Изобретение относится к материалу и способу для обработки трещиноватого пласта, пронизанного стволом скважины, включающему предусмотрение некоторого количества частиц, покрытых смоляной оболочкой, имеющих размер от приблизительно 0,2 до приблизительно 2,35 мм. Некоторое количество деформируемых или недеформируемых частиц меньшего размера в сочетании с частицами, покрытыми смоляной оболочкой, образуют главным образом однородную плотную упаковку частиц при их перемешивании и воздействии по крайней мере одного из факторов температуры или давления. Суспензия частиц образуется жидкостью-носителем, пригодной для суспендирования частиц. Суспензия частиц вводится в ствол скважины пласта. Частицы, покрытые смоляной оболочкой, и деформируемые частицы меньшего размера, таким образом, способны образовывать плотную упаковку частиц по крайней мере в части трещин пласта.

[0001] Способ обработки пласта, пронизанного стволом скважины, в котором в ствол скважины вводят суспензию, образованную в жидкости-носителе, из частиц со смоляным покрытием, имеющих размер от 0,2 до 2,35 мм, и частиц меньшего размера, способных образовывать, по меньшей мере, в части пласта однородную плотную упаковку, при их перемешивании и воздействии температуры и/или давления, где общее содержание частиц составляет от 0,05 до 2 кг/л.

[0002] Способ по п.1, в котором частицы меньшего размера включают частицы размером менее 0,2 мм.

[0003] Способ по п.1, в котором частицы меньшего размера представляют собой деформируемые и/или недеформируемые частицы размером 0,2 мм или менее.

[0004] Способ обработки трещиноватого пласта, пронизанного стволом скважины, в котором в ствол скважины вводят суспензию, образованную в жидкости-носителе из частиц со смоляным покрытием, имеющих размер от 0,2 до 2,35 мм, и мягких или эластичных частиц размером менее 0,2 мм, способных образовывать, по меньшей мере, в части трещины пласта однородную плотную упаковку при их перемешивании и воздействии давления при 90 °С в течение 20 ч, где общее содержание частиц составляет от 0,05 до 2 кг/л.

[0005] Способ по п.1 или 4, в котором количество частиц со смоляным покрытием составляет от 30 до 95% от общего веса частиц.

[0006] Способ по п.1 или 4, в котором частицы со смоляным покрытием включают частицы со смоляным покрытием, имеющие размер от 1 мм или более, и частицы со смоляным покрытием, имеющие размер от 0,2 до менее 1 мм, которые используют в соотношении от 4:1 до 1:2.

[0007] Способ по п.1 или 4, в котором количество частиц со смоляным покрытием составляет от 30 до 95% от общего веса частиц, при этом количество частиц размером от 0,1 до менее 0,2 мм составляет от 0 до 30% от общего веса частиц, а количество частиц размером менее 0,1 мм составляет от 0 до 20% от общего веса частиц.

[0008] Способ по п.4, в котором суспензия дополнительно содержит недеформируемые химически инертные частицы размером 0,2 мм или менее.

[0009] Способ обработки пласта, пронизанного стволом скважины, в котором в ствол скважины вводят суспензию, образованную в жидкости-носителе из частиц, имеющих деформируемое несмоляное покрытие поверх недеформируемой сердцевины размером от 0,2 до 2,35 мм, и частиц размером менее 0,2 мм, деформируемых и/или недеформируемых, где общее содержание частиц составляет от 0,05 до 2 кг/л.

[0010] Способ по п.9, в котором количество частиц с деформируемым несмоляным покрытием составляет от 30 до 95% от общего веса частиц.

[0011] Способ по п.9, в котором дополнительно используют частицы со смоляным покрытием размером от 0,2 до менее 1 мм, при этом соотношение частиц с деформируемым несмоляным покрытием размером от 1 мм или более и частиц со смоляным покрытием составляет от 4:1 до 1:2.

[0012] Способ по п.9, в котором количество частиц с деформируемым несмоляным покрытием составляет от 30 до 95% от общего веса частиц, при этом количество частиц размером от 0,1 до менее 0,2 мм составляет от 0 до 30% от общего веса частиц, а количество частиц размером менее 0,1 мм составляет от 0 до 20% от общего веса частиц.

[0013] Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором деформируемые частицы сформированы по меньшей мере из одного материала, выбранного из термопластика, смолы, резины, полимеров, скорлупы грецкого ореха, алюминия и алюминиевых сплавов и пластиков.

[0014] Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором частицы со смоляным покрытием выбраны из частиц с предварительно отвержденным смоляным покрытием и/или частиц со смоляным покрытием без предварительного отверждения.

[0015] Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором частицы со смоляным покрытием выбраны из частиц со смоляным покрытием без предварительного отверждения.

[0016] Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором при воздействии давления при 90 °С в течение 20 ч частицы образуют в пласте однородную плотную упаковку.

[0017] Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором частицы образуют упаковку, в которой до приложения деформирующего усилия объем пустот составляет менее 17%.

Уровень техники

Изобретение относится к подземным скважинам для нагнетания, хранения или добычи флюидов. Конкретнее - оно относится к закупориванию трещин в пластах подобных скважин.

Трещины в коллекторах обычно обладают самой высокой пропускной способностью в любом участке коллектора пласта. Данные трещины в пласте могут быть природного происхождения или образовываться в результате гидравлического разрыва. В случае трещин искусственного происхождения таковые получаются при гидравлическом разрыве пласта или кислотном разрыве пласта, при этом высокая пропускная способность обеспечивается благодаря тому, что трещины либо расклинивают проницаемым слоем материала, либо для каждой трещины в отдельности протравливают поверхность кислотой или другим материалом, который растворяет часть пласта.

Трещины, представляющие собой интерес в данной области, обычно пронизывают пласт и ствол скважины. Большие объемы флюидов могут вытекать через трещины из-за их высокой пропускной способности. Это позволяет скважинам иметь высокие скорости истечения при добыче или нагнетании.

