтожить микроорганизмы, они будут быстро размножаться, и если останутся в разрывах, они будут расти и снижать или полностью блокировать поток углеводородов через эти разрывы. Другая существенная проблема, связанная с типом микроорганизмов, состоит в возможном присутствии штамма микробов, способных разыскивать и усваивать всю свободную серу или серосодержащие соединения, производя в итоге сероводород, который следует удалять изо всех потоков добываемого газа, поскольку он является очень опасным и канцерогенным веществом. Во избежание подобных проблем все эти типы микроорганизмов необходимо уничтожать.

Помимо возможного размножения микроорганизмов и блокирования потока углеводородного продукта, проблемой при закачке водного раствора может быть присутствие растворенных твердых веществ. Они могут откладываться в тех же каналах притока и разрывах (трещинах) в виде осадка или налета. Отложение такого налета в этих каналах также снижает или блокирует поток углеводородов к поверхности. Во избежание подобных ситуаций в современной отраслевой практике пытаются добиться коагуляции растворенных твердых веществ и прикрепления их ко взвешенным или другим коллоидным частицам, присутствующим в водном растворе с тем, чтобы удалить их до закачки в скважину; однако такие попытки эффективны лишь отчасти. См., например, Denny, Dennis, (март 2012 г.) Влияние жидкости ГРП на сланцы и внедрение проппанта. JPT. стр. 59-61. Kealser, Vic. (апрель 2012 г.). Мониторинг месторождения в реальном времени для оптимизации контроля над микробами. JPT. стр. 30, 32-33. Lowry, Jeff, et al. (декабрь 2011 г.). Применение экологически безопасных сланцевых технологий в испытательной скважине Хейнсвилл. World Oil. стр. 39-40, 42. Rassenfoss, Stephen, (апрель 2012 г.). Компании стремятся лучше изучить сланцевые скважины. JPT. стр. 44-48. Ditoro, Lori К. (2011 г.). Сланцы формации Хейнсвилл. Upstream Pumping Solutions, стр. 31-33. Walser, Doug. (2011 г.). Чем отличается ГРП в сланцах формации Хейнсвилл? Upstream Pumping Solutions, стр. 34-36. Denney, Dennis, (март 2012 г.). Влияние стимуляции на добычу из сланцев формации Хейнсвилл: исследования в масштабе нефтегазоносного комплекса. JPT. стр. 62-66. Denney, Dennis, (январь 2011 г.). Применения технологии. JPT. стр. 20, 22, 26. Все перечисленные выше работы полностью включены в настоящую заявку посредством ссылки.

В последние годы в нефтяной отрасли делали попытки разработать ряд способов решения этих проблем. Использование ультрафиолетового света в сочетании с уменьшенным объемом химических биоцидов для уничтожения переносимых водой микроорганизмов оказалось эффективным лишь отчасти. То же самое относится и к попыткам уничтожать микроорганизмы с использованием звуковых волн сверхвысоких частот. Однако для эффективного уничтожения переносимых водой микроорганизмов в обеих этих системах недостаточно интенсивности и силы, поскольку они оказывают лишь слабое однократное воздействие и практически не имеют остаточной эффективности. В обеих системах для эффективного уничтожения переносимых водой и находящихся в воде микроорганизмов требуются химические биоциды. Некоторые компании используют в качестве биоцидов низкочастотные или маломощные генераторы электромагнитных волн; однако доказано, что и их эффективность очень незначительна.

Поэтому цель дальнейших примеров состоит в том, чтобы практично и удовлетворительно решить некоторые важные экологические проблемы, имеющие значение для всей отрасли. Цели дальнейших примеров состоят в том, чтобы исключить необходимость использования скважин для закачки в пласт соленой воды, отказаться от использования токсичных химических веществ в качестве биоцидов для уничтожения микроорганизмов или предотвращения образования осадка и восстановления всей воды обратного притока или пластовой воды для повторного использования в последующих работах ГРП. Примеры изобретения представляют собой технически обоснованные и экономически эффективные решения множества вопросов безопасности населения, которые волновали отрасль в связи с гидравлическим разрывом пласта.

Краткое изложение примеров предлагаемого изобретения

Преимущества разных примеров настоящего изобретения включают в себя необходимость в сокращении (или исключении) утилизации минерализованной воды, поскольку практически все растворенные соли коагулируют и превращаются во взвешенные частицы, которые отделяют и объединяют с извлекаемым проппантом и мелкодисперсным материалом для включения в материал, который загружают для спекания путем пиролиза во вращающуюся печь для обжига. Аналогичным образом, примеры предлагаемого изобретения исключают необходимость в химических биоцидах, поскольку сверхвысокочастотный генератор электромагнитных волн высокой интенсивности с регулируемой частотой уничтожает присутствующие в воде микроорганизмы перед тем, как воду закачивают в формацию. Электромагнитные волны также предотвращают осаждение налета; таким образом исключают необходимость добавлять ингибиторы образования отложений в водную смесь для ГРП. В результате практически всю воду обратного потока при ГРП повторно используют со всеми оставшимися в ней твердыми материалами, прошедшими переработку и преобразование в частицы проппанта соответствующей формы и размера для последующего использования в операциях ГРП. Кроме того, поскольку летучие органические соединения сгорают и испаряются, нет необходимости в утилизации осадка или других типов твердых отходов.

В соответствии с одной особенностью изобретения предлагается система для использования при операциях ГРП в скважинах, включающая в себя: первый сепаратор с пульпой на входе и пульпой и водой на выходе; второй сепаратор с пульпой из первого сепаратора на входе и с пульпой, содержащей меньшее количество воды на выходе; печь для обжига с пульпой со второго сепаратора на входе и с продуктом на выходе; охладитель со шлаком на входе, выходящим из печи для обжига; дробилка с охлажденным шлаком из охладителя на входе; измельчитель с раздробленным в дробилке материалом на входе; первый сетчатый фильтр с измельченным в измельчителе материалом на входе, размеры ячеек сетки в нем определяют верхнюю границу размера частиц проппанта; второй сетчатый фильтр с материалом, вышедшим с первого фильтра, и размером ячеек, который определяет нижнюю границу размера частиц проппанта. По меньшей мере в одном примере система дополнительно включает в себя бункер для хранения проппанта, расположенный между первым и вторым сетчатыми фильтрами. В некоторых примерах система также включает в себя смеситель, на вход которого поступает проппант из бункера. В более конкретном примере первый сепаратор дает на выходе воду, и далее система включает в себя: емкость для воды, которая расположена так, что в нее поступает вода из первого сепаратора, коагулятор с выходом на вход смесителя, и по меньшей мере один насос для ГРП, в который поступает, по меньшей мере, проппант и вода из смесителя, и в котором насос для ГРП выдает поток воды для работ по гидравлическому разрыву пласта.

В соответствии с еще одним примером настоящего изобретения предлагается способ подготовки проппанта конкретного размера из пульпы, отделенной на выходе из скважины после ГРП; этот способ включает в себя: отделение воды от пульпы с получением потока пульпы и потока жидкости; смешивание потока пульпы с твердыми частицами с получением загружаемого материала; спекание материала проппанта с загружаемым материалом; охлаждение спекшегося материала проппанта; измельчение спекшегося материала проппанта; сортировка измельченного материала в соответствии с определенным размером; смешивание с загружаемым материалом измельченного материала, не соответствующего определенному размеру частиц. В некоторых примерах настоящего изобретения способ также включает в себя отделение пульпы от потока флюида, добываемого на УВ скважине, при этом пластовый флюид содержит воду и пульпу; при этом пульпу разделяют по меньшей мере на два потока, один из которых практически содержит жидкий поток воды, а второй содержит пульпу. Примеры допустимых средств отделения пульпы от потока флюида, добываемого из УВ скважины, включают в себя традиционный трехфазный сепаратор.

По меньшей мере в одном примере смешивание включает в себя: загрузку потока твердого материала в печь для обжига и загрузку твердых частиц в печь для обжига, при этом загрузка твердых частиц изменяет вязкость шлакообразующего материала, а шлакообразующий материал содержит поток твердых частиц и загружаемых твердых частиц. Еще в одном примере загрузка в печь для обжига твердых частиц зависит от вязкости шлакообразующего материала в печи для обжига, при этом когда шлакообразующий материал слишком вязкий для равномерного течения в печи для обжига, загрузку твердых частиц увеличивают. В некоторых примерах загрузку твердых частиц уменьшают, когда вязкость шлакообразующего материала настолько низкая, что скорость потока через печь для обжига слишком высока для спекания материала проппанта.

Еще в одном примере быстрое охлаждение включает в себя орошение спекшегося материала проппанта струей жидкости, при этом измельчение включает в себя: дробление охлажденного материала проппанта и перемалывание раздробленного материала проппанта.

Еще в одном примере сортировка включает в себя просеивание через сетчатый фильтр и/или разделение по весу.

В некоторых примерах спекание включает в себя нагревание шлакообразующего материала, при этом летучие компоненты из шлакообразующего материала выходят в газообразном виде, а материал проппанта в шлакообразующем материале спекается. В некоторых подобных примерах измеряют скорость течения спекаемого материала на выходе из печи для обжига, и на основе этих измерений регулируют нагрев в печи для обжига.

В другом примере настоящего изобретения способ также включает в себя отделение пульпы от потока флюида, добытого из УВ скважины, при этом добываемый флюид содержит воду и твердые вещества; при этом упомянутое разделение пульпы дает по меньшей мере два потока, один из которых практически содержит жидкий поток воды, а второй содержит пульпу. По меньшей мере в одном из подобных примеров этот способ также включает в себя воздействие электромагнитного импульса на практически жидкий поток воды, при этом проппант смешивают с практически жидким потоком воды до или после воздействия.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается система подготовки ряда проппантов с конкретными размерами частиц из пульпы, полученной на выходе из скважины после ГРП; эта система включает в себя: средство для отделения воды из пульпы с получением потока пульпы и потока жидкости; средство смешивания потока пульпы с твердыми частицами с получением загружаемого материала; средство спекания материала проппанта с загружаемым материалом; средство охлаждения спекшегося материала проппанта; средство измельчения спекшегося материала проппанта; средство сортировки измельченного материала по определенному размеру; средство смешивания измельченного материала, не соответствующего определенному размеру частиц, с загружаемым материалом. По меньшей мере в одном примере средство для смешивания измельченного материала, не соответствующего определенному размеру частиц, включает в себя средство для спекания.

Пример средства для сепарирования включает в себя емкость для двухфазной сепарации с воронкой в нижней части и желобом, идущим на вход шнекового транспортера. Емкость для двухфазной сепарации использует принцип установки осаждения под действием силы тяжести (с перегородками или без них). Альтернативу установке осаждения под действием силы тяжести составляет сосуд давления из системы гидроциклона, направляющий пульпу к загрузочной воронке при помощи шнекового транспортера.

В другом примере средство для смешивания потока пульпы с твердыми частицами включает в себя: средство для загрузки потока твердого материала в печь для обжига и средство для загрузки твердых частиц в печь для обжига, при этом загрузка твердых частиц изменяет вязкость шлакообразующего материала и шлакообразующий материал содержит поток пульпы и загружаемые твердые частицы. Один из примеров полезных средств для загрузки потока пульпы в печь для обжига включает в себя: шнековый транспортер от средства сепарации к загрузочной воронке печи для обжига. По мере перемещения потока пульпы к воронке при помощи шнекового транспортера отделяют больше воды. Альтернативами являются лента скребкового конвейера, система ковшового конвейера и другие, известные специалистам в данной области техники. Конкретные примеры полезных средств для загрузки песка в печь для обжига включают в себя: элеваторную ленту с ковшами и регулируемым приводом, подающую твердые частицы (например, песок) из бункера, в котором находится указанный песок. Регулируемый привод позволяет изменять количество песка в зависимости от температуры, которую измеряют на выходе из печи для обжига. Эта температура связана с вязкостью. Например, если температура колеблется вокруг некоторой заданной величины приблизительно равной 2200 F, при снижении температуры подачу песка будут увеличивать. При повышении температуры ее будут снижать. В более конкретном примере при колебаниях в пределах 5% изменений не будет, тогда как колебания более 5% повлекут увеличение или уменьшение количества песка в зависимости от конкретной печи для обжига, подачи твердого материала проппанта и других условий, известных специалистам в данной области техники. Другие примеры средств для загрузки включают ленточный конвейер или ковшовый конвейер и другие аналоги, известные специалистам в данной области техники.

Еще в одном примере средство для охлаждения включает в себя средство для распыления спекшегося материала проппанта со струей жидкости которая была сепарирована от пульпы (например, при помощи распылительного сопла и/или водяного экрана). Другой вариант охлаждения этого материала - воздушное охлаждение. По меньшей мере в одном примере смесь горячих твердых материалов из печи для обжига помещают на движущуюся перфорированную стальную ленту конвейера, которая проходит над водосборным резервуаром. Вода воздействует на смесь, пока та находится на ленте.

Еще в одном примере средство для измельчения включает в себя: средство дробления охлажденного материала проппанта и средство перемалывания раздробленного материала проппанта. В одном из таких примеров средство для дробления включает в себя дробилку со следующими техническими данными: эксцентричная конусная дробилка с возможностью изменять пространство дробления и получать материал разных размеров. К альтернативным дробилкам относят: щековые дробилки, валиковые дробилки, шаровые дробилки и другие аналоги, известные специалистам в данной области техники. В некоторых примерах дробилка доводит затвердевшую спекшуюся смесь до фрагментов размерами примерно от до дюйма.

