СПОСОБ УВЕЛИЧЕНИЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ ПОСЛЕ СТИМУЛИРОВАНИЯ ПОДЗЕМНОЙ ФОРМАЦИИ Российский патент 2011 года по МПК E21B43/267 C09K8/80 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение в основном относится к способам обработки подземных формаций для повышения добычи углеводорода (нефти и/или газа) из скважины. Более конкретно, изобретение направлено на способы увеличения извлечения стимулирующих рабочих жидкостей и предупреждения или минимизирования нарушения проницаемости пористой породы пласта-коллектора, природных трещин или гидравлических трещин, которые, с другой стороны, могут быть результатом действия рабочей жидкости, использованной в подземной формации.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Один из способов технологии максимизации добычи углеводородов обозначают как «стимулирование». Процессы стимулирования обычно осуществляют на эксплуатационных скважинах, заканчивающихся в формациях, содержащих нефть и/или газ; однако нагнетательные скважины, используемые во вторичных или третичных операциях извлечения, также могут быть растреснутыми для облегчения нагнетания жидкостей.

Один из способов стимулирования представляет собой гидравлическое растрескивание. Гидравлическое растрескивание заключается в нагнетании жидкости для гидроразрыва в ствол скважины, обращенной лицом к геологической формации, несущей углеводород, под давлением, достаточным для инициирования и расширения разлома или разломов (трещин) в формации. Непрерывное закачивание жидкости для гидроразрыва расширяет трещины. Расклинивающий агент, такой как песок или другой дисперсный материал, может быть суспендирован в жидкости для гидроразрыва и введен в образованные трещины. Расклинивающий материал помогает или «удерживает» открытыми трещины и предупреждает образованные трещины от смыкания при уменьшении гидравлического давления. Таким путем сохраняются проводящие каналы, через которые добываемые жидкости могут легко вытекать в ствол скважины после окончания расклинивающей обработки.

Таким образом, цель жидкости для гидроразрыва в основном является двоякой: (1) создавать трещину(ы) или расширять существующую(ие) трещину(ы) путем нагнетания в геологическую формацию жидкости под высоким давлением; и (2) поддерживать указанную(ые) трещину(ы) в качестве путей добываемой жидкости с целью увеличения потока углеводорода в ствол скважины или для улучшения проницания указанной жидкости в пористую породу пласта-коллектора. Наиболее типичное достижение состоит в транспортировании некоторых типов твердых расклинивающих агентов в пустое пространство трещины, созданное нагнетанием жидкости таким образом, чтобы расклинивающий агент мог предупреждать полное закрытие трещин(ы) и создавать пористый туннель, через который жидкость может легче протекать в (или из) ствол(а) скважины. Для помещения расклинивающих агентов в трещину(ы) часто выбирают такую жидкость для гидроразрыва, которая имеет высокую вязкость, для удерживания материала расклинивающего агента в суспензии (или полусуспензии), чтобы способствовать отведению расклинивающего агента из скважины в образованную(ые) трещину(ы). В некоторых случаях жидкость для гидроразрыва может быть по меньшей мере частично составлена из некоторых типов химикатов или добавок, которые растворяют часть породы формации со стенок трещин(ы), давая преимущество в создании открытой части потока для производства или нагнетания жидкостей (то есть таких, как кислота, растворяющая карбонатную породу).

Основным компонентом жидкости для гидроразрыва обычно является вода, и в этом случае она представляет собой водную жидкость для гидроразрыва, хотя в жидкости могут также присутствовать другие жидкости и газы. Вода, так же как и многие другие возможные жидкости для гидроразрыва, не имеет адекватной вязкости для очень длительного суспендирования расклинивающего агента, зависящего главным образом от скорости жидкости как доминанты механизма транспорта расклинивающего агента. Для повышения вязкости жидкости для гидроразрыва обычно используют увеличивающий вязкость загущающий агент. Жидкость с системой с высокой молекулярной массой может образовывать вязкую жидкость или гель. Обычно увеличивающие вязкость агенты включают в себя полимеры, многие из которых выбирают вследствие их способности к сшиванию с селективным образованием систем с очень высокой молекулярной массой. Наиболее обычный агент, увеличивающий вязкость, представляет собой гуар или некоторые производные гуара.