При бурении или эксплуатации нефтяной или газовой скважины может быть полезным закупорить или частично закупорить трещину в пласте горной породы, таким образом снижая ее пропускную способность. Обычно данные трещины закупоривают по следующим причинам:

а) через них происходит поступление нежелательных воды или газа;

b) неоднородность нагнетаемой жидкости (такая как вода или СО ₂ ) при добыче нефти за счет подъема воды или

с) дорогостоящие материалы (такие как жидкости для гидроразрыва, используемые при гидравлическом разрыве пласта), которые необходимо вводить в неработающие области пласта.

Данная последняя причина может обладать особенно разрушительным действием, если она приводит к нежелательному увеличению трещины, так как в лучшем случае происходит потеря рабочей силы, гидравлической мощности и разрушение материала при образовании трещины в том месте, где она не нужна, в худшем случае это приводит к превращению трещины в область, через которую могут проникать такие нежелательные флюиды, как вода.

Последние способы для закупоривания трещин включают введение цементного раствора, гидратированных глин и как сшитых, так и несшитых полимерных систем. Недостатками цементных растворов являются необходимость использования дорогостоящих материалов и проведения работ на скважинах и неспособность раствора перемещаться вниз трещины без предварительного закупоривания. При использовании гидратированных глин существует необходимость в сложной и дорогостоящей нагнетающей системе на масляной основе, а также в дорогостоящих работах на скважинах. При использовании гидратированных глин возникает та же самая проблема, что при использовании цемента, в отношении размещения: существует необходимость избежать преждевременного закупоривания; также они должны полностью поглощать воду вдоль всей трещины. Полимерные системы часто бывают неэффективными вследствие недостаточного гидравлического сопротивления в трещинах с очень большой проницаемостью и вследствие большой стоимости материалов с учетом необходимости их больших объемов. Существует необходимость в дешевом, надежном, легко размещаемом, эффективном материале для закупоривания трещин в скважинах и способах его использования при заканчивании или рекультивации скважин, в особенности при возбуждении и при добыче флюидов.

Сущность изобретения

Первое воплощение изобретения представляет собой способ обработки пласта, пронизанного стволом скважины, включающий предусмотрение некоторого количества частиц, покрытых смоляной оболочкой, имеющих размер от приблизительно 0,2 до приблизительно 2,35 мм, и некоторого количества частиц меньшего размера, которые образуют в основном однородную плотную упаковку, при их смешении и воздействии по крайней мере одного из таких факторов, как нагревание и давление; образование суспензии частиц в жидкости-носителе, пригодной для суспендирования частиц; и введение суспензии в ствол скважины пласта. Частицы, покрытые смоляной оболочкой, и частицы меньшего размера образуют плотную упаковку частиц, по крайней мере, в участке пласта. Согласно различным воплощениям частицы, покрытые смоляной оболочкой, используют в количествах от приблизительно 30 до приблизительно 95% по отношению к общему весу частиц; частицы меньшего размера включают частицы, имеющие размер менее приблизительно 0,2 мм; частицы меньшего размера включают деформируемые частицы, сформированные по крайней мере из одного из материалов термопластика, смолы, резины, полимеров, скорлупы грецкого ореха, алюминия и алюминиевых сплавов и пластиков; частицы, покрытые смоляной оболочкой, используемые при образовании суспензии, включают по крайней мере один из видов частиц: частицы с предварительно отвержденным смоляным покрытием и частицы со смоляным покрытием без предварительного отверждения; частицы, покрытые смоляной оболочкой, используемые при образовании суспензии, представляют собой частицы со смоляным покрытием без предварительного отверждения; частицы в основном образуют однородную плотную упаковку частиц под воздействием давления при 90 °С в течение 20 ч; частицы меньшего размера представляют собой по крайней мере один из видов частиц: деформируемые частицы и недеформируемые частицы, имеющие размер от 0,2 мм или менее; частицы, покрытые смоляной оболочкой, включают частицы, покрытые смоляной оболочкой, имеющие размер от приблизительно 1 мм или более, и частицы, покрытые смоляной оболочкой, имеющие размер от приблизительно 0,2 до менее 1 мм, которые используют в соотношении от приблизительно 4:1 до приблизительно 1:2 соответственно по отношению к общему весу частиц; частицы образуют упаковку, имеющую объем пустот приблизительно менее 17% в отсутствие какой-либо из частиц; и частицы, покрытые смоляной оболочкой, используют в количестве от приблизительно 30 до приблизительно 95% по отношению к общему весу частиц, и частицы меньшего размера, имеющие размер от приблизительно 0,1 до менее приблизительно 0,2 мм, используют в количестве от 0 до приблизительно 30% по отношению к общему весу частиц, и частицы меньшего размера, имеющие размер менее приблизительно 0,1 мм, используют в количестве от 0 до 20% по отношению к общему весу частиц.

Другое воплощение представляет собой способ обработки пласта с трещинами, пронизанного стволом скважины, включающий предусмотрение некоторого количества частиц, покрытых смоляной оболочкой, имеющих размер от приблизительно 0,2 до приблизительно 2,35 мм, и некоторого количества деформируемых частиц меньшего размера, имеющих размер менее 0,2 мм, которые образуют однородную плотную упаковку частиц при их смешении и воздействии давления при 90 °С в течение 20 ч; образование суспензии частиц в жидкости-носителе, пригодной для суспендирования частиц; и введение суспензии частиц в ствол скважины, пронизывающей пласт. Частицы, покрытые смоляной оболочкой, и деформируемые частицы меньшего размера образуют плотную упаковку частиц, по крайнее мере, в участке трещины пласта. Согласно различным дополнительном воплощениям частицы, покрытые смоляной оболочкой, используют в количестве от приблизительно 30 до приблизительно 95% по отношению к общему весу частиц; частицы меньшего размера включают деформируемые частицы, сформированные по крайней мере из одного материала термопластика, смолы, резины, полимеров, скорлупы грецкого ореха, алюминия и алюминиевых сплавов и пластиков; частицы, покрытые смоляной оболочкой, используемые при образовании суспензии, включают по крайней мере один из видов частиц: частицы с предварительно отвержденным смоляным покрытием и частицы со смоляным покрытием без предварительного отверждения; в суспензию включают некоторое количество деформируемых инертных частиц, имеющих размер от приблизительно 0,2 мм или менее; частицы, покрытые смоляной оболочкой, включают частицы, покрытые смоляной оболочкой, имеющие размер от приблизительно 1 или более, и частицы, покрытые смоляной оболочкой, имеющие размер от приблизительно 0,2 до менее приблизительно 1 мм, которые используют в соотношении от приблизительно 4:1 до приблизительно 1:2 соответственно по отношению к общему весу частиц; частицы образуют упаковку частиц, имеющую объем пустот приблизительно менее 17% в отсутствие какой-либо деформации частиц; частицы, покрытые смоляной оболочкой, используют в количестве от приблизительно 30 до приблизительно 95% по отношению к общему весу частиц, и деформируемые частицы, имеющие размер от приблизительно 0,1 до менее 0,2 мм, используют в количестве от 0 до приблизительно 30% по отношению к общему весу частиц, и деформируемые частицы, имеющие размер менее 0,1 мм, используют в количестве от 0 до 20% по отношению к общему весу частиц.