В некоторых примерах средство для перемалывания включает в себя мельницу одного из следующих типов: стержневая мельница, шаровая мельница, мельница самоизмельчения (бесшаровая), валковая мельница и другие аналоги, известные специалистам в данной области техники. По меньшей мере в некоторых таких примерах раздробленный материал перемещают конвейером и подают в узел смешивания/размола, где уменьшают размер материала; по меньшей мере в одном примере 98-99% материала проходит через сетку №30 с зазорами приблизительно 590 микрон; прошедший материал по размеру и прочности аналогичен мелкому остроугольному песку.

В некоторых примерах средство для сортировки включает в себя сортировочную установку (грохот) по меньшей мере с одним сетчатым фильтром. Пример подходящей сортировочной установки - вибросито/виброгрохот. Если материал проходит через сетчатый фильтр, его относят к «требуемому» размеру. Если он слишком мелкий, он проваливается на линию для материала недостаточного размера и его загружают обратно на вход загрузочной воронки печи для обжига. Если он слишком крупный, он отделяется на линию с материалом избыточного размера и поступает обратно на вход загрузочной воронки печи для обжига. По меньшей мере в одном примере потоки слишком крупного и слишком мелкого материала объединяют до загрузки в печь для обжига. Другие допустимые средства для сортировки представляют собой неподвижные сетчатые фильтры, вращающиеся сетчатые фильтры, а также средства для разделения по весу (например, циклонный сепаратор, через который проходит измельченный материал) и/или разделения по удельным весам в жидком растворе. Примеры допустимых циклонных сепараторов известны специалистам в данной области техники. К другим допустимым средствам для сепарации относят сепараторы по удельному весу в жидком растворе. Подходящие системы сепараторов этого типа известны специалистам в данной области техники.

В другом примере средство для спекания включает в себя средство для нагревания шлакообразующего материала, при этом летучие компоненты из шлакообразующего материала выходят в газообразном виде, и материал проппанта спекается в шлакообразующий материал. Один пример такого средства для нагревания шлакообразующего материала включает в себя вращающуюся шлаковую печь для обжига, наклонную вращающуюся печь для обжига и горизонтальную печь для обжига с возможностью прямого и косвенного (отраженным пламенем) нагрева. Альтернативные средства для спекания материала проппанта в загружаемый материал включают в себя: бесшлаковую печь для обжига, вертикальную печь (например, печь Герресхофа, многоподовая вертикальная печь компании Pacific), горизонтальную печь для спекания с цепной колосниковой решеткой и другие аналоги, известные специалистам в данной области техники. В некоторых примерах операции обжига в печи включают в себя загрузку материала пульпы в печь для обжига и добавление проппанта для начала процесса совместного спекания материала пульпы и проппанта в массу сыпучего агломерата. По мере того, как смесь перемещается вниз к выпускному отверстию печи для обжига температура смеси повышается за счет тепла, которое создает горелка печи для обжига. В то же время вязкость этой смеси снижается по мере повышения температуры. В это же время органические вещества, которые переносятся в этой смеси, сгорают, испаряются и попадают в вентиляционную трубу, покидая движущуюся смесь твердых материалов. Вязкость этой движущейся смеси регулируют повышением или понижением тепла, выделяемого горелкой печи для обжига, либо путем добавления к смеси большего или меньшего количества проппанта, или обоими способами.

Некоторые примеры настоящего изобретения также включают в себя средство для измерения скорости потока спекшегося материала, выходящего из печи для обжига. Примеры средств для измерения потока спекшегося материала на выходе из печи для обжига включают в себя температурный датчик, передающий сигналы. Специалистам в данной области техники известны другие аналогичные средства. Средство для регулировки нагрева в печи для обжига, основанное на измерении (температуры), предложены в других вариантах осуществления. Примеры средств регулировки нагрева в печи для обжига, основанных на измерениях, включают в себя: изменение потока проппанта на входе в печь для обжига на основании измерений температуры и изменение скорости потока топлива к горелке печи для обжига для повышения или уменьшения количества тепла, которое выделяется в печи для обжига.

Как упоминалось выше, отделение пульпы от потока из скважины дает по меньшей мере два потока, причем по меньшей мере один из двух потоков практически представляет собой жидкий поток воды. В еще более подробном примере предлагается средство для воздействия электромагнитным импульсом практически на жидкий поток воды. По меньшей мере один пример средства для воздействия электромагнитным импульсом на практически жидкий поток воды раскрыт в патенте США №6,063,267, который полностью включен в настоящее описание посредством ссылки. Альтернативы приспособлению, описанному в настоящем патенте для использования в разных примерах настоящего изобретения, включают в себя традиционные биоциды/коагуляторы (химические, электрические и механические), что очевидно специалистам в данной области техники.

По меньшей мере в одном примере конкретный воздействующий импульс имеет следующие характеристики: переменный, сверхвысокой частоты в диапазоне приблизительно от 10 до 80 кГц. Другие импульсы, которые имеют достаточную частоту, чтобы уничтожать микроорганизмы, присутствующие в воде, и вызвать коагуляцию растворенных твердых веществ, известны специалистам в данной области техники и могут зависеть от конкретных свойств воды в конкретной скважине. Как правило, импульс будет разрушать клетки микроорганизмов.

Еще в одном примере настоящего изобретения предлагается средство для смешивания проппанта с практически жидким потоком воды (для смешивания либо до, либо после воздействия). Примеры средств для смешивания проппанта с водой включают в себя смеситель, известный специалистам в данной области техники (например, сетчатый фильтр или открытая емкость с решеткой). В некоторых примерах в смеситель добавляют реагенты, уменьшающие поверхностное натяжение, а также другие компоненты, известные специалистам в данной области техники. Затем смесь поступает на средство, которое повышает давление смеси (например, насос для ГРП или «усилитель», известный специалистам в данной области техники), и смесь под давлением закачивают в скважину.

В других примерах проппант конкретного размера изготавливают из попутной и/или возвратной воды, а также из других источников, используя комбинацию печи для обжига, дробилки, измельчителя и сетчатых фильтров для получения проппанта разных размеров; специалистам в данной области техники будет понятно, что это востребовано при работах ГРП. См., например, работу Mining Engineering, "Industrial Materials", стр. 59-61, June 2012 (www.miningengineering magazine.com), которая включена в настоящий документ посредством ссылки. Разные размеры получают путем регулирования используемых измельчителей и сетчатых фильтров.

Еще в одном примере предложен способ обработки воды после ГРП в УВ скважинах (это и вода обратного потока, и «попутная» вода), который включает в себя: отделение твердых веществ от воды после ГРП, при этом получают поток воды со взвешенными частицами твердых веществ; разделение потока воды на некоторое количество потоков воды; генерирование положительного заряда в некотором количестве потоков воды, при этом получают некоторое количество потоков положительно заряженной воды; смешивание некоторого количества потоков положительно заряженной воды после упомянутого создания заряда. Еще в одном примере этот способ также включает в себя мониторинг уровня поверхности раздела вода-нефть и управление уровнем поверхности раздела вода-нефть в сепараторе.

В более конкретном примере этот способ дополнительно включает в себя снижение скорости потока в некотором количестве потоков воды с тем, чтобы она была ниже, чем скорость потока воды со взвешенными частицами твердых веществ. Снижение скорости потока позволяет увеличить время воздействия положительного заряда. Это увеличивает величину положительного заряда в воде, что считают полезным для уничтожения микробов в воде и обеспечения остаточного положительного заряда на период времени, когда воду закачивают в формации, из которых предполагают добывать углеводороды. Считается, что положительный заряд воды в формации благоприятен для уменьшения разных структур в формации, которые являются помехой потоку.

Еще в одном конкретном примере способ создания положительного заряда в потоках воды включает в себя обработку потоком электромагнитной энергии каждого из некоторого количества потоков воды.

Еще в одном примере большинство взвешенных частиц твердых веществ имеет размеры меньше 100 микрон. В некоторых подобных примерах практически все взвешенные частицы твердых веществ имеют размеры меньше 100 микрон. В более ограниченном числе примеров большинство взвешенных частиц твердых веществ имеет размеры меньше 10 микрон. В еще более ограниченном числе примеров практически все взвешенные частицы твердых веществ имеют размеры меньше 10 микрон. Уменьшение размера взвешенных частиц твердых веществ позволяет пропускать воду через приспособления, которые пригодны для создания положительного заряда в воде при разумных затратах, например, путем использования труб из нержавеющей стали в случае взвешенных частиц размерами приблизительно 100 микрон и из более мягких материалов (например, ПВХ) в случае частиц размерами 10 и менее микрон.

В некоторых примерах разделение включает в себя двухступенчатую сепарацию. По меньшей мере в одном примере двухступенчатая сепарация включают в себя: прохождение воды после ГРП через трехфазный сепаратор, на выходе которого получают воду, в воду после трехфазного сепаратора пропускают через двухфазный сепаратор. По меньшей мере в одном таком способе трехфазный сепаратор включает в себя разделение на четыре вещества, в том числе: пульпа, вода с содержанием взвешенных твердых частиц, углеводородная жидкость, углеводородный газ.

В соответствии с другим примером настоящего изобретения предлагается система для обработки воды после ГРП в УВ скважинах, система включает в себя: средство для отделения твердых веществ от воды после ГРП, при этом получают поток воды со взвешенными частицами твердых веществ; средство для разделения потока воды на некоторое количество потоков воды; средство для создания положительного заряда в некотором количестве потоков воды, при этом получают некоторое количество потоков положительно заряженной воды; средство для смешивания некоторого количества потоков положительно заряженной воды.

По меньшей мере в одной из таких систем средство для разделения включает в себя трехфазный сепаратор с разделением на четыре вещества. Например, в более конкретном примере средство для разделения дополнительно включает в себя второй двухфазный сепаратор, этот двухфазный сепаратор включает в себя вход для потока воды из трехфазного газонефтяного сепаратора и выход для потока воды со взвешенными частицами твердых веществ. Еще в одном примере также предлагается следующее: средство для мониторинга уровня поверхности раздела вода-нефть и средство для управления уровнем поверхности раздела вода-нефть в первом и втором сепараторе. В одном таком примере средство для мониторинга включает в себя индикатор уровня поверхности раздела вода-нефть и датчик регулировочного клапана (например, каскадная система регулирования).

В некоторых примерах средство для разделения потока воды на некоторое количество потоков воды включает в себя манифольд со входным отверстием для подачи потока воды со взвешенными частицами твердых веществ и некоторое количество выходных отверстий, каждое из которых имеет площадь поперечного сечения, меньшую чем площадь поперечного сечения на входе в манифольд; при этом сумма площадей поперечного сечения выходных отверстий больше, чем площадь поперечного сечения входных отверстий, так что скорость потока, выходящего из манифольда, ниже скорости потока, поступающего в манифольд. По меньшей мере в одном примере манифольд включает в себя манифольд 1:12 (например, с диаметром поперечного сечения выходных отверстий 4 дюйма и большим диаметром поперечного сечения входных отверстий). В другом примере средство для разделения потока воды на некоторое количество потоков воды включает в себя автоцистерну для воды с некоторым количеством отсеков, каждый отсек расположен так, что принимает часть потока воды.

В другом примере средство для создания положительного заряда включает в себя средство для обработки каждого из некоторого количества потоков воды потоком электромагнитной энергии. По меньшей мере в одном таком примере средство для обработки каждого из некоторого количества потоков воды потоком электромагнитной энергии включает в себя трубу и по меньшей мере одну электрическую катушку, которая практически соосна с трубой. В некоторых таких примерах труба состоит из практически непроводящего материала. В некоторых таких примерах труба состоит из нержавеющей стали. В различных примерах используется схема коммутации колебательного тока, соединенная с катушкой. В некоторых таких примерах схема коммутации колебательного тока работает в двухполупериодном режиме с частотой от 10 до 80 кГц.

В другом примере средство для смешивания включает в себя манифольд со входными отверстиями для некоторого количества потоков положительно заряженной воды и выходным отверстием. В одном таком примере средство для смешивания дополнительно включает в себя смеситель воды и проппанта для ГРП. В различных примерах большинство взвешенных частиц твердого вещества имеют размеры менее 100 микрон. В некоторых таких примерах практически все взвешенные частицы твердых веществ имеют размеры меньше 100 микрон. В более ограниченном числе примеров большинство взвешенных частиц твердых веществ имеет размеры меньше 10 микрон. В еще более ограниченном числе примеров практически все взвешенные частицы твердых веществ имеют размеры меньше 10 микрон.

В более конкретном примере средство для разделения включает в себя двухступенчатый сепаратор. В одном таком примере двухступенчатый сепаратор включает в себя: трехфазный сепаратор с выходным отверстием для воды, которое соединено со входом двухфазного сепаратора. Еще в одном примере трехфазный сепаратор включает в себя разделение на четыре вещества, в том числе: пульпа, вода с содержанием взвешенных твердых частиц, углеводородная жидкость, углеводородный газ.

В другом примере настоящего изобретения предлагается система для обработки воды из скважин после ГРП; эта система включает в себя: многофазный сепаратор; манифольд, входное отверстие которого соединено с выходным отверстием многофазного сепаратора, и который имеет несколько выходных отверстий; некоторое количество труб, на каждую из которых навита катушка, причем каждая труба имеет входной конец, соединенный с выходным отверстием манифольда, и выходной конец; смешивающий манифольд, входные отверстия которого соединены с выходными концами некоторого количества труб.