После того как расклинивающий агент доставляют в трещину, желательно затем удалить из трещины жидкость для гидроразрыва с увеличенной вязкостью. Процесс удаления вязкой жидкости из трещины после доставки расклинивающего агента, суспендированного в вязкой жидкости, в трещину иногда называют «очисткой трещины».

Если в качестве увеличивающего вязкость агента используют полимер или сшитый полимер, обычно также используют химическую добавку, известную в технике как дезинтегратор, который способен по меньшей мере частично разрывать поперечные связи, частично разрушать сам полимер или и то и другое. Целью дезинтегратора является уменьшение вязкости жидкости таким образом, чтобы ее было легче удалять из трещины, а также удалять любые частично расщепленные остатки полимеров или других добавок, использованных для увеличения вязкости жидкости для гидроразрыва, при обратном потоке в ствол скважины в период очистки или эксплуатации. После того как полимеры разрушают дезинтегратором и возвращают в жидкость с низкой вязкостью, разрушенная жидкость-носитель вытекает обратно и ее удаляют из формации.

Однако, некоторые разрушенные полимеры и другие вещества, которые составляют жидкость для гидроразрыва, имеют тенденцию прилипать к расклинивающему агенту и/или формации. Указанные вещества имеют тенденцию удерживать воду и поэтому занимают значительный объем. В результате указанных частично гидратированных застойных компонентов жидкости для гидроразрыва, которые окружают расклинивающий агент внутри пористости трещины и внутри формации, уменьшают ее проницаемость для углеводородов, действуя как ограничитель или барьер для миграции углеводорода из формации в трещину и в ствол скважины. Вдобавок насыщение указанной жидкостью пористого пространства дополнительно сопровождается силами адгезии или когезии, которые вызывают образование еще более трудно вытесняемого осадка, и насыщенные жидкостью зоны ограничивают или препятствуют течению углеводорода в ствол скважины. Скорость потока добываемого углеводорода из формации обычно зависит от множества пластовых параметров, таких как пластовое давление, проницаемость и вязкость углеводородной жидкости. Засорение пористости формации и пористости трещины расщепленными полимерами и другими веществами жидкости для гидроразрыва иногда обозначают как уменьшение эффективной длины трещины. Если часть длины расклиненной трещины не может позволять течь или «очищаться» адекватно, суммарный результат состоит в том, что часть длины расклиненной трещины неэффективна и не способствует адекватно производству и явно приводит к тому, что «эффективная» часть расклиненной трещины меньше, чем фактическая длина расклиненной трещины. «Захваченная» жидкость для гидроразрыва в трещине вредна для добычи углеводорода, поскольку закупоривает трещину и поэтому препятствует потоку углеводорода.

Большинство попыток, направленных на проблему застойной жидкости для гидроразрыва в скважине или формации, которая уменьшает проницаемость углеводорода, сфокусировано на достижении более высокой степени разложения полимеров с высокой молекулярной массой и/или узлов полимерной сетки. Некоторые из указанных полимеров с высокой молекулярной массой обычно содержат нерастворимые или частично растворимые вещества, которые имеют тенденцию служить в качестве наполнителя при образовании пористости трещины после расщепления жидкости для гидроразрыва (уменьшения вязкости). Иногда дезинтегратор используют для разрушения молекулярной главной цепи указанных полимеров и уменьшения их молекулярной массы, приводя к их неэффективности в смысле увеличения вязкости воды, намного меньшей в размере, и более легкому движению через пористость и удалению через пористость. Исторически, менее 50% полимерного геля стимулирующей обработки возвращают на поверхность во время очистки после обработки.