Следующее воплощение изобретения представляет собой способ обработки пласта, пронизанного стволом скважины, включающий предложение некоторого количества грубых частиц, имеющих размер от приблизительно 0,2 до приблизительно 2,35 мм, которые включают по крайней мере один из видов частиц: частицы, покрытые смоляной оболочкой, и частицы, имеющие недеформируемое ядро и несмоляное деформируемое покрытие, и некоторое количество частиц, имеющих размер менее 0,2 мм, которые включают по крайней мере один из видов частиц: деформируемые и недеформируемые частицы; образование суспензии частиц в жидкости-носителе, пригодной для суспендирования частиц; и введение суспензии частиц в ствол скважины пласта. Согласно последующим различным воплощениям грубые частицы используют в количестве от приблизительно 30 до приблизительно 95% по отношению к общему весу частиц; частицы меньшего размера включают деформируемые частицы, сформированные по крайней мере из одного из материалов термопластика, смолы, резины, полимеров, скорлупы грецкого ореха, алюминия и алюминиевых сплавов и пластиков; частицы, покрытые смоляной оболочкой, используемые при образовании суспензии, включают по крайней мере один из видов частиц: частицы с предварительно отвержденным смоляным покрытием и частицы со смоляным покрытием без предварительного отверждения; частицы, покрытые смоляной оболочкой, используемые при образовании суспензии, представляют собой частицы со смоляным покрытием без предварительного отверждения; грубые частицы включают частицы, имеющие размер от приблизительно 1 мм или более, и грубые частицы, имеющие размер от приблизительно 0,2 до менее 1 мм, используют в соотношении от приблизительно 4:1 до приблизительно 1:2 соответственно по отношению к общему весу частиц; частицы образуют упаковку частиц, имеющую объем пустот приблизительно менее 17% в отсутствие какой-либо деформации частиц; грубые частицы используют в количестве от приблизительно 30 до приблизительно 95% по отношению к общему весу частиц, и частицы меньшего размера, имеющие размер от приблизительно 0,1 до менее приблизительно 0,2 мм, используют в количестве от 0 до 30% по отношению к общему весу частиц, и частицы меньшего размера, имеющие размер менее 0,1 мм, используют в количестве от 0 до 20% по отношению к общему весу частиц.

Краткое описание чертежей

Для более полного понимания настоящего изобретения здесь приведены следующие описания, прилагаемые к соответствующим им фигурам, для которых:

на фиг. 1 показана упаковка частиц, покрытых смоляной оболочкой, которая главным образом является однородной и плотной; и

на фиг. 2 показана упаковка частиц, покрытых смоляной оболочкой, которая не является главным образом однородной и плотной.

Подробное описание

Так как желательно обеспечение максимальной скорости потока по трещине, трещина должна быть создана таким образом, чтобы она имела наибольшую проницаемость и ширину для обеспечения максимального потока и минимального перепада давления по трещине. Это обычно достигается помещением в трещину твердого материала (называемого расклинивающим агентом), который может быть (насколько это возможно быть близким) круглым по форме, крупным и однородным по размеру частиц. Это обеспечивает наибольшую пористость (объем пор) и размер пор (диаметр пор). Высокая пористость и большой размер пор придают гранулам расклинивающего агента высокую проницаемость. Пористость расклиненной трещины, заполненной расклинивающим агентом, может находиться в пределах 30-42% от объема трещины.

В патенте США № 7004255 Boney была описана возможность заполнения трещины инертным зернистым материалом, обладающим очень низкой проницаемостью и блокирующим истечение жидкости или газа из трещины. Частицы могут быть помещены в трещину для закупоривания или частичного закупоривания трещины; предумышленно упаковка будет иметь свойства, сильно отличающиеся от таковых, для совокупности частиц, обычно помещаемых в трещину для обеспечения максимального объема и диаметра пор. Размеры частиц согласно воплощениям Boney оптимизированы для обеспечения наименьшей пористости при наличии наименьших по размеру и наименьшему количеству пор. Это было сделано подбором подходящих материалов и распределений частиц, помещаемых в трещину, предназначенную для закупоривания. Примеры использования диапазонов возможных размеров для воздействия на манеру заполнения приведены в патенте США № 5518996.

Как описано Boney, использование частиц с различными распределениями по размерам способствует снижению фильтрации в пласт жидкости разрыва, таким образом ограничивая рост трещины в высоту. Распределение частиц по размерам создают для обеспечения свободного объема не более 17%. Boney обсуждает применение комбинации «грубых », «средних » и/или «тонких » частиц. Как описано, более крупные «грубые » частицы могут иметь размер от приблизительно 0,2 до приблизительно 2,35 мм. «Средние » частицы могут быть от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,2 мм по размеру. «Тонкие » частицы могут иметь размер менее приблизительно 0,1 мм.