По меньшей мере в одной такой системе также предлагается смеситель проппанта и воды, который соединен с выходом объединяющего смешивающего манифольда.

По меньшей мере в одной из таких систем многофазный сепаратор включает в себя многоступенчатый сепаратор. В более конкретном примере многоступенчатый сепаратор включает в себя двухступенчатый сепаратор, в котором: первая ступень двухступенчатого сепаратора включает в себя трехфазный сепаратор, а вторая ступень двухступенчатого сепаратора включает в себя двухфазный сепаратор. В еще более конкретном примере трехфазный сепаратор включает в себя сепаратор с разделением на четыре вещества с системой управления уровнем поверхности раздела вода-нефть.

Еще в одном примере настоящего изобретения предлагается способ управления уровнем поверхности раздела вода-жидкий УВ в трехфазном сепараторе; этот метод включает в себя: установление уровня поверхности раздела вода-жидкий УВ в трехфазном сепараторе; измерение уровня поверхности раздела вода-жидкий УВ в трехфазном сепараторе, результатом чего является сигнал об измерении уровня поверхности раздела вода-жидкий УВ; сопоставление сигнала об измеренном уровне поверхности раздела вода-жидкий УВ с заданной величиной, результатом чего является сигнал о результате сопоставления; снижение поступления возвратной воды или попутной воды в трехфазный сепаратор для воды из скважины после ГРП, когда сигнал от сопоставления указывает на то, что уровень поверхности раздела вода-жидкий УВ находится выше установленной величины; увеличение поступления воды обратного потока или попутной воды в трехфазный сепаратор для воды из скважины после ГРП, когда сигнал от сопоставления указывает на то, что уровень поверхности раздела вода-жидкий УВ находится ниже установленной величины, при этом увеличенный поток содержит воду из УВ скважины после ГРП и добавочную воду из емкости для хранения или пруда-накопителя.

В другом примере этот способ также включает в себя: снижение потока, который выходит из трехфазного сепаратора с той же скоростью, сбалансированной с потоком по мере уменьшения его поступления в трехфазный сепаратор, и увеличение потока, который выходит из трехфазного сепаратора с той же скоростью, сбалансированной с потоком по мере увеличения его поступления в трехфазный сепаратор.

В другом примере предлагается система управления уровнем поверхности раздела вода-жидкий УВ в трехфазном сепараторе; причем система включает в себя: средство для установления уровня поверхности раздела вода-жидкий УВ в трехфазном сепараторе; средство для измерения уровня поверхности раздела вода-жидкий УВ в трехфазном сепараторе, результатом чего является сигнал об измерении уровня поверхности раздела вода-жидкий УВ; средство для сопоставления сигнала об измеренном уровне поверхности раздела вода-жидкий УВ с заданной величиной, результатом чего является сигнал о результате сопоставления; средство для снижения потока на входе в трехфазный сепаратор для воды из скважины после ГРП, когда сигнал от сопоставления указывает на то, что уровень поверхности раздела вода-жидкий УВ находится выше установленной величины, и для увеличения поступления воды обратного потока или попутной воды в трехфазный сепаратор для воды из скважины после ГРП, когда сигнал от сопоставления указывает на то, что уровень поверхности раздела вода-жидкий УВ находится ниже установленной величины, при этом увеличенный поток содержит воду из УВ скважины после ГРП и добавочную воду.

По меньшей мере в одном примере средство для установления уровня поверхности раздела вода-жидкий УВ включает в себя мембранную перегородку. Еще в одном примере средство для измерения уровня поверхности раздела вода-жидкий УВ включает в себя индикатор уровня жидкости с датчиком типа контроллера. Еще в одном примере сопоставление сигнала измеренного уровня поверхности раздела вода-жидкий УВ включает в себя постоянный датчик уровня электрической емкости.

В некоторых примерах средство для уменьшения и увеличения потока к трехфазному сепаратору включает в себя турбинный расходомер и регулируемый впускной клапан на входе в трехфазный сепаратор.

В другом примере также предлагается следующее: средство для снижения и уравновешивания потока, выходящего из трехфазного сепаратора по мере уменьшения потока в трехфазный сепаратор, и для увеличения потока, выходящего из трехфазного сепаратора с той же сбалансированной скоростью по мере увеличения потока в трехфазный сепаратор.

По меньшей мере в одном таком примере средство для увеличения и уменьшения потока, выходящего из трехфазного сепаратора, включает в себя: расходомер, согласованно соединенный с выходом воды из трехфазного сепаратора. В другом примере средство для увеличения и уменьшения потока, выходящего из трехфазного сепаратора, включает в себя регулятор потока диафрагменного типа, который управляем выходом воды из трехфазного сепаратора.

Примеры предлагаемых изобретений далее проиллюстрированы приложенными рисунками, которые являются иллюстрациями и не предназначены для использования в качестве технологических чертежей или сборочных чертежей, они приведены без соблюдения масштаба. Различные компоненты представлены символически; показанные в разных местах «окна» в компонентах иллюстрируют поток вещества из одного места в другое. Однако специалистам в данной области техники будет понятно какие компоненты обычно являются закрытыми. Ничего на рисунках или в детальном описании не может быть истолковано как ограничение какого-либо условия заявки, и не означает в рамках данного описания ничего иного, кроме его обычного значения для специалистов в разных технологиях.

По меньшей мере в одном примере способ повышения добычи углеводородов из подземных формаций включает в себя: получение ионизированного флюида, закачку ионизированного флюида с местоположения на поверхности в УВ скважину по меньшей мере в одно местоположение под землей, повышение давления ионизированного флюида по меньшей мере в одном местоположении под землей, снижение давления ионизированного флюида в местоположении перфорации, причем по меньшей мере часть ионизированного флюида возвращается в упомянутое местоположение на поверхности и содержит взвешенные вещества. В другом примере этот способ дополнительно включает в себя прострелочно-взрывные работы (перфорацию) по меньшей мере в одном местоположении под землей.

По меньшей мере в одном таком примере этот способ также включает в себя гидравлический разрыв пласта (ГРП) по меньшей мере в одном местоположении под землей. Еще в одном примере этот способ также включает в себя изолирование по меньшей мере одного местоположения под землей по меньшей мере от одной части УВ скважины.

Еще в одном примере при таком способе упомянутый ионизированный флюид препятствует коррозии в УВ скважине. Еще в одном примере при таком способе в состав ионизированного флюида включают по меньшей мере пятьдесят объемных процентов воды.

В другом примере ионизированный флюид содержит положительно заряженную воду. Еще в одном примере этот способ также включает в себя смешивание ионизированного флюида с проппантом.

В соответствии с еще одним примером при таком способе ионизированный флюид создают, подвергая воду воздействию электромагнитных полей. Еще в одном примере при таком способе воздействующее электромагнитное поле пульсирует с полным периодом до трехсот шестидесяти раз в секунду. В другом примере при таком способе воздействующее электромагнитное поле пульсирует с полным периодом более восьмидесяти раз в секунду.

Еще в одном примере при таком способе взвешенные частицы содержат взвешенные частицы соединений кальция.

Еще в одном примере этот способ также включает в себя восстановление части возвратного флюида из скважины. В другом примере этот способ также включает в себя восстановление части добываемого флюида из скважины. Еще в одном примере этот способ также включает в себя ионизацию части добываемого флюида. В другом примере при таком способе создаваемый ионизированный флюид содержит восстановленный флюид, добываемый флюид и добавочный флюид.

В более конкретном примере система средств для повышения добычи углеводородов из подземной формации включает в себя: средство для создания ионизированного флюида; средство для перекачки ионизированного флюида с поверхности по меньшей мере в один интервал (участок) ГРП в подземной формации, средство для повышения давления ионизированного флюида по меньшей мере в одном интервале ГРП; средство для снижения давления ионизированного флюида по меньшей мере в одном интервале ГРП; причем часть ионизированного флюида возвращают на поверхность, и он содержит взвешенные частицы из формации. Еще в одном примере средство для создания ионизированного флюида включает в себя средство для обработки воды путем воздействия электромагнитными полями.

В другом примере при такой системе средство для создания воздействующих электромагнитных волн включает в себя: трубу и по меньшей мере одну электрическую катушку, которая практически соосна с трубой. В другом примере при такой системе воздействующие электромагнитные поля создаются при двухполупериодной частоте более восьмидесяти импульсов в секунду.

Еще в одном примере при такой системе в ионизированный флюид состоит по меньшей мере из пятидесяти объемных процентов воды.

В другом примере при такой системе воздействующие электромагнитные поля создают при двухполупериодной частоте до трехсот шестидесяти импульсов в секунду. В другом примере при такой системе воздействующие электромагнитные поля уничтожают большинство микроорганизмов в ионизированном флюиде.

В другом примере эта система дополнительно включает в себя средство для добавления проппанта к ионизированному флюиду. Еще в одном примере при такой системе упомянутое средство для добавления проппанта к ионизированному флюиду включает в себя смеситель.

В другом примере при такой системе упомянутое средство для перекачки ионизированного флюида с поверхности в интервал ГРП в подземной формации включает в себя гибкие НКТ.

Еще в одном примере упомянутые средства для повышения давления ионизированного флюида в интервале ГРП включают в себя по крайней мере один насос для ГРП.

Еще в одном примере система упомянутых средств для поддержания давления в интервале ГРП включает в себя по крайней мере один пакер.

Еще в одном примере система упомянутых средств для снижения давления ионизированного флюида в интервале ГРП включает в себя гибкие НКТ. В другом примере эта система дополнительно включает в себя механизм для бурения, соединенный с гибкими НКТ с возможностью охватить по меньшей мере один пакер.

В другом примере эта система дополнительно включает в себя средство для восстановления флюида обратного притока, причем часть восстановленного флюида обратного притока используют для создания ионизированного флюида. Еще в одном примере эта система дополнительно включает в себя средство для разделения флюида обратного притока на воду и по меньшей мере еще одно вещество.

Еще в одном примере при такой системе ионизированный флюид содержит положительно заряженную воду. В другом примере эта система дополнительно включает в себя средство для восстановления добываемого флюида, причем часть восстановленного добываемого флюида используют для создания ионизированного флюида. В одном примере эта система дополнительно включает в себя средство для разделения добываемого флюида на воду и по меньшей мере еще одно вещество.

В более конкретном примере способ повышения добычи углеводородов из подземных формаций включает в себя: получение ионизированного флюида, повторное вскрытие формации; доступ по меньшей мере к одному выбранному месту в УВ скважине; закачка ионизированного флюида с местоположения на поверхности в подземную формацию по меньшей мере в одно выбранное местоположение в УВ скважине, повышение давления ионизированного флюида по меньшей мере в одном выбранном местоположении, снижение давления ионизированного флюида по меньшей мере в одном выбранном местоположении, причем по меньшей мере часть ионизированного флюида возвращается в упомянутое местоположение на поверхности и содержит взвешенные вещества. Еще в одном примере этот способ дополнительно включает в себя уничтожение большинства микроорганизмов в ионизированном флюиде. Еще в одном примере при таком способе в состав ионизированного флюида включают по меньшей мере пятьдесят объемных процентов воды.

Еще в одном примере при такой системе ионизированный флюид содержит положительно заряженную воду.

В другом примере при таком способе ионизированный флюид создают, подвергая флюид воздействию электромагнитных полей. Еще в одном примере при таком способе воздействующие электромагнитные поля пульсируют в двухполупериодном режиме с частотой более восьмидесяти раз в секунду. В другом примере при таком способе воздействующие электромагнитные поля пульсируют в двухполупериодном режиме с частотой до трехсот шестидесяти раз в секунду.

Еще в одном примере при таком способе взвешенные частицы содержат взвешенные частицы соединений кальция. В другом примере этот способ дополнительно включает в себя изолирование по меньшей мере одного выбранного местоположения по меньшей мере в одной части УВ скважины.

Еще в одном примере этот способ дополнительно включает в себя перфорацию по меньшей мере в одном выбранном местоположении.

Еще в одном примере этот способ дополнительно включает в себя гидравлический разрыв пласта по меньшей мере в одном выбранном местоположении.

В другом примере этот способ дополнительно включает в себя смешивание ионизированного флюида с проппантом. Еще в одном примере этот способ дополнительно включает в себя изолирование по меньшей мере одного выбранного местоположения от другого выбранного местоположения.

В другом примере этот способ дополнительно включает в себя установку по меньшей мере одного пакера для изоляции по меньшей мере одного выбранного местоположения по меньшей мере от одной части УВ скважины.

В одном примере этот способ дополнительно включает в себя разбуривание по меньшей мере одного пакера.

В более конкретном примере способ повышения добычи из подземных сланцевых формаций включает в себя: получение ионизированного флюида под воздействием электромагнитных полей; закачку ионизированного флюида в подземную сланцевую формацию; воздействие ионизированного флюида, находящегося под давлением, на предварительно перфорированный интервал; при этом добыча из сланцевой формации повышается после снижения давления ионизированного флюида, причем в предварительно перфорированном интервале предварительно осуществлен гидроразрыв пласта, способ дополнительно включает в себя гидроразрыв предварительно перфорированного интервала и, кроме того, включает в себя выбор интервала воздействия ионизированным флюидом.