Некоторые попытки обратиться к проблеме застойной жидкости для гидроразрыва в формации сфокусированы на нахождении увеличивающего вязкость агента, который может быть эффективным при низкой концентрации для загущения жидкости для гидроразрыва. Согласно указанной теории, если можно использовать низкую концентрацию увеличивающего вязкость агента, то после расщепления нерастворимое вещество, которое требует расщепления, будет откладываться в формации в низкой концентрации. Однако обнаружено, что уменьшение концентрации увеличивающего вязкость агента не всегда возможно. В настоящее время доступные увеличивающие вязкость агенты, которые могут быть эффективными при заметно более низкой концентрации, чем традиционные агенты, такие как гуар, слишком дорогостоящи и не могут обеспечить адекватную вязкость в условиях, существующих в забое, независимо от более высокой цены.

Другие попытки сфокусированы на разработке загущающих добавок, которые не образуют постоянных связей между основными химическими добавками. Теоретически это допускает структуры меньшего размера, например, порядка микроскопического размера, для улучшения способности вещества вытекать обратно из трещины и/или блока расклинивающего агента.

Еще другие попытки обратиться к проблеме застойной жидкости для гидроразрыва в формации скорее сосредоточены на использовании для повышения вязкости жидкостей для гидроразрыва увеличивающих вязкость агентов на основе поверхностно-активных веществ, а не на полимерах, таких как гуар. Указанные увеличивающие вязкость поверхностно-активные вещества выбирают таким образом, чтобы они обладали низкой адгезией с расклинивающим агентом, облегчая при этом извлечение жидкости для гидроразрыва из формации после растрескивания формации. Например, система, которая не использует обычные полимеры на основе гуара для увеличения вязкости жидкости для гидроразрыва, предложена в патенте США № 5551516, опубликованном 3 сентября 1996 Schlumberger Technology Corporation. В указанном патенте предложены вязкоэластичные водные жидкие системы на основе поверхностно-активного вещества, которые применимы при растрескивании подземных формаций, пронизанных стволами скважин. Предпочтительные загущающие агенты представляют собой галогенные соли четвертичного аммония, произведенные от некоторых восков, жиров и масел. Загущающий агент используют совместно с неорганической водорастворимой солью, такой как хлорид аммония или хлорид калия, и органической стабилизирующей добавкой, выбранной из группы органических солей, таких как салицилат натрия. Полученные жидкости, как указано в формуле изобретения, стабильны до температуры жидкости около 225°F. Смотри патент США № 5551516, реферат. Запатентовано, что указанная вязкоэластичная поверхностно-активная система позволяет жидкости для гидроразрыва вытекать обратно после доставки расклинивающего агента более эффективно в результате более низкой молекулярной массы (размера). Однако указанные жидкости для гидроразрыва на основе поверхностно-активного вещества более дорогостоящи по сравнению с обычными жидкостями для гидроразрыва на основе гуара и часто избыточно просачиваются в пористость формации. Они также требуют контакта с жидкими углеводородами для начала процесса растрескивания и известно, что в случае сухих газовых пластов указанные жидкости для гидроразрыва вообще не вызывают растрескивания. В указанных случаях и в качестве превентивной меры добавляют взаимный растворитель, обычно простой монобутиловый эфир этиленгликоля (EGMBE) или подобный растворитель как предварительную промывку для способствования расщеплению указанных вязкоэластичных материалов.

Дополнительно, в патенте США № 6439309, изданном 27 августа 2002, предложены силилмодифицированные полиамиды и способы обработки подземной формации с использованием силилмодифицированных полиамидов для минимизирования миграции или движения твердых дисперсных материалов внутри подземной формации и/или внутри ствола скважины, пронизывающей подземную формацию (патент США № 6439309, реферат). Указанные покрытия описывают как полу-затвердевающие до по существу не прихваченного состояния, к которым не прилипают дополнительные отдельные дисперсные материалы и которые имеют по существу пластичный in situ модуль упругости в условиях, существующих в забое.