Должно быть понятно, что раскрытые в данном описании полезные, или подходящие, или подобные интервалы концентраций или количеств рассматриваются как исходные для любой и каждой концентрации или количества в указанном интервале, включая пограничные точки. Более того, каждое численное значение должно быть прочитано сначала как «приблизительно » (если это не было указано), а затем было прочитано снова без «приблизительно », если в контексте не указано иначе. Например, «интервал от 1 до 10 » должен быть прочитан как обозначающий каждое и все возможные числа в диапазоне между приблизительно 1 и приблизительно 10. Другими словами, при обозначении конкретного интервала, даже если указано или упомянуто незначительное число конкретных частных значений внутри интервала, должно быть понятно, что заявители подразумевают и понимают, что обозначено любое и все частные значения внутри интервала и что заявители утверждают приоритет для всего интервала и всех значений внутри него.

Хотя подобный способ Boney эффективно снижает пропускную способность трещины для флюида, используемые инертные частицы могут не полностью заполнять или закупоривать пустоты меньшего размера в трещине, поэтому некоторое количество жидкости все еще может вытекать. Кроме того, инертные частицы со временем могут перемещаться и мигрировать из трещины. Это может быть нежелательно, в частности, для низконапорных скважин, для которых необходимо использование таких насосов, как электрические скважинные насосы, применяемые при внутрискважинном поднятии флюидов. Частицы, мигрирующие из скважины и присутствующие в подобных флюидах скважины, могут повредить насосы и другое оборудование.

В настоящем изобретении описано использование частиц, покрытых смоляной оболочкой (ЧПСО), с другими частицами различных размеров. Как описано Boney, снижение проницаемости обеспечивается только распределением по размерам используемых частиц. В настоящем изобретении снижение проницаемости может быть достигнуто не только с помощью распределения по размерам частиц, но и с помощью материалов, используемых для отдельных частиц.

ЧПСО могут представлять собой «грубые » частицы и иметь их распределение по размерам, варьирующимся от приблизительно 0,2 до приблизительно 2,35 мм или более. Грубые ЧПСО могут быть использованы в количестве от приблизительно 30 до приблизительно 95% по отношению к общем весу частиц, если ЧПСО представляют собой весь крупнозеристый материал. При использовании крупнозернистого материала частиц, не покрытых смоляной оболочкой (н-ЧПСО), в сочетании с грубыми ЧПСО, возможно использование меньшего количества грубых ЧПСО. ЧПСО и н-ЧПСО также могут иметь различные распределения по размерам внутри данного «грубого » интервала. Таким образом, грубые ЧПСО или н-ЧПСО могут включать крупные грубые частицы, имеющие размер от приблизительно 1 мм или более, с частицами меньшего размера, имеющими размер от приблизительно 0,2 до менее 1 мм. Крупные частицы и частицы меньшего размера могут быть использованы в соотношении от приблизительно 4:1 до приблизительно 1:2 соответственно по отношению к общему весу частиц. Желательно использование ЧПСО меньшего размера, имеющих размер 0,2 мм.

ЧПСО могут включать как частицы с предварительно отвержденным смоляным покрытием и/или изначально частицы с неотвержденным смоляным покрытием. Также возможно использование ЧПСО, которые включают частично отвержденную смолу или изначально включают как предварительно отвержденную смолу, так и неотвержденную смолу. Частицы могут быть выбраны так, чтобы они не изменяли консистенции вязких химических агентов, если жидкость-носитель является вязкой, и таким образом, чтобы они главным образом не растворялись в жидкости-носителе или во флюидах, для задерживания или перекрытия потока которых они предназначены. Частицы, покрытые смоляной оболочкой, могут включать инертное, недеформируемое ядро, например, из керамики, стекла, песка, боксита, неорганических оксидов (например, оксид алюминия, оксид циркония, диоксид кремния, боксит) и т.д., которое частично или полностью покрыто смоляной оболочкой. Используемые смолы могут включать, например, эпокси, фенольные (например, фенолформальдегидная), полиуретановые эластомеры, аминовые смолы, полиэфирные смолы, акриловые смолы и т.д. Примерами частиц, покрытых смоляной оболочкой, являются таковые, описанные в патентах США № 392191, 4585064 и 5422183. Толщина покрытия может варьироваться, однако могут быть использованы смоляные покрытия, которые составляют от приблизительно 1 до приблизительно 99% от общего веса ЧПСО, более конкретно от приблизительно 1 до приблизительно 50% от общего веса ЧПСО. Смоляное покрытие недеформируемого ядра может быть такой толщины, что ЧПСО в основном сохраняет свой размер и форму при размещении и/или применении, хотя, тем не менее, может происходить деформация смоляного покрытия.

Ниже более полно обсуждены частицы с неотвержденным смоляным покрытием, которые представляют собой частицы, покрытые оболочкой, для которых смола изначально неотверждена, и участвующие в изначальном образовании суспензии частиц. Неотвержденные ЧПСО могут изначально быть твердыми и нелипкими при поверхностных условиях, поэтому частицы не слипаются между собой, что облегчает эксплуатацию и получение суспензии частиц. При введении в трещину в подземном пласте смола будет размягчаться под действием присутствующих более высоких температур. Затем смола отвердевает или происходит сшивание, таким образом, она становится твердой и тугоплавкой, имея некоторую пластичность. Обычные температуры, которые способствуют отверждению, варьируются от приблизительно 40 до приблизительно 250 °С. При более низких температурах, т.е. температурах менее приблизительно 60 °С, для обеспечения достаточного уплотнения за приемлемый промежуток времени возможно использование добавок, ускоряющих отверждение. Подобные добавки, ускоряющие отверждение, известные специалистам, квалифицированным в данной области, могут включать, например, изопропанол, метанол и поверхностно-активные вещества со спиртовыми соединениями.

Отверждение или сшивание смолы может происходить только благодаря нагреванию. Смола может быть выбрана так, чтобы отверждение происходило при определенных температурах, и так, чтобы отверждение происходило за определенный промежуток времени, в течение которого гарантировано, что смола не отвердевает слишком быстро. Смола, имеющая время отверждения от приблизительно 1 до приблизительно 75 ч, может быть использована с уверенностью, что этого времени достаточно для формирования упаковки частиц.