В другом примере этот способ дополнительно включает в себя перфорацию выбранного интервала. В другом примере этот способ дополнительно включает в себя гидравлический разрыв выбранного интервала и изоляцию выбранного интервала. Еще в одном примере этот способ дополнительно включает в себя подачу ионизированной жидкости под давлением в выбранный интервал. Еще в одном примере этот способ дополнительно включает в себя поддержание давления в выбранном интервале в течение заданного периода времени. Еще в одном примере этот способ дополнительно включает в себя снижение давления в выбранном интервале. Еще в одном примере этот способ дополнительно включает в себя смешивание ионизированного флюида с проппантом.

В более конкретном примере приспособление для использования в операциях ГРП в УВ скважине включает в себя: генератор электромагнитного поля, который имеет первое входное отверстие для флюида и первое выходное отверстие для флюида; по меньшей мере один насос для ГРП, второе входное отверстие которого соединено с первым выходным отверстием генератора электромагнитного поля; приспособление гибких НКТ, входное отверстие которого соединено со вторым выходным отверстием для флюида; и дополнительно включает в себя по меньшей мере один инструмент для ГРП, соединенный с гибкой НКТ. Еще в одном примере это приспособление дополнительно включает в себя по меньшей мере один инструмент для перфорации скважин, соединенный с гибкой НКТ. Еще в одном примере это приспособление дополнительно включает в себя по меньшей мере одну трубу внутри генератора электромагнитного поля, расположенную между первым входным отверстием для флюида и первым выходным отверстием для флюида.

Еще в одном примере это приспособление дополнительно включает в себя по меньшей мере одну электромагнитную катушку, которая охватывает по меньшей мере одну трубу. В другом примере это приспособление дополнительно включает в себя по меньшей мере один инструмент для заканчивания скважин, соединенный с концом гибкой НКТ.

Еще в одном примере это приспособление дополнительно включает в себя устьевое оборудование УВ скважины на поверхности, в котором гибкая НКТ взаимодействует с УВ скважиной посредством этого устьевого оборудования. В другом примере это приспособление дополнительно включает в себя линию обратного (возвратного) притока от устьевого оборудования с выходным отверстием. Еще в одном примере это приспособление дополнительно включает в себя выходное отверстие линии обратного притока, соединенное с сепаратором, этот сепаратор имеет входное отверстие и по меньшей мере одно выходное отверстие. Еще в одном примере это приспособление дополнительно включает в себя по меньшей мере одно выходное отверстие сепаратора, соединенное со вторым входным отверстием генератора электромагнитного поля.

Описание чертежей

На фиг. 1 представлена схема площадки скважины с потоками разных веществ, используемых в разных примерах предлагаемого изобретения.

На фиг. 2А и 2В при соединении их по соответствующим пунктирным линиям изображен вид сбоку примера предлагаемого изобретения.

Фиг. 2А1 - это еще один пример варианта осуществления, изображенного на фиг. 2А.

На фиг. 2С представлена схема системы управления, которую используют по меньшей мере в одном примере предлагаемого изобретения.

На фиг. 3А и 3В при совмещении совпадающих элементов изображения рядом с соответствующими пунктирными линиями изображен вид сверху примера, показанного на фиг. 2А и 2В.

На фиг. 3С и 3D представлено, соответственно, изометрическое изображение и вид сбоку одного аспекта примеров, показанных на фиг. 2А-2В и фиг. 3A-3В.

На фиг. 4 представлен вид сбоку еще одного примера предлагаемого изобретения.

На фиг. 5 представлен вид сверху примера, изображенного на фиг. 4.

На фиг. 6 представлена схема площадки скважины с потоками разных веществ, используемых в разных примерах предлагаемого изобретения.

На фиг. 7 представлена схема площадки скважины с потоками разных веществ, используемых в разных примерах предлагаемого изобретения.

На фиг. 8 представлен вид сверху одного примера предлагаемого изобретения.

На фиг. 9 представлен вид сбоку одного примера предлагаемого изобретения.

На фиг. 10А представлен вид сбоку опоры 100, изображенной на фиг. 8.

На фиг. 10В представлен вид сверху основания 101, изображенного на фиг. 10А.

На фиг. 11 представлен вид в разрезе по линии А, показанной на фиг. 9.

На фиг. 12 представлен вид в разрезе по линии С, показанной на фиг. 8.

На фиг. 13 представлен вид в разрезе по линии В, показанной на фиг. 8.

На фиг. 14А представлен вид сверху одной компоненты одного примера предлагаемого изобретения.

На фиг. 14В представлен вид в разрезе компоненты, изображенной на фиг. 14А.

На фиг. 15 представлена схема системы управления, которую можно использовать в примерах предлагаемого изобретения.

На фиг. 16 представлена схема одной системы, полезной в примерах предлагаемого изобретения.

На фиг. 17 представлена схема системы управления полезной в соответствии с примерами предлагаемого изобретения.

На фиг. 18 представлен вид в перспективе примеров предлагаемого изобретения.

На фиг. 19 представлен вид в перспективе одного устройства, являющегося осуществлением предлагаемого изобретения.

На фиг. 20 представлен вид в разборе натрубного узла, изображенного на фиг. 19.

На фиг. 21 представлен вид в продольном разрезе натрубного узла, изображенного на фиг. 19.

На фиг. 22 представлена упрощенная принципиальная электрическая схема натрубного узла, изображенного на фиг. 19.

На фиг. 23 представлена подробная электрическая схема натрубного узла, изображенного на фиг. 19.

На фиг. 24 представлены конкретные формы сигнала, которые во время своей работы генерирует натрубный узел, изображенный на фиг. 19.

На фиг. 25 представлена принципиальная электрическая схема, аналогичная изображенной на фиг. 22, но показывающая видоизмененный пример осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг. 26 представлено изображение, аналогичное фиг. 21, но показывающее видоизмененный пример осуществления предлагаемого изобретения, в котором натрубный узел имеет только одну катушку, охватывающую трубу с потоком жидкости.

На фиг. 27 представлена подробная электрическая схема натрубного узла, аналогичная изображенной на фиг. 23, но показывающая электрическую схему для использования с натрубным узлом, изображенным на фиг. 27.

На фиг. 28 представлена таблица, в которой указаны целесообразные здесь значения конкретных параметров устройства, изображенного на фиг. 19-24.

На фиг. 29 представлена схема площадки скважины с потоками разных веществ, используемых в разных примерах предлагаемого изобретения, которые включают в себя закачку ионизированной воды в формацию.

На фиг. 30 представлена схема интервала перфорации, который находится под воздействием ионизированного флюида.

На фиг. 31 представлена электрокинетическая схема, которая изображает расположение полей и сил.

Подробное описание примеров предлагаемого изобретения

Рассмотрим фиг. 1 - технологическую схему использования предлагаемого изобретения в УВ скважине, где ствол скважины 1 с зацементированной обсадной колонной 3 проходит через интервалы ГРП, которые изолированы пакерами. Гибкую НКТ 9 спускают в скважину при помощи бурового станка 11 для операций ГРП, известного специалистам в данной области техники.

Воду обратного притока (и/или попутную воду) направляют к трехфазному сепаратору 10 (твердые вещества - жидкости - газ - УВ - вода), из которого получают все УВ жидкости и газы; воду из сепаратора 10 направляют к емкости 17 для хранения воды ГРП, которая может также содержать воду из другого источника (так называемая добавочная вода). Влажные твердые вещества направляют из трехфазного сепаратора 10 в двухфазный сепаратор 14, который выдает воду (ее направляют в систему 32 охлаждения) и пульпу (ее направляют в печь 24 для обжига). Шлак направляют из печи 24 для обжига через систему 32 охлаждения на дробилку 40, а затем на измельчитель 46. Измельченное вещество на сеточном фильтре 50 разделяют в соответствии с заданным размером и направляют в бункер 26 для хранения проппанта, в котором также может содержаться проппант из другого источника (например, от поставщика песка). Воду подают на установку 13 биоцида/коагулятора. Проппант из бункера 26 подают на смеситель 15, воду подают в смеситель 15 из установки 13 биоцида/коагулятора; смешанные воду и проппант затем подают на насос 19 для ГРП, который закачивает смесь в скважину, где она производит гидравлический разрыв сланцевого нефтеносного пласта 21. По желанию в смеситель 15 можно внести другие добавки. В других примерах проппант может быть добавлен к воде до установки 13 биоцида/коагулятора.

Примеры предлагаемого изобретения предусматривают ряд проппантов конкретных размеров из пульпы, извлеченной из УВ скважины после гидравлического разрыва пласта.

На фиг. 2А и 2С и фиг. 3А-3D изображен более конкретный пример. В этом примере пульпу извлекают из пульпы после осаждения под действием силы тяжести, эта пульпа скапливается на дне обычной емкости 10 для трехфазного разделения (обычная конструкция которого известна специалистам в данной области техники). В конкретном примере, изображенном на фиг. 2А, специалистам в данной области техники будет понятно, что уровень поверхности раздела вода-жидкий УВ облегчает разделение и извлечение любого жидкого УВ продукта из потока воды обратного притока или попутной воды (которая на входе в сепаратор 10 находится под давлением) посредством установленного снаружи или внутри индикатора уровня воды (на фиг. не показан). Этот индикатор отправляет сигнал об измеренном уровне воды в заранее запрограммированный интегратор данных, предназначенный для контроля над низким/высоким уровнем потока воды. Когда уровень воды в сепараторе 10 достигает установленной величины высокого уровня, интегратор данных приводит в действие регулировочный клапан (не показан), который управляет потоком через трубу 10а для подачи воды (помечена как «вода на входе») с тем, чтобы уменьшить количество воды, поступающей в трехфазный сепаратор, и скорость потока продолжает снижаться до достижения установленной величины, при которой поступающее количество воды выравнивает и уравновешивает объем воды, которую отбирают из трехфазного сепаратора. И наоборот, если уровень воды в трехфазном сепараторе 10 падает ниже установленной величины нижнего уровня, интегратор данных приводит в действие и дополнительно открывает регулировочный клапан во входной трубе 10а с тем, чтобы увеличить количество или скорость потока воды до величины, достаточной для стабилизации уровня поверхности раздела. Если этого дополнительного количества воды недостаточно для стабилизации уровня воды на поверхности раздела, интегратор приводит в действие насос (не показан) и открывает другой регулировочный клапан (не показан), который расположен в выпускной трубе (не показана) емкости 17 для хранения воды (фиг. 1). Эта выпускная труба соединена со входной трубой 10а; таким образом, вода из емкости 17 для хранения воды ГРП продолжает поступать в трехфазный сепаратор вместе с водой обратного притока или попутной водой до тех пор, пока уровень воды в сепараторе 10 не достигнет нужного уровня поверхности раздела. Затем регулировочный клапан управления добавочной водой закрывают и насос для добавочной воды выключают. Такая последовательность управления необходима для достижения установившегося состояния и непрерывной устойчивой эксплуатации при разделении и извлечении любых жидких УВ продуктов, причем эти процессы происходят в трехфазном сепараторе с подачей потока воды обратного притока или попутной воды.

Конфигурация порогов и перегородок (широко известная в установках для разделения газа и нефти) облегчает разделение и извлечение жидкого УВ продукта (при его наличии), используя уровень поверхности раздела в качестве максимальной высоты воды в сепараторе и позволяя более легким жидким углеводородам плавать на поверхности слоя воды; затем их отбирают в качестве жидкого УВ продукта после того, как они перетекают через порог для жидких УВ продуктов, и выводят через выходное фланцевое соединение для жидких УВ продуктов. Горизонтальная перегородка под порогом ограничивает количество потенциально выходящей воды, которая может смешиваться с потоком жидкого УВ продукта. По мере того, как поток воды обратного притока или попутной воды попадает в трехфазный сепаратор 10 снижение давления высвобождает более легкие УВ газы, их высвобождение способствует флотации жидких УВ продуктов, а также выходу газообразных УВ продуктов через выходное отверстие 10с. Воды вытекает из сепаратора 10 в уравнительную емкость (не показана) по трубе 10b, а затем ее перекачивают обратно в емкость 17 для воды (фиг. 1).

Из сепаратора 10 шламовый диафрагменный поршневой насос 12 с механическим приводом перекачивает пульпу вверх ко входному отверстию емкости 14 для двухфазной сепарации (вода/твердые вещества); в результате получают поток 16 твердого вещества и поток 18 жидкого вещества, которое перекачивают насосом 19 в печь для обжига (обозначена буквой "Q"). Со дна емкости 14 для двухфазной сепарации (вода/твердые вещества) элеваторный конвейер 20 с ковшами транспортирует осажденные в нижней части емкости 14 для двухфазной сепарации (вода/твердые вещества) материалы пульпы вверх и выгружает их в загрузочную воронку 22 (фиг. 2В). Эта выгрузка на фиг. 2А выходит за пунктирную линию, которая соединяется с пунктирной линией в левой части фиг. 2В, где видно, как пульпа накапливается в загрузочной воронке 22 вращающейся шлаковой печи 24 для обжига, осаждается из жидкой пульпы и остается в емкости 14 для двухфазной сепарации (вода/твердые вещества) и элеваторе 20. В итоге все разделение выполняют при атмосферном давлении, а не в емкостях под давлением (как происходит в существующей практике).

В загрузочной воронке 22 вещества пульпы из емкости для двухфазной сепарации (вода/твердые вещества) смешивают с требуемым проппантом из бункера 26 (фиг. 1), а также с твердым материалом недостаточного и избыточного размера, который поступает с установки 50 окончательного просеивания через фильтр (описана ниже).