Таким образом, существует давно ощущаемая потребность в улучшении жидкостей и способов для более полного удаления из формации жидкостей для гидроразрыва на основе гуара.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение в первую очередь направлено на композиции и способы для улучшенного извлечения жидкости для гидроразрыва из формации и блока расклинивающего агента. Изобретение обеспечивает способ обработки подземной формации, пронизанной стволом скважины, способ, предусматривающий: (а) смешение дисперсного материала и активного вещества с образованием по меньшей мере частично покрытого дисперсного материала, в котором (i) вода образует с поверхностью дисперсного материала контактный угол менее 90°, (ii) активное вещество способно образовывать покрытие на дисперсном материале, (iii) активное вещество образует с дисперсным материалом контактный угол менее 90° и (iv) вода образует со слоем активного вещества контактный угол более 90°; (b) смешение по меньшей мере частично покрытого дисперсного материала и жидкости-носителя с образованием рабочей жидкости; и (с) закачивание рабочей жидкости в подземную формацию через ствол скважины для отложения по меньшей мере частично покрытого дисперсного материала в подземной формации.

Указанный и другие аспекты изобретения будут очевидны специалисту в данной области техники после прочтения следующего подробного описания. Хотя изобретение допускает различные модификации и альтернативные формы, специфические варианты осуществления будут детально описаны и показаны путем примеров. Следует понимать, однако, что не предполагается ограничивать изобретение конкретными описанными формами, изобретение покрывает все модификации и альтернативы, попадающие в рамки и дух изобретения, как отражено в приложенной формуле изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ДАННЫХ НАИБОЛЕЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ И ДАННЫХ НАИЛУЧШИХ СПОСОБОВ

Как указано ранее, застойная рабочая жидкость в формации приводит к уменьшенному извлечению углеводорода из формации через гравийную набивку или блок расклинивающего агента. Без ограничения теоретическим объяснением, полагают, что застойная рабочая жидкость в формации по меньшей мере частично приводит к прилипанию водной рабочей жидкости к смачивающемуся водой дисперсному материалу в блоке расклинивающего агента или гравийной набивке. Например, жидкость для гидроразрыва на основе геля представляет собой водную рабочую жидкость, которая включает в себя увеличивающие вязкость полимеры, разъединители, буферные растворы, поверхностно-активные вещества, реагенты, предотвращающие набухание глин, ингибиторы образования пленок, остатки, вызывающие трение и т.д. Проникающая способность указанных водных компонентов через слой расклинивающего агента или гравийную набивку затруднена природой смачивающегося водой дисперсного материала, использованного для расклинивающего агента или гравийной набивки.

В изобретении предложено смешивать дисперсный материал и активное вещество с образованием по меньшей мере частично покрытого дисперсного материала. В то же время активное вещество, будучи смешанным с дисперсным материалом, способно образовывать смачиваемое нефтью покрытие на дисперсном материале. Без ограничения теорией, полагают, что смачиваемое нефтью покрытие на дисперсных материалах облегчает движение водной рабочей жидкости через дисперсный материал, поскольку водная фаза рабочей жидкости не прилипает к смачиваемому нефтью покрытию дисперсного материала. Проникающая способность водной рабочей жидкости через дисперсный материал повышается, если водная жидкость не «связана» с дисперсным материалом и, следовательно, становится более проницаемой через дисперсный материал в формации. Таким образом, сопротивление течению водной рабочей жидкости через формацию уменьшается. Таким образом, рабочая жидкость может достичь и обработать предназначенные участки в формации, не связанные с гравийной набивкой, которая дополнена дисперсным материалом, покрытым активным веществом.

В рабочей жидкости для гидроразрыва обратное течение рабочей жидкости после растрескивания жидкостью для гидроразрыва облегчают путем использования расклинивающих агентов, покрытых активным веществом, так как жидкость для гидроразрыва не связана со слоем расклинивающего агента, который пополняет расклинивающие агенты, покрытые активным веществом. Таким образом, смоченное нефтью покрытие на расклинивающих агентах уменьшает или предупреждает остаточную примесь жидкости для гидроразрыва из покрытия расклинивающих агентов и проникающая способность жидкости для гидроразрыва через слой расклинивающего агента повышается. При повышении проникающей способности жидкости для гидроразрыва через слой расклинивающего агента улучшается тенденция извлечения загрузки жидкости для гидроразрыва, улучшая этим продуктивность скважины в результате уменьшения экранирующих материалов, таких как основная жидкость и увеличивающие вязкость полимеры жидкости для гидроразрыва.