Частицы с предварительно отвержденным смоляным покрытием включают такие частицы, покрытые смоляной оболочкой, для которых смола, по крайней мере, частично была отверждена или сшита на поверхности перед введением в скважину или трещину. Подобные ЧПСО с предварительным отверждением могут быть особенно полезными в случае флюидов, находящихся в трещине, так как они могут быть более совместимыми с флюидами, находящимися в трещине, и не требуют температурной активации. Частицы с предварительно отвержденным смоляным покрытием могут взаимодействовать друг с другом только физически, не образуя химических связей. В результате необходимая толщина смоляного покрытия может быть сравнима с таковой для ЧПСО без отверждения. Используемые покрытия могут быть эластичными и поэтому могут легко деформироваться под действием давления. Это в сочетании с большей толщиной покрытия на поверхности частицы вызовет более сильные взаимодействия между частицами. Подобные материалы включают резины, эластомеры, термальные пластики или пластики.

Примеры подходящих коммерчески доступных частиц с неотвержденным смоляным покрытием включают Super HS, Super LC, Super TF, Super HT, MagnaProp, DynaProp, OptiProp и PolaProp, все продаваемые Santrol, Inc., Fresno, California, U.S.A. и Ceramax resin coated proppants, продаваемые Borden Chemical, Columbus, Ohio, U.S.A. Частицы, покрытые смоляной оболочкой, также могут включать частицы, имеющие повышенную клейкость или подобное покрытие, которое обеспечивает характеристики, подобные таковым, для ранее описанных частиц, такие как песок с покрытием, продаваемый под названием SandWedge, продаваемый Halliburton Energy Services, Inc., Houston, Texas, U.S.A., которые могут быть добавлены к суспензии во время закачки.

Частицы, используемые в сочетании с ЧПСО, могут иметь распределение частиц по размерам, которое такое же или включает частицы меньшего размера по сравнению с используемыми ЧПСО. Обычно частицы, используемые в сочетании с ЧПСО, меньше, чем ЧПСО, с распределениями по размерам, раскрытым Boney, для «средних » и «тонких » частиц. Согласно настоящему изобретению частицы «среднего » размера имеют размер от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,2 мм. «Тонкие » частицы имеют размер менее 0,1 мм. н-ЧПСО грубые частицы могут быть использованы в количестве не более приблизительно 20% по отношению к общему весу частиц.

Частицы, используемые в сочетании с ЧПСО, могут представлять собой деформируемые частицы без смоляного покрытия. Используемый в описании термин «деформируемый » относится к характеристикам частицы или материала, которая определяет ее способность изменять форму при действии на частицу достаточной силы без существенного разламывания или фрагментации частицы. Термин «деформируемый » предназначен для обозначения как мягких, так и эластичных материалов. Используемый в описании «мягкий » относится к характеристике материала, которая определяет его способность сохранять новую форму после деформации, тогда как «эластичный » относится к характеристике материала, которая определяет его способность принимать в основном его исходную форму и приобретать исходный размер после деформации. Данные деформируемые частицы без смоляного покрытия могут быть изготовлены из таких материалов, как термопластики, чистая смола (которая может являться смолой с предварительным отверждением), резина, гранулы полимера, алюминий или алюминиевые сплавы, скорлупа грецких орехов, пластики и т.д.

Возможно применение частиц, имеющих недеформируемое ядро с деформируемым покрытием, в качестве деформируемых частиц. Деформируемые покрытия могут быть мягкими или эластичными. Кроме того, в качестве деформируемых частиц возможно использование частиц, покрытых смоляной оболочкой, имеющих большой объем смолы поверх недеформируемого ядра Подобные деформируемые частицы, покрытые смоляной оболочкой, могут иметь смоляное покрытие более 50 мас.% по отношению к весу частицы, так что наличие существенного количества деформируемого материала смолы обеспечивает возможность частицы полностью менять свою форму. Деформируемые частицы, покрытые смоляной оболочкой, могут иметь меньший размер частиц, чем используемые недеформируемые частицы, покрытые смоляной оболочкой.

Также с ЧПСО возможно использование недеформируемых частиц без смоляной оболочки. Данные частицы могут быть химически инертными и могут включать песок и другие материалы, такие как барит, зольная пыль, белая сажа, другие кристаллические или аморфные кварцы, тальк, слюда, керамические гранулы, карбонаты или таконит. Приемлемыми могут быть любые материалы, которые сохраняют размер и форму частиц в процессе и после укладки и которые не приводят к прорыванию флюида. При использовании грубых недеформируемых частиц с ЧПСО они могут быть снабжены смоляным покрытием, достаточно тонким для обеспечения дальнейшего уменьшения проницаемости упаковки частиц, обусловленной деформацией покрытия.

Для конкретных применений могут быть использованы легковесные материалы частиц или материалы частиц с низкой плотностью. Они могут быть различных размеров и могут включать полые шарообразные материалы, такие как стеклянные сферы. Примерами подобных шарообразных материалов являются таковые, коммерчески доступные Schlumberger Technology Corporation, New York, New York, U.S.A., LITEFILL (например, D124 LITEFILL). Также возможно использование других легковесных композитных материалов, таких как целлюлозные частицы, которые импрегнированы и покрыты смоляным покрытием с предварительным отверждением, и продаются под названием LiteProp, доступные в BJ Services Company, Houston, Texas, U.S.A.

Согласно другому аспекту изобретения вместо частиц, покрытых смоляной оболочкой, возможно применение грубых частиц, имеющих недеформируемое ядро, покрытых деформируемой несмоляной оболочкой, так что покрытие будет деформироваться для образования более плотной упаковки частиц. Возможно использование данных частиц в качестве грубого материала, наряду с недеформируемыми или деформируемыми частицами меньшего размера. Примером подобного материала является продукт FlexSand, доступный в BJ Services Compary.

В качестве частиц меньшего размера, деформируемых либо недеформируемых, могут быть выбраны частицы достаточно большого размера для закупоривания пустот пор, образованных материалом большего размера, но недостаточно маленького размера, чтобы проходить сквозь устья пор в упаковке более больших частиц. Если это не снижает объема пор (объема пустот), трещины до 17% или менее от объема трещины, затем третий материал даже меньше по размеру, чем второй материал, может быть добавлен к смеси для дальнейшего снижения пористости. Для третьего материала могут быть предъявлены те же требования к размерам по отношению ко второму материалу, что и таковые для второго по отношению к первому. Наилучшая задача заключается в снижении пористости упаковки до 17% или менее. Это обусловлено формой и размером частиц перед деформацией частиц или в ее отсутствие.