В ходе процесса спекания материала проппанта неорганические вещества проппанта спекаются в однородную массу, а летучие органические вещества, которые могли присутствовать в потоке материала, поступающего из емкости 14 для двухфазной сепарации (вода/твердые вещества), сгорают и испаряются раньше газов, которые в итоге сбрасывают в воздухоотвод 30.

Материал проппанта, который выходит из вращающейся печи 24 для обжига, охлаждают струей воды для снижения температуры этого материала по мере его выхода из выходного отверстия печи 24 для обжига. В некоторых примерах выгружаемый материал попадает на перфорированную ленту 35 из нержавеющей стали конвейера с механическим приводом и воду подают сверху через распылительные форсунки 34 на движущуюся ленту 35, тем самым материал проппанта отверждают и охлаждают. Вода, которую используют для охлаждения материала проппанта, поступает из емкости 14 для двухфазной сепарации (вода/твердые вещества) (фиг. 2А) при помощи, например, центробежного насоса 19 с механическим приводом, который подает воду к форсункам 34 охладителя, изображенного на фиг. 3В. Контейнер 36 для сбора излишней воды помещают под лентой 35 конвейера для сбора и регенерации всей излишней охлаждающей воды и подачи ее обратно в емкость 14 для двухфазной сепарации (вода/твердые вещества) при помощи центробежного насоса 21 с механическим приводом по трубопроводу, который на фиг. 2А идет к выходу "R".

Охлаждение горячего материала проппанта по мере его выгрузки из печи 24 для обжига приводит к образованию множества случайных трещин из-за перепада температур или расколов из-за неравномерного изменения размеров материала проппанта и высокого внутреннего напряжения, вызванного быстрым охлаждением. Куски материала проппанта разного размера выгружают непосредственно в дробилку 40.

Дробление или разрушение крупных неодинаковых кусков материала проппанта и уменьшение их в размерах в некоторых примерах выполняют при помощи конусной или щековой, эксцентричной дробилки с механическим приводом и вертикальным валом, известной специалистам в данной области техники. Степень уменьшения размера регулируют путем изменения промежутка или зазора дробилки, тем самым допускают получение материала в некотором диапазоне размеров, как известно специалистам в данной области техники.

Сортировку материала проппанта осуществляют путем перемалывания или измельчения раздробленного материала проппанта после того, как материал проппанта выгружают в нижней части дробилки. В проиллюстрированном примере материал транспортируют вверх, к шаровой мельнице 46 при помощи элеваторного конвейера 44 с ковшами. По меньшей мере в одном альтернативном примере используют стержневую мельницу. Измельчитель 46 регулируют для перемалывания материала проппанта до разных размеров в заданном диапазоне, для чего изменяют параметры вращения, размеры и расстояние между стержнями или шарами в измельчителе 46 (или его вращение).

Измельченный материал проппанта под действием силы тяжести проходит вниз через зону размола измельчителя и его выгружают на вибрационное сито 50, где размер отверстия сетки специально подбирают так, чтобы он соответствовал нужному номеру сита. Например, для сланцев из мягких минералов отверстия сетки находятся в диапазоне 590 микрон (сито №30). Для сланцев из твердых минералов (например) отверстия сетки могут находиться в диапазоне 150 микрон (сито №100). Материал проппанта надлежащего размера опускается вниз через сетчатые фильтры выбранных размеров под действием силы тяжести и выходит через отверстие «А». Материал проппанта, который слишком велик для того, чтобы пройти через наклонное вибрационное сито 53 выгружают на ленту 51а (лучше видна на фиг. 3В), а остальной материал попадает на сито 55. Материал проппанта, имеющий средние размеры (между ситами 53 и 55) выгружают как проппант нужного размера через отверстие «А» и транспортируют в бункер 26 (фиг. 1). Проппант меньшего размера попадает на ленту 51а, которая транспортирует слишком крупный и слишком мелкий проппант на ленту 51b, а та возвращает этот проппант к элеватору 25 и далее обратно в печь 24 для обжига. На фиг. 3А и 3B изображен вид сверху одного примера предлагаемого изобретения, где компоненты смонтированы на автомобильном прицепе или на полозьях, собраны на площадке скважины и содержат биоциды и другие компоненты (например, фиг. 4 и 5). В некоторых примерах такие автомобильные прицепы или полозья выравнивают при помощи установочных домкратов 81.

Как видно на фиг. 3С и 3D, элеватор 25 выгружает материал в верхнюю часть загрузочной воронки 22, а элеватор 23 выгружает материал из бункера в загрузочную воронку 22 ниже, через отверстие в загрузочной воронке 22.

Материал проппанта надлежащего размера под действием силы тяжести попадает в контейнер для требуемого проппанта (не показан) для транспортировки в бункер 26 и хранения требуемого проппанта (фиг. 1), который может также содержать требуемый проппант из другого источника.

Рассмотрим фиг. 2В; для того, чтобы добиться поддержания оптимальной температуры спекания (в некоторых примерах она составляет приблизительно 2200 градусов Фаренгейта), желательно управлять вязкостью исходной смеси проппанта. По мере повышения температуры исходной смеси проппанта благодаря нагреву в печи 24 для обжига, процесс спекания разных неорганических веществ в однородную вязкую массу начинается тогда, когда температура смеси проппанта достигает температуры спекания двуокиси кремния или песка. Вязкость материала проппанта зависит от температуры самого этого вещества. Такое управление осуществляют разными способами.

По меньшей мере в одном примере температуру спекающегося материала измеряют любыми средствами, известными специалистам в данной области техники, например, датчиками оптического пирометра в системе охладителя 32, на выходе материала из печи для обжига. Если температура выше точки спекания материала, он будет слишком жидким, и подачу топлива в печь для обжига уменьшают. В то же время в загрузочную воронку 22 может быть добавлено больше требуемого проппанта. Это оказывает влияние на температуру, поскольку материал, полученный из пульпы, неоднородный и не сухой; добавление проппанта из загрузочной воронки повышает однородность.

Рассмотрим фиг. 2С; это схема, на которой датчик 67 передает в интегратор 69 сигналы о температуре на выходе из печи 24 для обжига. Затем интегратор 69 управляет двигателем 90 с регулируемой скоростью вращения (фиг. 3А), который приводит в движение элеватор 23 (см. также фиг. 3В), транспортирующий проппант со дна бункера 26 с проппантом и выгружающий его в загрузочную воронку 22 вращающейся шлаковой печи для обжига. Разные потоки материала смешивают в загрузочной воронке 22 прежде, чем они попадут во вращающийся барабан печи 24 для обжига. Долю или объем проппанта, который необходимо добавить в поток материала из емкости 14 для двухфазной сепарации (вода/твердые вещества), настраивают в зависимости от изменений состава материалов, поступающих из емкости 14 для двухфазной сепарации (вода/твердые вещества). Это повышает однородность исходного материала проппанта, который используют в печи 24 для обжига в процессе спекания. По меньшей мере в одном примере подачу топлива к горелке снижают при слишком высокой температуре; если это не приводит к изменению температуры, увеличивают количество проппанта в печи для обжига. Точно так же, если температура слишком низкая, подачу топлива к горелке увеличивают, и если это не помогает, уменьшают количество проппанта. Специалистам в данной области техники будут очевидны альтернативные установки.

Вернемся к фиг. 2С; интегратор 69 также управляет клапаном 63 для повышения или снижения подачи топлива 61 к горелке 65 печи для обжига.

Снова обратимся к фиг. 1, на которой изображен один пример предлагаемого изобретения, где сепаратор 10 подает пульпу на сепаратор 14, и воду из сепаратора 10 объединяют с новой «добавочной» (из емкости 17) водой для закачки при новом гидравлическом разрыве пласта. Объединенные потоки обрабатывают электромагнитным биоцидом/коагулятором 13 типа, который описан в патенте США №6,063,267 (серийно выпускается как Dolphin модели 2000) и полностью включен в настоящее описание посредством ссылки; по меньшей мере в одном примере его устанавливают для воздействия электромагнитным импульсом со следующими характеристиками: импульс можно выбрать из нескольких вариантов; переменный; с настраиваемой частотой в диапазоне приблизительно 10-80 кГц. Такого импульса достаточно для уничтожения биологических организмов и образования положительного заряда, который прикладывают к воде, что делает растворенные твердые вещества способными к осаждению или коагуляции в скважине.

Фиг. 4 и 5 это, соответственно, виды сбоку и сверху одного примера системы, смонтированной на автомобильном прицепе или на полозьях и включающей в себя ряд биоцид/коагуляторов 70а-70l; они сгруппированы так, чтобы принимать подтоварную воду после ГРП со скоростью, которую обычно используют при ГРП в сланцах. Такие установки работают от электрической панели 72 управления, которая соединена с электрораспределительным шкафом 73 контактной сети с панелью управления, в свою очередь соединенным с компонентами 71а-71l электроснабжения контактной сети. Электрогенератор 77 работает от двигателя 75 и соединен с источником энергоснабжения 79 для подачи питания способом, известным специалистам в данной области техники.

На фиг. 2А1 изображен вариант осуществления, альтернативный изображенному на фиг. 2А; в этом варианте уровни воды в двухфазном сепараторе 14 и трехфазном сепараторе 10 одинаковы. В таком варианте осуществления флюид сообщается через диафрагменный насос 12, а емкости находятся при атмосферном давлении, так что поверхности раздела жидкость-газ у них находятся на одном и том же уровне.

В соответствии с другим примером настоящего изобретения на фиг. 6 предлагается система для обработки воды из скважины после ГРП; эта система включает в себя средство для отделения твердых веществ от воды после ГРП, содержащее трехфазный сепаратор 10 с разделением на четыре вещества, из которого образующийся поток воды со взвешенными частицами твердых веществ направляют в емкость 17 для хранения воды ГРП. Эту так называемую «добавочную воду» можно добавлять в емкость 17 для хранения воды ГРП и поток воды проходит через средство для разделения потока воды на несколько потоков (более подробно описано ниже); в средство для создания положительного заряда в некотором количестве потоков воды (например, группе биоцидных коагуляторов или установках, как описано выше), в которых в результате получают некоторое количество потоков положительно заряженной воды. Средство для смешивания некоторого количества потоков положительно заряженной воды более равномерно распределяет положительный заряд в воде прежде, чем она попадает в смеситель 15 для использования в последующих операциях ГРП в скважине.

На фиг. 7 представлен пример, в котором средства для разделения дополнительно включают в себя второй этап - двухфазный сепаратор 14; этот двухфазный сепаратор включает в себя входное отверстие для поступления воды из трехфазного газонефтяного сепаратора. Поток воды из трехфазного сепаратора забирают из средней части сепаратора, тогда как большинство твердых веществ выпадает на дно, как описано выше. Однако вода из трехфазного сепаратора содержит взвешенные частицы твердых веществ, которые могут повредить биоцидный коагулятор или установку. Соответственно, в одном примере осуществления поток воды от трехфазного сепаратора 10 подают на вход двухфазного сепаратора 14, который также включает в себя выходное отверстие для воды с более мелкими взвешенными частицами твердых веществ. Двухфазный сепаратор 14 также выпускает твердые вещества в форме пульпы из нижней своей части. Пульпу из трехфазного сепаратора 10 и двухфазного сепаратора 14 далее обрабатывают (например, как описано выше) или утилизируют другим способом.

На фиг. 8 и 9 показан пример трехфазного сепаратора 90 с разделением на четыре вещества, он полезен в некоторых вариантах осуществления предлагаемого изобретения и является заменой трехфазному сепаратору 10. Сепаратор 90 включает в себя входное отверстие 92, выходное отверстие 94 для пульпы, выходное отверстие 98 для жидкого углеводорода и выходное отверстие 80 для газа. На фиг. 10А видно, что сепаратор 90 расположен на опорах 100 (которые включают в себя основание 101, изображенное на фиг. 10В), которые приварены по бокам сепаратора 90.

На фиг. 9, а также на фиг. 11 (на котором изображен разрез по линии А, показанной на фиг. 9) и фиг. 13 (на котором изображен разрез по линии В, показанной на фиг. 8) перегородка 111 позволяет воде с некоторым содержанием взвешенных твердых частиц выходить из сепаратора 90, в то время как более крупные твердые частицы выходят в виде пульпы из нижнего отверстия 94. На фиг. 12 представлен разрез входного отверстия 92 (по линии С, показанной на фиг. 8), где входящую трубу 92 поддерживает опора 120, соединенная с нижней частью сепаратора 90, которая поддерживает входящую трубу 92 и скобу.

Еще в одном примере также предлагается следующее: средство для мониторинга уровня поверхности раздела вода-нефть и средство для управления уровнем поверхности раздела вода-нефть в первом и втором сепараторе. В одном таком примере средство для мониторинга включает в себя индикатор уровня поверхности раздела вода-нефть и датчик регулировочного клапана (например, каскадная система регулирования).