Смачиваемость описывают как прилипание жидкости к поверхности. Если в проникающей системе присутствует более одной жидкости, течение каждой из них зависит от количества и распределения другой(их). Относительный поток(и) через дисперсный материал зависит от того, какая жидкость представляет собой «смачивающую» фазу, то есть жидкость, которая имеет предпочтительную тенденцию покрывать поверхности дисперсного материала. Одним из стандартных количественных способов измерения смачиваемости материала является метод контактного угла. Жидкая капля, помещенная на твердое вещество, по существу на неабсорбирующую поверхность, достигает состояния «равновесия», когда не происходит дополнительного растекания капли. Считанный контактный угол, определенный при указанных условиях, представляет собой «статический» контактный угол. Для высоковязких жидкостей (например, глицерина) необходимо ожидать прекращения растекания до определения показания. Важно осторожно наносить каплю на образец поверхности, чтобы измерить контактный угол, который является таким высоким как возможно. Если каплю вталкивают в поверхность, капля расширяется и контактный угол становится меньше, по мере того как капля втягивается в поверхность. Статический контактный угол не может быть использован, если испытуемая жидкость проникает в поверхность.

Для формации, расклинивающего агента и гравийной набивки смачиваемость играет главную роль в определении того, как углеводород и вода совместно существуют в порах и, следовательно, влияет на многие свойства, такие как относительная проникающая способность жидкостей. В однородно смоченных формациях относительная проникающая способность одной жидкости повышается по мере того, как система становится более смоченной другой жидкостью. Как использовано здесь, «смачивание водой» испытывают измерением статического контактного угла воды, такой как дистиллированная вода, на поверхности, которая должна быть испытана. Если контактный угол меньше 90°, поверхность материала считают смачиваемой водой.

Дисперсный материал для использования в изобретении может состоять по существу из любого материала, имеющего достаточную прочность на сжатие для функционирования в расклинивающем агенте или гравийной набивке в зависимости от обстоятельств. Дисперсный материал также представляет собой материал, который химически не взаимодействует нежелательно с другими компонентами, использованными при обработке формации. Дисперсные материалы, которые широко используют для расклинивающего агента или гравийной набивки, обычно смачивают водой перед смешением дисперсного материала с активным веществом. Предпочтительно поверхность дисперсного материала для использования в данном изобретении обладает свойством не пропитываться водой, такой как дистиллированная вода. Более предпочтительно вода, такая как дистиллированная вода, образует с поверхностью частицы контактный угол менее 90°.

Дисперсный материал, например, может быть выбран из группы, состоящей из песка, спекшегося боксита, керамики, стекла и любой их комбинации в любой пропорции. Такие дисперсные материалы смачиваются водой, будучи испытаны водой, такой как дистиллированная вода. Однако рассматривают также, что могут быть использованы другие дисперсные материалы, которые имеют смешанную смачиваемость. Дисперсный материал со смешанной смачиваемостью обладает обоими свойствами смачивания водой и смачивания нефтью. Дисперсный материал, например, может присутствовать в рабочей жидкости в количестве в интервале от примерно 0,1 до примерно 24 фунтов дисперсного материала на галлон рабочей жидкости. Размер частицы, например, может находиться в интервале от 2 меш до 200 меш.

Активное вещество способно образовывать по меньшей мере частичное покрытие на дисперсном материале при смешении с дисперсным материалом, таким образом «смачивая» поверхность дисперсного материала. Дополнительно к смачиванию поверхности дисперсного материала активное вещество достаточно прилипает к поверхности дисперсного материала таким образом, что его нелегко отмыть пропусканием жидкостей подобно обратному течению из растреснутой скважины. Предпочтительно активное вещество обладает свойством создания смоченной нефтью поверхности. Более конкретно, вода, такая как дистиллированная вода, может образовывать со слоем активного вещества контактный угол более 90°.