Выбор частиц меньшего размера определяется исходя из того, что область, которая заполняется регулярно упорядоченными сферами равного размера, должна иметь объем пустот приблизительно 36%. Кроме того, если включают вторую группу равновеликих сфер, размер которых составляет приблизительно 0,1 размера сфер первой группы, то получаемый объем пустот будет составлять приблизительно 23%. Наконец, если включают третью группу равновеликих сфер, размер которых составляет приблизительно 0,1 размера сфер второй группы, то конечный объем пустот будет составлять приблизительно 15%. Для многих применений может быть подходящей смесь, включающая грубые частицы от приблизительно 30 до приблизительно 95% по отношению к общему весу частиц, средние частицы от 0 до 30% по отношению к общему весу частиц и тонкие частицы от 0 до 2 0% по отношению к общему весу частиц. Данные нормы являются точными в основном для реального состояния, в котором частицы имеют неидеальную форму, неоднородны по размеру и упакованы несовершенным образом. Состояние, в котором объем пустот минимизирован, обозначают как обладающее максимальной компактностью.

Если вместо трех типов размеров используют два типа, то они могут быть «средними » и «тонкими » или «грубыми » и «тонкими ». Хотя диапазоны определений «грубый », «средний » и «тонкий » были приведены как смежные, фактически используемые размеры могут не быть смежными. Например, хотя грубые ЧПСО могут иметь размер от 0,2 до приблизительно 2,35 мм и «средние » могут иметь размер от приблизительно 0,1 до 0,2 мм в диаметре, фактические размеры, используемые при обработке, могут составлять от приблизительно 1 до 2 мм и приблизительно от 0,1 до 0,2 мм соответственно. Дополнительно, возможно использование различных распределений по размерам частиц для каждого типа размера частиц грубого, среднего и тонкого.

В целях конкретного воплощения изобретения возможно нет необходимости оставлять минимально возможный объем пустот упаковки частиц в трещине (и, таким образом, полностью предотвратить все истечение флюида из трещины), но только для снижения объема пустот существенно для снижения способности флюидов вытекать через упаковку частиц в трещине. Используемый в описании термин «трещина » включает часть трещины. Таким образом, в некоторых случаях выбор типа частиц и значения диапазонов размеров частиц, распределений частиц по размерам внутри каждого диапазона размеров частиц, различия размеров для диапазонов, количества частиц определенных диапазонов размеров и других факторов может быть сделан скорее на основании экономических расчетов, практической целесообразности или простоты, чем на основании необходимости оптимального заполнения. Это в значительной степени отличается от такой операции, как цементирование, при которой неудача при заполнении пустоты полностью может иметь катастрофические последствия. Например, согласно воплощению настоящего изобретения средняя частица для каждого диапазона размеров частиц может быть приблизительно в 5-12 раз больше следующей, самой маленькой.

Использование деформируемых частиц меньшего размера в сочетании с более крупными или грубыми ЧПСО может снизить проницаемость трещины или части трещины до нуля или величины, близкой к нулю. Это происходит благодаря деформации частиц под действием давления таким образом, что частицы более полно заполняют пустоты пор меньшего размера пласта и упаковки частиц, таким образом занимая больше пространства пор. В отличие от этого недеформируемые частицы имеют свойство разламываться или разрушаться, образуя частицы еще меньшего размера, которые могут закупоривать пространство пор не так эффективно или могут мигрировать из пространства пор. Частицы, покрытые смоляной оболочкой, обладают некоторой степенью пластичности, обеспечиваемой их наружным смоляным покрытием. Инертное недеформируемое ядро, однако, не позволяет им деформироваться полностью. Если использовать твердые смоляные частицы или другие частицы, которые обеспечивают слипание или клейкость, то это может обеспечить дополнительное укрепление такой конструкции или предотвратить миграцию частиц.

В дополнение к снижению проницаемости трещины, использование ЧПСО с частицами без смоляного покрытия меньшего размера также обеспечивает взаимодействие частиц, которое предотвращает миграцию частиц, включая частицы меньшего размера без смоляного покрытия, а также осколки, которые могут образовываться при разрушении частиц. Разрушение частиц (например, разрушение под воздействием расклинивающего агента) также может быть снижено. Смола ЧПСО связывает друг с другом частицы, покрытые смоляной оболочкой, и частицы без смоляного покрытия. Частицы, покрытые/непокрытые смоляной оболочкой, формируют крепкую, главным образом однородную твердую, упаковку частиц, которая не обладает склонностью к разрушению. Использованный в описании "главным образом однородный" охватывает распространение уплотнения упаковки частиц на всей ее протяженности по сравнению с только плотными фрагментами или только плотными областями упаковки частиц, хотя и небольшое или номинальное количество частиц все еще может оставаться в свободном или неуплотненном состоянии.

При образовании упаковки частиц, если частицы суспендируют в подходящей жидкости-носителе, смесь частиц называют «заполняющей суспензией ». Жидкость-носитель более полно описана ниже. Концентрация частиц в описанной суспензии может быть значительно меньше, чем обычная концентрация частиц в цементном растворе. Цементы могут представлять собой очень концентрированные суспензии, обычно имея общую концентрацию частиц около 50 об.% или более. Суспензии согласно воплощениям настоящего изобретения могут быть значительно более разбавленными и могут, например, обладать общими концентрациями частиц от 0,05 до 2 кг/л или в другом примере от 0,1 до 1,5 кг/л. Согласно воплощениям изобретения, в которых трещина закрывается частицами, частицы можно концентрировать в суспензии до тех пор, пока существует утечка жидкости, и до тех пор, пока концентрация частиц в трещине не достигнет той, при которой достигается полное уплотнение упаковки частиц. Такая концентрация сравнима с той, которую используют для затвердевающего цемента.