Как видно из фиг. 18, в некоторых примерах средство для разделения потока воды на некоторое количество потоков воды включает в себя манифольд 181 с клапаном 183 входного отверстия для подачи потока воды со взвешенными частицами твердых веществ со средства для разделения и некоторое количество выходных отверстий, соединенных с установками 184 биоцидных коагуляторов, причем площадь поперечного сечения каждого выходного отверстия меньше площади поперечного сечения входного отверстия манифольда. В некоторых примерах сумма площадей поперечного сечения выходных отверстий больше, чем площадь поперечного сечения входных отверстий, так что скорость потока, выходящего из манифольда, ниже, чем скорость потока, который поступает в манифольд. По меньшей мере в одном примере манифольд 181 включает в себя манифольд 1:12 (например, с диаметром поперечного сечения выходных отверстий 4 дюйма и большим диаметром поперечного сечения входных отверстий). В другом примере средство для разделения потока воды на некоторое количество потоков воды включает в себя автоцистерну (не показана) для воды, как известно в данной области техники, с некоторым количеством отсеков, каждый отсек расположен так, что принимает часть потока воды. Во время эксплуатации вода проходит через клапан 183 в манифольд 181 и поток замедляется, поскольку разделяется на параллельные потоки, проходящие через соединенные параллельно узлы биоцидного коагулятора 184, с тем чтобы увеличить время нахождения в них для воздействия потоком электромагнитной энергии и максимально повысить положительный заряд воды. В манифольде 186 смешивают то, что выходит из узлов 184, а выходным отверстием манифольда управляет клапан 188. В некоторых примерах всю группу манифольдов и установок биоцидной коагуляции монтируют на раме 184, которую за подвеску 186 можно поднять на основание на площадке скважины или на платформу грузового автомобиля для транспортировки.

В другом примере средство для создания положительного заряда включает в себя средство для обработки каждого из некоторого количества потоков воды потоком электромагнитной энергии. По меньшей мере один такой пример представлен на фиг. 19-28, где средство для обработки каждого из некоторого количества потоков воды потоком электромагнитной энергии включает в себя: трубу и по меньшей мере одну электрическую катушку, которая практически соосна с трубой. В некоторых таких примерах труба состоит из практически непроводящего материала. В некоторых таких примерах труба состоит из нержавеющей стали. В различных примерах используется схема коммутации колебательного тока, соединенная с катушкой. В некоторых таких примерах схема коммутации колебательного тока работает в двухполупериодном режиме с частотой от 10 до 80 кГц.

Обратимся к фиг. 19-28 и рассмотрим сначала фиг. 19, где устройство, являющееся осуществлением настоящего изобретения и в целом обозначенное позицией 910, в основном включает в себя натрубный узел 912 и источник 914 электропитания переменного тока. Натрубный узел 912 включает в себя трубу 916, через которую проходит обрабатываемая жидкость, причем направление потока жидкости показано стрелками А. Труба 916 может быть изготовлена из разных материалов, но поскольку обработка жидкости в натрубном узле 912 включает в себя прохождение потока электромагнитной энергии через стенки этой трубы и в жидкость, проходящую через эту трубу, предпочтительно, чтобы труба была изготовлена из непроводящего электричество материала, чтобы избежать уменьшения объема достигающего жидкости потока за счет потери некоторой части потока из-за вихревых токов в материале трубы. Другие части натрубного узла 912 содержатся в или установлены, как правило, в цилиндрическом корпусе 918, окружающем трубу 916.

Как описано ниже, предпочтительно, чтобы натрубный узел 912 был предназначен для работы с источником электроэнергии достаточно низкого напряжения, например, с источником электроэнергии с напряжением от 11 В (среднеквадратичным) до 37 В (среднеквадратичным) и частотой 60 Гц и, таким образом, показанный источник 914 электроэнергии это понижающий трансформатор, его первичная обмотка соединена со входным кабелем 920 с вилкой 922 для соединения со стандартной электросетью так, что она подает электрический ток с напряжением 120 В и частотой 60 Гц или 240 В и 60 Гц, а выходной кабель 924 соединен со вторичной обмоткой трансформатора 924 и подает в натрубный узел 912 ток меньшего напряжения. Натрубный узел 912 может быть предназначен для использования с трубами 916 разного диаметра, и конкретное напряжение на выходе источника 914 электроэнергии выбирают так, чтобы оно соответствовало диаметру трубы, размеру и устройству взаимосвязанных компонент натрубного узла.

Помимо корпуса 918 и трубы 916, натрубный узел 912 состоит главным образом из устройства электрической катушки, охватывающей эту трубу и переключающей схемы, которая управляет током через устройство катушки таким образом, что выдает последовательные периоды колебательного тока через устройство катушки и полученные последовательные периоды посылки потока электромагнитной энергии проходят через жидкость в трубе 916. Количество, конструкция и компоновка катушек, составляющих устройство катушки, может быть разным; на примерах, изображенных на фиг. 20 и 21, устройство катушки включает в себя четыре катушки (L₁, L₂-внешняя, L₂-внутренняя и L₃), скомпонованные способом, аналогичным способу, описанному в патенте США №5,702,600, который полностью включен в настоящий документ посредством ссылки. Как показано на фиг. 20 и 21, катушки связаны с тремя разными продольными секциями 926, 928 и 930 трубы 916. То есть катушка L₁ намотана на и вдоль каркаса 932, которая в свою очередь проходит вдоль секции 926 трубы, катушка L₃ намотана на и вдоль каркаса 934, которая сама проходит вдоль секции 930 трубы, а две катушки L₂-внутренняя и L₂-внешняя намотаны на каркас 926, проходящий вдоль секции 928 трубы, причем катушка L₂-внешняя намотана поверх катушки L₂-внутренней. То, что две катушки L₂-внутренняя и L₂-внешняя намотаны одна на другую или иным образом тесно связаны друг с другом, дает межвитковую емкость между этими двумя катушками, которая образует всю или часть емкости последовательного резонансного контура, как описано ниже.

Представленный на фиг. 20 корпус 918 натрубного узла 912 состоит из цилиндрической оболочки 938 и двух заглушек 940 и 942 с отверстиями. Компоненты цепи переключения проходят через заглушку 940, при этом по меньшей мере некоторые из них смонтированы на радиаторе 944, прикрепленном к заглушке 940 винтами 946. В сборке натрубного узла 912 заглушку 940 сначала надевают на трубу 916 с правого конца трубы, как показано на фиг. 20, до положения на некотором расстоянии от правого конца этой трубы, а затем закрепляют на этой трубе фиксирующими винтами 948. Затем три каркаса катушек 932, 936 и 934 вместе с катушками последовательно надевают на трубу 916 с левого конца этой трубы, пока они не соприкоснутся друг с другом и с заглушкой 940, между каркасами и трубой следует нанести связующее вещество, чтобы закрепить катушки на трубе. Затем на трубу с левого конца надевают втулку 958 до контакта с катушкой L₃ и прикрепляют к этой трубе фиксирующими винтами 960. Затем на трубу надевают оболочку 938 и прикрепляют с правой стороны к заглушке 940 при помощи винтов 962. Наконец, заглушку 942 надевают на трубу 916 с левого конца этой трубы, а затем прикрепляют к оболочке 938 при помощи винтов 964 и к трубе при помощи фиксирующих винтов 966.

Базовая электрическая схема для натрубного узла 912 представлена на фиг. 22. Входные клеммы, соединенные с источником 914 электроэнергии, обозначены как 968 и 970. Средство соединения, включающее в себя показанные проводники, соединяет входные клеммы 968 и 970 с катушками и с цепью 972 переключения показанным способом, причем средство соединения включает в себя выключатель 974, который срабатывает при перегреве. Стрелка В указывает направление намотки катушки против часовой стрелки, и в соответствии с этим катушка L₃ и катушка L₂-внешняя намотаны вокруг трубы 916 по часовой стрелке, а катушки L₁ и L₂-внутренняя намотаны вокруг трубы против часовой стрелки. Учитывая эти направления намотки и изображенные электрические соединения, понятно, что когда ток i_c течет через катушки в направлении, указанном стрелками С, магнитные потоки, проходящие через центр каждой из катушек и, таким образом, через жидкость в трубе, имеют направление, показанное на фиг. 22 стрелками Е, F, G и Н. То есть потоки, проходящие через центры катушек L₁, L₂-внутренняя и L₃, имеют одно направление вдоль трубы, а поток, проходящий через центр катушки L₂-внешняя, имеет противоположное направление. В зависимости от конструкции цепи 972 переключения, может быть необходимо или желательно обеспечить местное заземление для цепи 972 переключения, и в этом случае цепь переключения может быть соединена со входными клеммами 968 и 970 через изолирующий трансформатор 976, как показано на фиг. 22.

Электрическая схема, изображенная на фиг. 23, подробно показывает средства соединения и цепь переключения 972, представленные на фиг. 22. На фиг. 23 цепь 972 переключения включает в себя участок 976 цепи питания с напряжением 12 В, участок 978 цепи компаратора, участок 980 цепи таймера, переключатель 982 и участок 984 цепи индикатора.

Компоненты D2, R5, С5, R6 и Z1 включают в себя участок 976 цепи питания постоянного тока с напряжением 12 В, который снабжает энергией другие компоненты триггерной схемы. Резисторы R1 и R2 и операционный усилитель U1 образуют участок 978 цепи компаратора. Эти резисторы R1 и R2 образуют делитель напряжения, который отправляет сигнал, пропорциональный напряжению переменного тока, который подают на операционный усилитель U1. Конденсатор С1 служит для фильтрации «помех» напряжения, которые могут присутствовать во входном напряжении переменного тока, с тем, чтобы предотвратить скачки напряжения на выходе усилителя U1. Усилитель U1 соединен так, что выдает «низкое» (нулевое) напряжение на линии 986, когда поданное напряжение переменного тока положительно, и выдает «высокое» (+12 В) напряжение, когда напряжение переменного тока отрицательно.

Когда питающее напряжение переменного тока переходит через ноль и начинает становиться положительным, усилитель U1 переключается в режим низкого напряжения. Это запускает микросхему U2 таймера 555 для получения высокого выходного напряжения на контакте 93. Конденсатор С2 и резистор R3 действуют как фильтр верхних частот, чтобы переключающий импульс был кратковременным, а не стационарным. Напряжение на контакте 92 микросхемы U2 остается низким в течение приблизительно половины миллисекунды. Это кратковременное низкое переключающее напряжение поддерживает устойчивое высокое напряжения (+12 В) на контакте 93 микросхемы U2.

Переключатель 982 может принимать разные формы и может быть участком цепи, включающим в себя ряд отдельных компонент, и в любом случае это Т-образный переключатель или триод с первой, второй и третьей клеммами 988, 990 и 992, соответственно, причем третья клемма 992 - это управляющий вывод, а переключение осуществляется так, что при подаче электрических сигналов на управляющий вывод 992 переключатель может находиться в положении между ВКЛ (ON), при котором первая и вторая клеммы замкнуты, и ВЫКЛ (OFF), при котором первая и вторая клеммы разомкнуты друг с другом. В предпочтительном и изображенном на фиг. 23 случае переключатель 982 является полевым МОП-транзистором (Q1). Полевой МОП-транзистор (Q1) проводит ток, то есть замыкает клеммы 988 и 990 друг с другом, как только подаваемый на управляющий вывод 992 сигнал становится положительным в результате того, что входное напряжение переменного тока на входных клеммах 968 и 970 становится положительным. В свою очередь это позволяет создавать ток в катушках L₁, L₂-внутренней, L₂-внешней и L₃. Когда истекает время, которое соответствует постоянной времени равной произведению сопротивления R4 и емкости С3, микросхема U2 таймера 555 возвращается к режиму низкого напряжения на контакте 93, переключая полевой МОП-транзистор (Q1) в положение ВЫКЛ. Когда Q1 выключается, весь ток, по-прежнему текущий в катушках, перенаправляется в емкость, присоединенную к клеммам 988 и 990 (Q1). Как видно из фиг. 23, эта емкость складывается из межвитковой емкости С_c и, главным образом, возникает из-за тесной взаимосвязи двух катушек L₂-внутренней и L₂-внешней. Эта межвитковая емкость сама по себе может быть достаточной для создания полезного последовательного резонансного контура, но если требуется дополнительная емкость, ее можно получить с помощью отдельного дополнительного подстроечного конденсатора (С_t).

Когда переключатель (Q1) переходит в положение ВЫКЛ или находится в разомкнутом состоянии, любой ток, по-прежнему текущий в катушках, перенаправляется на конденсатор (С_c и/или C_t), и вместе с катушками и источником электроэнергии этот конденсатор образует последовательный резонансный контур, в результате чего ток через катушки принимает вид колебаний и, тем самым, создает переменный поток электромагнитной энергии через жидкость в трубе 916. Настраивая переменный резистор R4, можно регулировать время размыкания переключателя (Q1), чтобы размыкание происходило раньше или позже в каждом рабочем полупериоде входного напряжения переменного тока. Предпочтительно регулировать цепь, начиная с R4 при его максимальном значении сопротивления, и затем медленно регулировать ее в сторону меньшего сопротивления до тех пор, пока не загорится светодиодный индикатор 994 участка 984 цепи индикатора. Это происходит, когда максимальное напряжение, полученное на конденсаторе (С_c и/или С_t) превышает 150 В; при таком напряжении два диода Z2 Зенера могут проводить ток. Диоды Зенера заряжают конденсатор 962 и полученное напряжение включает светодиодный индикатор 994. Когда этот светодиодный индикатор горит, тогда регулировку резистора R4 выполняют в обратном направлении до тех пор, пока не погаснет светодиодный индикатор, при этом переключатель (Q1) генерирует 150-вольтовый колебательный сигнал.