Активное вещество может быть выбрано из группы, состоящей из: фторуглерода; катионного поверхностно-активного вещества и любой их комбинации в любой пропорции. Предпочтительно фторуглерод представляет собой политетрафторэтилен (широко известный как Тефлон^®).

Некоторые примеры катионных поверхностно-активных веществ, которые могут служить в качестве активного вещества, включают в себя катионные поверхностно-активные вещества, предложенные в патентах США № 6660692 и № 5229017, оба в целом приведенные здесь в качестве ссылок. Другие катионые поверхностно-активные вещества включают в себя органические полиэтилены, бутоксилированный гликоль, этоксилированно-бутоксилированные гликоли, алкиламинокарбоновые кислоты и карбоксилаты. Без ограничений теоретическими соображениями, полагают, что катионное поверхностно-активное вещество адсорбируется на поверхности дисперсного материала, повышая гидрофобность дисперсного материала. В зависимости от конкретного катионного поверхностно-активного вещества, использованного на смачиваемом нефтью дисперсном материале, катионное поверхностно-активное вещество может в конце концов быть смыто с поверхности дисперсного материала достаточно большим объемом водной жидкости. Может быть желательным обеспечить поверхностно-активное вещество, способное оставаться на поверхности дисперсного материала достаточно долго для достижения желаемых результатов. Таким образом, преимущества активного вещества могут быть реализованы в течение длительного периода времени. Предпочтительные катионные поверхностно-активные вещества относительно прочно связаны с поверхностью, предупреждая реабсорбцию водной рабочей жидкости на поверхности дисперсного материала во время очистки жидкости для гидроразрыва, осуществления дренажа и процессов добычи углеводорода и т.д.

Активное вещество может также состоять из соединения, повышающего клейкость, как предложено Halliburton в патентах США №№ 5775415, зарегистрирован 7 июля 1994; 5787986, зарегистрирован 3 октября 1996; 5833000, зарегистрирован 8 февраля 1997; 5839510, зарегистрирован 14 января 1997; 5871049, зарегистрирован 21 мая 1998; 5853048, зарегистрирован 21 апреля 1988; и 6047772, зарегистрирован 9 ноября 1998, содержание которых в целом приведено здесь в качестве ссылок. Примерами указанных соединений, повышающих клейкость, являются продукт реакции конденсации димерной кислоты, содержащей некоторые тримеры и высшие олигомеры, и некоторых мономерных кислот с полиамином. Соединение, повышающее клейкость, может также представлять собой по меньшей мере один компонент, выбранный из группы, состоящей из этилендиамина, диэтилентриамина, триэтилентетраамина, тетраэтиленпентаамина, аминоэтилпиперазина и любых их комбинаций в любой пропорции. Кроме того соединение, повышающее клейкость, может состоять из жидкости или раствора полиамида. Без ограничения теоретическими соображениями полагают, что соединение, повышающее клейкость, химически связывается с материалом дисперсного материала, по меньшей мере частично покрывая материал дисперсного материала. Таким образом, покрытие, образованное на дисперсном материале соединения, повышающего клейкость, не легко удалить с дисперсного материала на протяжении некоторого времени и оно особенно применимо для долговременного покрытия дисперсного материала.

Предпочтительно активное вещество при смешении с дисперсным материалом находится в текучем состоянии, особенно в жидком состоянии. Активное вещество может содержать разбавитель, чтобы помочь разжижению активного вещества при смешении с дисперсным материалом. Разбавитель может состоять из по меньшей мере одного компонента, выбранного из группы бутилового спирта, изопропилового спирта, ксилола, толуола, тяжелого ароматического лигроина, простого монобутилового эфира этиленгликоля, пропилена, карбоната, н-метилпирролидона и любой их комбинации в любой пропорции.