Частицы можно смешивать и закачивать при помощи оборудования и способов, обычно используемых в нефтедобывающей отрасли, например, для цементирования гидравлического разрыва пласта, бурения и кислотной обработки. Частицы можно смешивать предварительно или на месте. При проведении предварительного смешивания частицы можно поставлять и отбирать их в таком состоянии, чтобы они не взаимодействовали друг с другом или не слипались друг с другом, а также таким образом, чтобы различные размеры частиц не отделялись друг от друга. Их обычно смешивают и закачивают в виде суспензии с жидкостью-носителем, такой как вода, масло, загущенная вода, загущенное масло, эмульсии, жидкости с межмолекулярными сшивками, активированные и вспененные жидкости (например, содержащие азот или газ СО ₂ ), вода с поверхностными активными соединениями (вода, содержащая небольшие количества полимера или вязкоупругого поверхностно-активного соединения, которые скорее снижают силу трения, нежели служат для сгущения). Если жидкость является эмульсией или пеной, то концентрации, которые здесь приводятся, указаны для частиц в водной фазе. Частицы могут обладать очень высокой плотностью, и/или жидкость-носитель может иметь очень низкую плотность, и/или скорость закачивания может быть очень низкой. В таком случае вязкость жидкости-носителя повышают для облегчения суспендирования частиц.

Жидкость-носитель может быть любой общепринятой жидкостью для образования трещин, которая позволяет транспортируемому материалу полностью закрыть трещину, находится в трещине и сохраняет материал в суспендированном состоянии до закрытия трещины. Возможно использование сшитых и несшитых гуаровых смол или других полисахаридов. Сшитые или несшитые полиакриламиды с дополнительными группами, такие как АМПСК, можно использовать вследствие их химической и температурной устойчивости. Такие материалы концентрируются в трещине и препятствуют разрушению, таким образом обеспечивая дополнительное сопротивление потоку в объеме пор, не заполненных частицами. В пластах с высокой проницаемостью, где есть вероятность наличия нежелательного тока флюида в трещину из пласта после обработки, возможно использование гидроксиэтилцеллюлозной системы или несшитого полимера, который может просачиваться в материнскую породу и препятствовать току в поры материнской породы, а также может предупредить ток в трещину из пласта. Эти различные типы загустителей можно использовать вместе для повышения сопротивления обоим типам тока (из трещины и в трещину). Дополнительно, коркообразующие материалы, такие как препятствующие току жидкости добавки, можно использовать для создания еще большего сопротивления току из пласта в трещину. Хорошо известными коркообразующими материалами являются крахмал, слюда и карбонаты. (Конечно, при заполнении скважин рассмотрение тока из пласта в трещину предполагает включение в рассмотрение тока из трещины в пласт).

Возможно использование различных методов повышения вязкости жидкости-носителя. Воду можно загущать добавлением полимера, который может быть сшитым. Полимер, особенно если он сшитый, может сохраняться и концентрироваться в трещине после обработки и препятствовать току жидкости. При образовании трещин для повышения вязкости обычно используют минимальное количество сшитого полимера. Согласно конкретным воплощениям настоящего изобретения возможно использование большего количества полимера, чем в других случаях. При образовании трещин полимер может быть выбран таким образом, что он разрушается после обработки, и также полимер может быть выбран так, чтобы он сохранялся достаточно долго для размещения частиц перед разложением. При необходимости можно добавлять разрушающее соединение, чтобы полимер обеспечивал размещение материала, а затем разрушался после обработки. Согласно конкретным воплощениям настоящего изобретения могут быть полезны стабильные полимеры, такие как полиакриламиды, замещенные полиакриламиды и другие, и может потребоваться большее или меньшее количество разрушающего агента. Выбор полимера, его концентрации и сшивающего агента и/или разрушающего агента, любой из двух или оба вместе, может быть осуществлен при балансировании данных факторов для обеспечения большей эффективности, требуется учитывать цену, целесообразность и простоту использования.

Размещение закупоривающего материала согласно изобретению подобно размещению расклинивающего агента при гидравлическом разрыве пласта. Смесь частиц суспендируют в жидкости-носителе с образованием заполняющей суспензии. Если трещина создается и ее расклинивают в одно и то же время, то для моделирования работы, проводимой с трещиной, можно использовать симулятор гидравлического разрыва пласта и возможно моделирование конечной геометрии трещины и размещение заполняющего материала. Если уже существующая трещина предназначена для расклинивания, то симулятор нельзя использовать. Примерами P3D симулятора являются FracCADE (запатентованное моделирование трещины компании Шлюмберже, программное обеспечение для предсказания и мониторинга обработки), Fracpro, продаваемый Pinaccle Technologies, Houston, Texas, U.S.А. и MFrac Meyer and Associates, Inc., Natrona Heights, PA, U. S. А. Можно использовать и другие коммерчески доступные P3D программные обеспечения.

Создается ли трещина и расклинивается в результате единичной операции или расклинивается уже существующая трещина, стенку(и) трещины обычно покрывают в направлении от вершины к низу или от конца к концу ( «длина и высота » для обычной вертикальной трещины в вертикальной скважине) заполняющей суспензией, где наблюдается или ожидается нежелательный ток жидкости. Может быть, и нет необходимости полностью заполнять ширину созданной трещины материалом при расклинивании. Достаточное количество материала можно закачивать а) для создания полного слоя материала наибольшего размера ( «грубое »), используемого по всей длине и высоте области трещины, при этом будет создано сопротивление току, если трещина закроется после размещения расклинивающего материала, или б) для заполнения объема трещины полностью материалом.