На фиг. 24 проиллюстрирована работа цепи, изображенной на фиг. 23 в виде форм сигнала, которые возникают во время работы этой цепи. На фиг. 24 форма 996 сигнала совпадает с формой питающего напряжения переменного тока, поданного на входные клеммы 968 и 970, причем напряжение будет переменным - полупериоды 998 положительного напряжения будут сменяться полупериодами 900 отрицательного напряжения. Цепь на фиг. 23 работает в полупериодном режиме с периодами колебаний тока в катушках натрубного узла только в ответ на каждый из положительных полупериодов 998. Форма 902 сигнала представляет периоды размыкания и замыкания переключателя (Q1), здесь следует отметить, что во время каждого положительного полупериода 998 питающего напряжения переключатель (Q1) замкнут во время начальной части полупериода и размыкается задолго до окончания этого полупериода (точное время настраивают путем регулировки резистора R4).

Размыкание и замыкание переключателя (Q1) дает форму 904 сигнала тока, изображенную на фиг. 24; для каждого положительного полупериода питающего напряжения он таков, что ток через катушки увеличивается с нуля во время начальной части полупериода, в это время переключатель (Q1) замкнут, а затем при размыкании переключателя (Q1) ток идет в течение определенного периода времени. Напряжение, которое появляется на катушках натрубного узла соответствует форме 906 волны, изображенной на фиг. 24, причем напряжение при размыкании переключателя (Q1) принимает форму колебательного сигнала с максимальным напряжением, во много раз превышающим напряжение, которое обеспечивает источник 914 электроэнергии.

Частоту колебательного тока, образующегося в катушках, и колебательное напряжение, образующееся на катушках, можно изменять путем изменения емкости (С_c и/или С_t), которая возникает на переключателе (Q1); предпочтительно устанавливать частоту в диапазоне от 10 кГц до 80 кГц.

Параметры устройства, изображенного на фиг. 19-24, включая номинальный размер трубы, компоновку катушек (количество витков, диаметр и длина проволоки), емкость подстроечного конденсатора и соответствующее номинальное напряжение источника электроэнергии показаны в таблице на фиг. 28.

Как указано выше, цепь переключения, изображенная и описанная в связи с фиг. 22, 23 и 24, это цепь, при работе которой получается один период действия колебательного тока и колебательного напряжения для каждого из чередующихся полупериодов поданного питающего напряжения. Однако при желании цепь переключения может быть рассчитана на работу в двухполупериодном режиме, причем период действия колебательного тока и колебательного напряжения образуется для каждого полупериода питающего напряжения. Как показано на фиг. 25, этого можно добиться, изменив цепь, изображенную на фиг. 22, а именно, добавив вторую цепь 908 переключения, которая идентична первой цепи 972 переключения за исключением противоположного направления тока и противоположного напряжения по сравнению с первой цепью 972. То есть, первая цепь 972, изображенная на фиг. 25, работает как описано выше во время каждого положительного полупериода подаваемого напряжения, а вторая цепь 908 работает так же во время отрицательного полупериода подаваемого напряжения, и в результате количество периодов колебания тока и напряжения за данный период времени удваивается по сравнению количеством периодов за то же время в цепи, изображенной на фиг. 22.

Как указано выше, количество катушек, использованных в натрубном узле 912, также может изменяться и, если нужно, не выходя за пределы настоящего изобретения, натрубный узел 912 может включать в себя только одну катушку. Фиг. 26 и 27 относятся к такой конструкции; на фиг. 26 изображен натрубный узел с одной катушкой 910, намотанной на каркас 912 и охватывающий трубу 916. На фиг. 27 показана цепь переключения, которую используют с однокатушечным натрубным узлом, изображенным на фиг. 26; в целом она аналогична цепи, изображенной на фиг. 23 за исключением того, что при наличии одной катушки 910, дающей небольшую межвитковую емкость, необходимо использовать подстроечный конденсатор (С_t) на первой и второй клеммах 988 и 990 переключателя (Q1). Кроме того, поскольку средство катушки выполнено из одной катушки 910 и расположено целиком по одну сторону от переключателя (Q1), нет необходимости в изолирующем трансформаторе 976, изображенном на фиг. 23 и обеспечивающем местное заземление для компонент цепи переключения.

Еще в одном примере, показанном на фиг. 18, средство для смешивания включает в себя манифольд 186 со входными отверстиями для некоторого количества потоков положительно заряженной воды с нескольких средств для генерирования положительного заряда 184 и выходным отверстием, которое соединено с клапаном 188, направляющим выходящий положительно заряженный поток воды на смеситель для использования в операциях гидравлического разрыва пласта. В различных примерах большинство взвешенных частиц твердого вещества имеют размеры менее 100 микрон. В некоторых таких примерах практически все взвешенные частицы твердых веществ имеют размеры меньше 100 микрон. В более ограниченном числе примеров большинство взвешенных частиц твердых веществ имеет размеры меньше 10 микрон. В еще более ограниченном числе примеров практически все взвешенные частицы твердых веществ имеют размеры меньше 10 микрон.

На фиг. 16 и 17 представлена система управления уровнем поверхности раздела вода-жидкий УВ в трехфазном сепараторе; причем система включает в себя: средство для установления уровня поверхности раздела вода-жидкий УВ в трехфазном сепараторе; средство для измерения уровня поверхности раздела вода-жидкий УВ в трехфазном сепараторе, результатом его срабатывания является сигнал об измерении уровня поверхности раздела вода-жидкий УВ; средство для сопоставления сигнала об измеренном уровне поверхности раздела вода-жидкий УВ с заданной величиной, результатом его срабатывания является сигнал о результате сопоставления; средство для снижения потока на входе в трехфазный сепаратор для воды из скважины после ГРП, если сигнал от сопоставления указывает на то, что уровень поверхности раздела вода-жидкий УВ находится выше установленной величины, и для увеличения поступления воды обратного потока или попутной воды в трехфазный сепаратор для воды из скважины после ГРП, если сигнал от сопоставления указывает на то, что уровень поверхности раздела вода-жидкий УВ находится ниже установленной величины, при этом увеличенный поток содержит воду из УВ скважины после ГРП и добавочную воду.

По меньшей мере в одном примере, лучше всего представленном на фиг. 14А и 14В, средство для установления уровня поверхности раздела вода-жидкий УВ включает в себя перегородку 140 и, в идеале, поверхность раздела нефть-вода устанавливают в нижней части 140b перегородки. Управление при помощи расходомеров и регулировочных клапанов представлено на фиг. 15 и 16.

На фиг. 17 более детально представлен пример управления уровнем поверхности раздела трехфазного сепаратора с разделением на четыре вещества. Как видно на этой фигуре, входящий в сепаратор поток воды обратного притока измеряют турбинным расходомером (FE-101) / передатчиком (FT-101) и управляют им при помощи клапана-регулятора (FV-101) потока посредством регулятора (FIC-101) потока. Входящий поток добавочной воды измеряют замерной диафрагмой (FE-103) / датчиком (FT-103) перепада давления и управляют им при помощи клапана-регулятора (FV-103) потока посредством регулятора (FIC-103) потока. Выходящий поток воды измеряют замерной диафрагмой (FE-102) / датчиком (FT-102) перепада давления и управляют им при помощи клапана-регулятора (FV-102) потока посредством регулятора (FIC-102) потока. Уровень поверхности раздела нефти и воды в сепараторе измеряют магнитным датчиком (LG-100) уровня и также постоянным датчиком (LT-100) уровня электрической емкости. Оба приспособления для измерения уровня устанавливают на наружной уровнемерной колонке, выполненной из трубы диаметром 2 дюйма. Колонка включает в себя ручные клапаны (HV-1, HV-2, HV-3, HV-4, HV-5, HV-6, HV-9 и HV-10) для технического обслуживания колонки и прикрепленные к ней приборы, как известно специалистам в данной области техники. HV-1 и HV-2 используют для исключения колонки из технологического процесса. HV-3 и HV-4 используют, соответственно, для слива и просушки колонки. HV-5 и HV-6 используют для исключения индикатора уровня из технологического процесса. HV-9 и HV-10 используют для исключения камеры датчика уровня из технологического процесса. Каждый прибор на колонке оборудован клапанами для технического обслуживания. HV-7 и HV-8 являются частью индикатора уровня, и их используют, соответственно, для слива и просушки индикатора уровня. HV-11 является частью камеры датчика уровня, этот клапан используют для слива из этой камеры.

Уровень поверхности раздела вода-жидкий УВ (также известной как «поверхность раздела нефть-вода») в сепараторе поддерживают при помощи регулятора (LIC-100) уровня со ступенчатым управлением, регулятора (FIC-101) на входе потока воды обратного притока, регулятора (FIC-103) на входе потока добавочной воды и регулятора (FIC-102) потока воды на выходе. Ступенчатое управление осуществляют при помощи регулятора уровня, который посылает дистанционно устанавливаемое заданное значение на соответствующие регуляторы потока и сбрасывает установленные значения для поддержания уровня поверхности раздела.

Все регуляторы в стационарных условиях поддерживают нормальный уровень жидкости (NLL=50%). Установленные величины на отдельных регуляторах определяют в зависимости от требуемой производительности и размеров сепаратора.

В одном действующем примере по мере повышения уровня поверхности раздела регулятор уровня открывает регулятор выходного потока и при этом прикрывает регулятор входного потока воды обратного притока для поддержания нормального уровня жидкости. Сигнализатор высокого уровня жидкости (HLL=80%) срабатывает по сигналу аналогового передатчика уровня поверхности раздела, что позволяет оператору принять надлежащие меры для восстановления управления уровнем поверхности раздела или условий эксплуатации.

По мере понижения уровня поверхности раздела регулятор уровня прикрывает регулятор выходного потока воды, при этом открывает регулятор входного потока воды обратного притока для поддержания нормального уровня жидкости. Если уровень поверхности раздела снижается до уровня ниже минимального (LLL=10%), эта система переводит регулятор потока добавочной воды на ступенчатое регулирование от регулятора уровня поверхности раздела при помощи программируемого переключателя LX-100.

На фиг. 29 изображена технологическая схема использования примера предлагаемого изобретения в УВ скважине, где ствол скважины 301 с зацементированной обсадной колонной 303 проходит через интервалы 340 ГРП, которые изолированы пакерами 341. Гибкие НКТ 309 спускают в скважину при помощи бурового станка 311 для операций ГРП, известного специалистам в данной области техники. В сланцевом пласте 321 делают отверстия 356. В ходе операций по перфорации и установке цементного моста пакеры 341 помещают в ствол скважины для изоляции разных зон 340 ГРП. Гибкую НКТ 309 спускают в заданные области, где требуется гидравлический разрыв пласта. В этом случае флюид, преимущественно состоящий из воды, прокачивают через ионный генератор 313. Ионный генератор 313 использует для ионизации флюида воздействие электромагнитными полями, описанное в настоящем документе. Этот только что ионизированный флюид 353 при помощи насосов 319 для ГРП закачивают в интервалы 340 ГРП.

Ионизированный флюид 353 закачивают в разрывы 351, как показано на фиг. 30. Ионизированный флюид 353 находится под давлением, достаточным для роста и увеличения разрывов 351. Давление ионизированного флюида 353 поддерживают в течение заранее заданного времени. Находясь под давлением, ионизированный флюид 353 взаимодействует со сланцевым пластом 321 (в настоящем примере это слоистый кальцит 350) для создания слоев 352 кристаллов арагонита. В настоящем примере давление в интервале 340 ГРП снижают при помощи гибкой НКТ 309. Процесс гидравлического разрыва пласта может быть разным в зависимости от поставщика услуг и обстановки вокруг скважины. Например, в открытом стволе может быть использована система точечного ГРП, а не система с перфорацией и цементным мостом. Эти разные варианты процессов гидравлического разрыва пласта в сланцевых формациях хорошо известны специалистам в данной области техники.

Во время операций ГРП в сланцевом пласте 321 создают или увеличивают разрывы 351. Эти разрывы могут быть созданы прострелочно-взрывными работами (перфорацией), абразией под высоким давлением или другими способами, известными в данной области техники. Эти разрывы 351, расположенные в интервале 340 ГРП, открывают доступ из ствола 301 скважины к кристаллам слоистого кальцита 350. Когда ромбические кристаллы слоистого кальцита 350 подвергают воздействию ионизированного флюида 353, кристаллическая структура нерастворимых частиц слоистого кальцита 350 преобразуется в слоистый арагонит 352 с линейными кристаллами ромбической формы. Этот слоистый арагонит 352 находится в суспензии.

Ионизированный флюид 353 обладает свойством не выпадать в осадок с образованием корки, поскольку его частицы, вызывающие образование осадка, теперь находятся в суспензии, а не в растворе. При воздействии ионизированного флюида 353 на слоистый кальцит 350 частицы образуются быстрее, чем в отсутствие ионов. Это явление уменьшает размеры частиц, не позволяя им стать настолько большими, чтобы вызвать образование налета или осадка на поверхности разрывов 351, подвергнутых воздействию.

Ионизированный флюид 353 (в настоящем примере это ионизированная вода) также устраняет проблему роста небиологических взвешенных частиц, поскольку оказывает влияние на предотвращение осаждения на поверхности. Кроме того, влияние ионизированной воды препятствует коррозии. Параколлоидные частицы карбоната кальция (CaCO₃) заряжаются путем поглощения ионов, при этом они уменьшаются в размерах, становятся нерастворимыми и остаются в суспензии. Они преобразуются во взвешенные кристаллические «зародыши» ромбического арагонита из карбоната кальция и остаются в суспензии.