Полагают, что для стойкой адгезии не является критическим, чтобы активное вещество представляло собой соединение, повышающее клейкость. Таким образом, в одном из вариантов осуществления по меньшей мере частично покрытый дисперсный материал не повышает непрерывно критическую скорость ресуспендирования по меньшей мере частично покрытого дисперсного материала при избытке примерно 30%, которую испытывают при уровне активного вещества 0,5 мас.% по сравнению с одним дисперсным материалом с водой.

Активное вещество может быть твердым в обычных поверхностных условиях и при начальном одновременном смешении с дисперсным материалом, и после нагревания при поступлении в ствол скважины для введения в подземную формацию, становясь расплавленной жидкостью, которая по меньшей мере частично покрывает дисперсный материал.

Активное вещество вводят в ствол скважины в эффективном количестве для получения по меньшей мере частично покрытого дисперсного материала. Например, количество активного вещества составляет от примерно 0,05 до примерно 3,0 мас.% от (массы) дисперсного материала. Предпочтительно количество активного вещества составляет от примерно 0,1 до примерно 2 мас.% от (массы) дисперсного материала.

В изобретении предложено смешение активного вещества с дисперсным материалом для получения по меньшей мере частично покрытого дисперсного материала. Дисперсный материал может быть смешан с активным веществом либо в месте, удаленном от устья скважины, либо у устья ствола скважины. Дисперсный материал может быть по меньшей мере частично покрыт активным веществом различными способами. Для смешения активного вещества с дисперсным материалом может также быть использован способ сухого покрытия прибавлением жидкого вещества к сухому порошку в засыпной воронке, снабженной ниже песочным шнеком. Шнек действует как смесительный механизм по способу «растирания». Будучи поданным к выходу, шнек двигает твердое вещество таким образом, что жидкость покрывает сухой дисперсный материал. Указанный процесс в достаточной степени заканчивается, когда покрытый дисперсный материал выходит из трубки кожуха шнека. Покрытый дисперсный материал затем падает в «смесительную ванну», которая содержит вязкую жидкость, используемую в процессе растрескивания. Активное вещество можно вводить в смеситель, насос-дозатор или в любой трубопровод, в котором активное вещество будет контактировать с дисперсным материалом, чтобы по меньшей мере частично покрыть его до введения дисперсного материала в подземную формацию. Хотя изобретение, в частности, имеет преимущество, если дисперсный материал предварительно покрывают активным веществом, специалисту в данной области техники следует понимать, что активное вещество также может быть введено в подземную формацию одновременно с материалом дисперсного материала для получения по меньшей мере частично покрытого дисперсного материала. Активное вещество может быть объединено со всем количеством дисперсного материала, введенного в ствол скважины, или оно может быть введено только с одной порцией, а именно на конечной стадии обработки. Например, по меньшей мере частично покрытый дисперсный материал может быть прибавлен только в последних от 20 до 30 процентах рабочей жидкости, введенной в формацию. В указанном случае в конце обработки образуется однородная смесь. Более того, активное вещество может быть введено в формацию после нагнетания дисперсного материала в формацию. Последующее нагнетание активного вещества после нагнетания дисперсного материала, в частности, предпочтительно в случае гравийной набивки.

Дисперсный материал может быть внесен в формацию посредством жидкости-носителя. Жидкость-носитель, которая не взаимодействует нежелательным образом с активным веществом, может быть любого удобного происхождения. Предпочтительно жидкость-носитель может состоять из свежей воды, ненасыщенной минерализованной воды, насыщенной минерализованной воды, морской воды, природного соляного раствора, искусственного соляного раствора, от 0,5 до 7%-ного раствора KCl и любой комбинации из перечисленного выше в любой пропорции. Однако другими типичными растворимыми солями являются хлориды, бромиды, ацетаты и формиаты калия, натрия, кальция, магния и цинка. Предпочтительно смешение по меньшей мере частично покрытого дисперсного материала и жидкости-носителя для получения рабочей жидкости состоит из подмешивания по меньшей мере частично покрытого дисперсного материала к жидкости-носителю.