При достижении, по крайней мере, состояния а) трещина заполняется, по крайней мере, монослоем грубых частиц. Нормальная максимальная концентрация, которую нужно достичь - это 3 слоя грубого материала (между торцами щели), предполагая заполнение пространства между грубыми частицами частицами меньшего размера. Если трещина шире, чем в этом случае, но закрывается, то 3 слоев может быть достаточно для закрытия трещины материалом, т.е. стены трещины оказываются в основном закрыты в длину и высоту. Если трещина шире, чем в этом случае, и трещина впоследствии не закроется, тогда либо а) можно закачать больше заполняющего материала в трещину, либо б) возможно использование некоторых других материалов для заполнения трещины. Создание более 3 слоев может привести к перерасходу материала частиц, но может снизить вероятность сохранения нежелательных пор в упаковке частиц и может привести к обратному току частиц материала в ствол скважины. Таким образом, особенно если объем трещины, заполненный по всей ширине, в 3 раза больше или еще больше размера самой большой частицы, то тягучий закупоривающий материал можно добавлять для снижения тока частиц в ствол скважины. Это может быть материал, который не увеличивает пористость упаковки при закрытии. Тягучие полимерные или органические волокна являются продуктами, которые эффективно выполняют это условие. Возможно использование концентрации до 9,6 г тягучих закупоривающих волокнистых материалов на литр жидкости-носителя.

Может быть, необходимо расклинивание только части трещины, это может возникать, когда трещина распространяется из допустимой области в область, в которой поток флюида через трещину может быть нежелателен. Это расклинивание части трещины может быть достигнуто при использовании согласно воплощению изобретения, если область, которую нужно заполнить, находится у дна или у вершины трещины. Существует несколько способов, которые можно использовать для достижения этого; каждый может быть использован либо для бурения скважин с обсаженным забоем/перфорированной колонной, либо для бурения открытых скважин. В случае ( «удельный вес ») первого способа наполняющая суспензия закачивается перед закачиванием основной суспензии для заполнения трещины (основная суспензия расклинивающего агента) и имеет удельный вес, отличный от такового, основной суспензии для заполнения трещины. Альтернативно, оператор может активировать накачивание заполняющей суспензии в период работы. Если заполняющая суспензия тяжелее (плотнее), чем основная суспензия для заполнения трещины, тогда расклиниваемая часть трещины может располагаться у дна трещины. Если заполняющая суспензия легче (менее плотная), чем основная суспензия для заполнения трещины, то расклиниваемая часть трещины может располагаться у вершины трещины. Заполняющая суспензия может быть легче или тяжелее, чем основная суспензия расклинивающего агента потому, что частицы легче или тяжелее, чем расклинивающий агент; разница может усиливаться при помощи изменения удельного веса жидкости-носителя для частиц относительно удельного веса жидкости-носителя для расклинивающего агента.

Второй ( «размещение ») способ предполагает опускание трубы в скважину бурения, в точку, приблизительно выше или ниже перфораций. Если цель состоит в расклинивании дна щели, тогда труба может размещаться в точке ниже перфораций, и заполняющая суспензия закачивается по трубе, в то время как суспензия для первичной обработки трещины закачивается затрубно вниз между трубой и обшивкой. Это приводит к заполнению суспензией нижней части трещины. Если цель состоит в расклинивании вершины трещины, тогда труба помещается в скважину бурения в точку выше перфораций. Тогда, если заполняющая суспензия закачивается вниз по трубе, в то время как суспензия для первичного заполнения трещины закачивается затрубно вниз между трубой и оболочкой, заполняющая суспензия подается в верхнюю часть трещины. При осуществлении данной операции может проводиться перемещение трубы для облегчения размещения частиц на протяжении всей неблагоприятной части трещины. В способе размещения может быть использована спиральная труба.

В другом способе размещения заполняющая суспензия закачивается на начальной стадии или при обработке НСУ и, таким образом, размещается впереди основной жидкости-песконосителя. Грубые соединяющие частицы, формируемые в барьерных зонах высокого напряжения ниже продуктивной зоны, создают слой, пространство пор которого заполняют частицы меньшего размера, пока снижение проницаемости в упаковке гранул не будет таким, что ток значительно уменьшится. Это уплотняет слой частиц и, таким образом, предотвращает дальнейший ток жидкости через слой и также обеспечивает механический барьер, который поддерживает напряжение между продуктивной секцией с меньшим напряжением и барьерной зоной, которая представляет собой обычно глину.

Хотя способы, приведенные в описании, наиболее типично используют для скважин для добычи углеводородов, их можно использовать для шахт-хранилищ и нагнетательных скважин и для скважин для добычи других флюидов, таких как вода, диоксид углерода или соляного раствора.

Следующий пример в дальнейшем иллюстрирует изобретение.

Пример.

Упаковки частиц формировали, используя материалы частиц ЧПСО без предварительного отверждения, как представлено в таблице.

Суспензии смесей частиц формировали из жидкости, заполняющей трещины, с конечной вязкостью 75 сП при 23 ° и рН 6,3. Суспензии заливали в ячейки диаметром 3 дюйма (7,62 см). Ячейки прессовали зажимными тисками. Спрессованные ячейки помещали затем в печь, нагретую до 90 °С, на 20 ч. После удаления из печи упаковку расклинивающего агента изымали из каждой ячейки. Как показано на фиг. 1, для образца 1 была получена прочная, главным образом однородная, упаковка расклинивающего агента. Как показано на фиг. 2, упаковка расклинивающего агента 2 образца распалась на части и только части были плотными. Образцы 3 и 4 (не показаны) также образовывали прочную, главным образом однородную, упаковку расклинивающего агента. Номера сит следующие: 12/18 от приблизительно 1,00 до приблизительно 1,7 мм; 20/40 от приблизительно 0,425 до приблизительна 0,850 мм; 100 меш - около 0,150 мм. The Santrol ЧПСО были покрыты вулканизированным смоляным покрытием Santrol SHS, поставляемыми Santrol, Fresno, Texas, USA. Материалы The Fores ЧПСО и Carbo ЧПСО были покрыты керамикой, производимой в России; the Carbo ЧПСО были произведены в Carbo Ceramics plant Chelyabinsk, Russia. Материал расклинивающего агента н-ЧПСО был изготовлен из керамики Borovichi Refractories Plant, Borovichi, Russia.

Так как изобретение было продемонстрировано лишь в некоторых его формах, специалистам, квалифицированным в данной области, должно быть очевидно, что оно не ограничено ими и допускает различные изменения и модификации без отклонения от области изобретения.

Соответственно уместно, что прилагаемая формула изобретения может трактоваться широко.