Когда давление ионизированного флюида 353 в разрывах 351 в целевых интервалах 340 ГРП снижают при помощи гибкой НКТ (в настоящем примере), взвешенные частицы 352 карбоната кальция (в настоящем примере кристаллы арагонита) выносятся из разрывов 351 с водой обратного притока или вымываются добываемыми из пласта флюидами.

Ионизированная вода способна препятствовать накоплению небиологического вещества в разрывах 351. Воду ионизируют воздействием электромагнитных полей с использованием в качестве ионного генератора 313, например, установки компании Dolphin, которая использует периодические низкочастотные колебания, вызывая тем самым электропорацию сигнала и усиление колебаний за счет резонанса. Высокочастотные электромагнитные волны низкой мощности в конечном счете разрывают мембраны или убивают микроорганизмы в ионизируемом флюиде. В результате этих реакций также происходит капсулирование органических остатков. Микроорганизмы не могут размножаться и образуют биопленку, которая закупоривает разрывы 351. В настоящем примере ионизированный флюид, который в основном состоит из воды, образуется в ионном генераторе 313, где на флюид воздействуют электромагнитные поля в двухполупериодном режиме с частотой от восьмидесяти килогерц (80 кГц) до трехсот шестидесяти килогерц (360 кГц). В других примерах осуществления частота может быть выше восьмидесяти килогерц (80 кГц). В настоящем примере частота в триста шестьдесят килогерц (360 кГц) может вызвать колебания во флюиде, который в основном состоит из воды. Другими словами, во флюиде возбуждают собственную частоту. В других флюидах с другой собственной частотой, отличной от воды, может быть возбуждена другая собственная частота. Состав флюида будет определять частоту, на которой ионный генератор должен работать с воздействующими электромагнитными полями. Частота выше восьмидесяти килогерц (80 кГц) в двухполупериодном режиме может иметь предполагаемый эффект ионизации флюида и сведения к минимуму присутствия в этом флюиде биологических организмов.

Когда избыток положительных ионов, доставляемых водой, попадает в разрыв 351, положительно заряженные ионы оказывают физико-химическое влияние на отложения слоистых кальцитов 350 в сланцах. Эта минерализация изменяет кристаллическую структуру налета, который был отложен в этой матрице. Предпочтительный полиморф карбоната кальция (CaCO₃) называется слоистым кальцитом 350 (ромбоэдрический), тогда как другие полиморфы называются арагонитом (ромбический) и валеритом (гексагональный). Ионизация воды посредством импульсной мощности при высоких частотах включает в себя непрерывно изменяющееся наведенное электрическое поле, которое задают определенным низкочастотным сигналом переменного тока и периодическим импульсным сигналом с определенным диапазоном (от средних до низких) частот.

Низкочастотный сигнал переменного тока влияет на способ образования «зародышей» твердого осадка и режим роста кристаллов твердого осадка. Благодаря этому такой рост приводит к образованию осадка, но он образуется не на поверхностях, а в массе раствора, причем источником поверхностей для образования «зародышей» и роста частиц служат микроскопические взвешенные частицы (как органические, так и неорганические). В воде ГРП карбонат кальция - основное твердое кристаллическое вещество, выпадающее в осадок в воде, обычно он является «зародышем» для осадка. При попадании ионизированного флюида 353 в разрывы 351, осадок карбоната кальция включает в себя другие катионы раствора, в том числе магний, кремний, алюминий, железо, и вместе с другими компонентами преобразуется во взвешенные частицы.

Вместе с образующейся арагонитовой структурой изменения в кинетике образования «зародышей» кристаллов исключают образование поверхностного осадка и помещают кристаллические структуры в суспензию в виде отдельных или коагулировавших частиц. Разность относительных величин электродвижущих сил между более высокими относительно положительными значениями кальция и более низкими значениями для радикалов приводит к переходу осадка в частицы суспензии. Ионизированная вода с положительным зарядом делает возможными эти избирательные изменения на поверхности толщи слоистых кальцитов, на которые в подземных сланцевых формациях воздействуют кумулятивные заряды. Этот эффект одинаков и для твердых и для мягких сланцев.

В другом примере слои осадка карбоната кальция физически вскрывают при помощи кумулятивных зарядов, которые взрывают в стволе скважины прежде, чем под давлением закачивать в разрывы 351 воду, несущую положительные ионы. В разрывы 351 под давлением закачивают ионизированный флюид 353, таким образом доставляя положительные ионы к подвергающимся воздействию разрывам 351. Ионизированный флюид 353 оставляют в интервале 340 ГРП на несколько дней. После этого давление ионизированной воды понижают при помощи гибкой НКТ 309, и обратный приток воды и поток попутной воды через ствол скважины выносит из разрывов 351 высвобожденные углеводороды, взвешенные частицы 352, проппант и другие материалы, которые могут предполагать специалисты в данной области техники. Находясь в этих разрывах 351, положительные ионы (в настоящем примере воды) выборочно взаимодействуют со слоистым кальцитом и изменяют его кристаллическую структуру с кальцитовой (ромбоэдрической) на предпочтительную форму взвешенных частиц - полиморфных кристаллов арагонита (ромбическую), которые вода обратного притока выносит из разрывов 351.

Снижение давления послойно удаляет слои корки или твердого осадка, которые показаны здесь как слои взвешенных частиц 352 в разрывах 351, и открывает каналы обеспечивая более высокую скорость переноса газообразных и жидких углеводородов в потоке воды к поверхности. Это послойно снижает забойное давление в трещинах и позволяет достичь изначально более высокой скорости течения углеводородов на более длительное время, чем это было бы возможно при других условиях. Карбонат кальция существует в растворе в виде коллоидных частиц размерами, как правило, в диапазоне 0.01-100 мкм; каждая из частиц имеет общий электрический заряд, известный как зета-потенциал (или электрокинетический или электрохимический потенциал). Величина этого потенциала равна силе, с которой каждая частица отталкивает частицу с таким же зарядом. Эта сила должна быть достаточно большой, чтобы преодолеть силу притяжения частиц при приближении частиц друг к другу настолько, что силы Ван-дер-Ваальса сближают эти частицы или заставляют коагулировать.

Положительные ионы перемещаются в воде магнитным и электрическим полями и взаимодействуют с результирующей зета-силой, которая возникает в направлении, перпендикулярном к плоскости, образованной векторами магнитного и электрического поля. Это проиллюстрировано на фиг. 31. Эта зета-сила действует на ионы - обуславливающие ток частицы, и замедляет взвешенные частицы. Положительно заряженные частицы будут двигаться в направлении, которое соответствует правилу правой руки, где зета-сила соответствует большому пальцу, а остальные пальцы - электрическому и магнитному полям. Отрицательно заряженные частицы будут двигаться в противоположном направлении.

Результат действия этих зета-сил на ионы в целом состоит в том, что положительно заряженные ионы, например, кальция и магния, и отрицательно заряженные ионы (например, карбонаты и сульфаты) направляются навстречу друг другу с увеличивающейся скоростью. Увеличение скорости приводит к увеличению количества столкновений между частицами, в результате образуется вещество из нерастворимых твердых частиц. После того, как образуется осадок, он служит основой для дальнейшего роста кристаллической структуры или полиморфа арагонита или ромбической структуры, тем самым в суспензии образуются частицы. На фиг. 31 проиллюстрирован зета-принцип и показано воздействие зета-потенциала на взвешенные частицы. На фиг. 31 показано расположение полей и сил.

Величина зета-потенциала определяет силу, с которой каждая частица отталкивает частицы с таким же зарядом. Эту величину зета-потенциала используют для того, чтобы преодолеть сближение частиц друг с другом настолько, что силы Ван-дер-Ваальса объединят частицы и будет происходить стабильный рост. Наведенные резонирующие электромагнитные поля, создаваемые импульсными ионными генераторами 313 снижают зета-потенциал, в результате силы Ван-дер-Ваальса способствуют росту частиц.

На фиг. 31 показано достижение нужного эффекта от зета-потенциала с помощью импульсного сигнала. Зета-потенциал «заставляет» частицы предпочитать один полиморф другому. Этого достигают за счет предотвращения роста одного полиморфа до тех пор, пока другой полиморф не достигнет предела насыщения. Рост кристаллической формы, при котором взвешенные частицы выступают в качестве «зародышей» в объеме раствора, также облегчает внедрение микробов во взвешенный осадок. Этот эффект называется капсулированием.

Периодический импульсный сигнал от ионного генератора 313 в ионизируемую воду оказывает микрофизическое и химическое влияние на клеточные мембраны, которое называется электропорацией или химическим разрушением или разрывом клеток; это приводит к уничтожению микроорганизмов. Импульсный сигнал использует физический принцип резонансных частот, которые также называют гармоническими частотами или колебательными частотами, для усиления энергии, требуемой для ионизации флюида с использованием относительно низких уровней мощности.

Ионизированный флюид 353 также способен предотвращать закупоривание разрывов 351 частицами из-за образования хлопьев. В свою очередь ионизированная вода также уменьшает проблему закупоривания, поскольку препятствует осаждению на поверхности. В результате этих взаимодействий будет увеличиваться скорость потока углеводородов, обусловленная забойным давлением. Это надолго продлит срок эксплуатации УВ скважины и увеличит долю запасов, извлекаемых из данной сланцевой формации. Этот процесс позволяет извлекать большее количество углеводородов с большей скоростью притока; это касается и газов, и жидкостей.

В другом примере описанные выше технологии могут быть использованы для расконсервации скважины. Скважина, которая ранее была перфорирована и в которой был выполнен гидравлический разрыв пласта, может быть расконсервирована для повышения уровня добычи из нее. В этом случае ионизированный флюид 353 может быть закачан в сланцевый слой 321 через гибкую НКТ 309 в ходе обычных операций по расконсервации с ГРП. Перфоратор может быть спущен в скважину для прострела отверстий 356 в новых местах. Для изоляции новых интервалов 340 ГРП могут быть установлены пакеры 341. Затем ионизированный флюид 353, содержащий ионизированную воду и проппанты, может быть закачан в пласт при помощи насосов 319 для ГРП. После этого давление ионизированного флюида 353 повышают, чтобы создать и увеличить разрывы 351, которые образовались около отверстий 356 перфорации. В результате воздействия ионизированного флюида 353 на трещины 351 образуются слои взвешенных частиц 352. После периода поддержания давления в требуемом интервале 340 ГРП, давление будет снижено, в этом случае с использованием гибкой НКТ для охвата одного или более пакеров 341. Снижение давления заставит взвешенные частицы 352 покинуть разрывы 351. Такая работа по расконсервации может увеличить продуктивность уже добывающей скважины и продлить общий срок эксплуатации скважины.

Следует помнить, что ранее описанные примеры осуществления представлены только для примера и не могут рассматриваться как ограничение идеи изобретения никакими конкретными конфигурациями. Специалисты в данной области техники смогут внести изменения в настоящее описание без отступления от сущности и объема настоящего изобретения. Каждый элемент или стадию по любому из пунктов следующей ниже формулы изобретения следует рассматривать как включающий в себя все эквивалентные элементы или стадии. Формула изобретения охватывает настоящее изобретение настолько широко, насколько это возможно в рамках законодательства, в любой формулировке, в какой оно может применяться. Эквиваленты изобретений, описанных в формуле изобретения, также, как предполагается, находятся в рамках формулы изобретения. Все патенты, заявки на патент и другие документы, указанные в настоящем документе, полностью включены в настоящий документ посредством ссылки.

1. Способ повышения эффективности добычи углеводородов из подземной формации, которая включает в себя нефтегазоносные сланцы, содержащие кальцит с трещинами в нем, причем этот способ включает:

введение флюида, содержащего положительно заряженные ионы, по меньшей мере, в некоторые трещины;

обеспечение упомянутым ионам возможности преобразовывать сланцы вдоль трещин в кристаллы арагонита таким образом, что некоторые кристаллы арагонита становятся взвешенными во флюиде;

удаление некоторого количества флюида со взвешенными кристаллами арагонита из этой формации;

причем упомянутое удаление кристаллов арагонита открывает или расширяет трещины и повышает проницаемость этой формации, тем самым увеличивая количество и скорость добычи углеводородов из этой формации;

причем оставшийся в толще флюид продолжает преобразовывать следующие кристаллы кальцита вдоль трещин в кристаллы арагонита, так что во флюиде становится больше взвешенного арагонита, после чего некоторое количество упомянутого флюида со взвешенным арагонитом удаляют из этой формации, посредством чего дополнительно повышают или поддерживают проницаемость этой формации.

2. Способ по п.1, в котором трещины были созданы путем гидравлического разрыва этой формации.

3. Способ по п.2, в котором при гидравлическом разрыве был использован флюид.

4. Способ по п.1, в котором для создания положительных ионов во флюиде используют импульсный ионный генератор, который использует воздействие электромагнитных полей.

5. Способ по п.4, в котором воздействующие электромагнитные поля пульсируют с полным периодом до трехсот шестидесяти раз в секунду.

6. Способ по п.4, в котором воздействующие электромагнитные поля пульсируют с полупериодом до ста восьмидесяти килогерц.

7. Способ по п.4, в котором ионный генератор работает на частотах в диапазоне приблизительно от 80 килогерц до 360 килогерц.

8. Способ по п.1, дополнительно включающий удаление взвешенного арагонита из флюида и повторное использование флюида.

9. Способ по п.1, в котором флюид предотвращает закупоривание трещин.

10. Способ по п.1, в котором флюид действует в формации как биоцидный коагулятор.

11. Способ по п.1, в котором флюид имеет водную основу.