Покрытый дисперсный материал смешивают с жидкостью-носителем для получения рабочей жидкости, которую вводят в подземную формацию через ствол скважины. Таким образом дисперсный материал, который покрыт активным веществом, не вызывает прилипания водной рабочей жидкости к покрытому дисперсному материалу; скорее рабочая жидкость свободно проходит через покрытый дисперсный материал. Таким образом, изобретение предоставляет способ повышения проникающей способности рабочей жидкости через формацию путем по меньшей мере частичного покрытия дисперсного материала активным веществом, которое препятствует адгезии рабочей жидкости на дисперсном материале.

Рабочая жидкость, которая смешана с по меньшей мере частично покрытым дисперсным материалом, может также содержать полимерный материал. В частности, при использовании для растрескивания полимерный материал в рабочей жидкости может служить в качестве гелеобразующего агента и увеличивать вязкость жидкости для создания/расширения трещин и загущения водного раствора таким образом, чтобы сделать его способным суспендировать дисперсный материал или расклинивающий агент для нагнетания в трещину. Полимер может быть выбран из группы, состоящей из гидроксипропилгуара, карбоксиметилгидроксипропилгуара, карбоксиметилгуара, гидроксиэтилцеллюлозы, привитой гидроксиэтилцеллюлозы, карбоксиметилцеллюлозы, карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлозы, полиакриламидов, галактоманнановых смол, гликоманнановых смол и любых их комбинаций в любых пропорциях. Количество полимерного материала в жидкости для гидроразрыва должно быть достаточным для получения желаемых характеристик в любой данной формации. Например, полимерный материал должен быть в достаточном количестве, чтобы удерживать дисперсный материал или расклинивающий агент в суспензии во время его помещения в трещины формации. Предпочтительно полимер присутствует в рабочей жидкости в количестве в интервале от примерно 0,2 мас.% до примерно 5 мас.% от массы жидкости-носителя.

Полимер(ы), который(е) может(гут) быть использованы в рабочей жидкости, могут быть либо сшитыми, либо несшитыми. Агент сшивания предпочтительно выбирают из группы, состоящей из соединений бора, соединений, которые подают ионы циркония IV, соединений, которые подают ионы титана IV, соединений алюминия и соединений, которые подают ионы аммония. Предпочтительно агент сшивания присутствует в указанной рабочей жидкости в количестве в интервале от примерно 50 ч/млн до примерно 5000 ч/млн.

Рабочая жидкость, которая смешана с частично покрытым дисперсным материалом, может также содержать дезинтегратор или расщепитель для быстрого возвращения жидкости в состояние легкоподвижной жидкости. Примеры подходящих дезинтеграторов или расщепителей включают в себя, но не ограничивают, замедленные дезинтегратор или расщепитель, способные снижать рН рабочей жидкости, чтобы вызвать процесс, обратный сшивке. Примеры замедленного дезинтегратора или расщепителя, которые могут быть использованы, включают в себя, но не ограничивают, различные лактоны, сложные эфиры, соединения, генерирующие инкапсулированные кислоты и медленно растворимые кислоты, окислители, которые дают кислоты после взаимодействия с водой, реагирующие с водой металлы, такие как алюминий, литий и магний. В качестве альтернативы может быть использован любой обычно применяемый дезинтегратор, используемый с ионом металла в качестве агента сшивки, такой как, например, хлорит натрия, бромат натрия, персульфат натрия, персульфат аммония, инкапсулированный персульфат натрия, персульфат калия или персульфат аммония и подобные, так же как пероксид магния. В качестве ферментативного дезинтегратора предпочтительно могут быть использованы альфа- и бета-амилазы, аминоглюкозидаза, инвертаза, мальтаза, целлюлаза и гемицеллюлаза. Дезинтегратор или расщепитель вводят в рабочую жидкость или жидкость для гидроразрыва в количестве в интервале от примерно 0 мас.% до примерно 2 мас.% от массы воды.

Дополнительные вещества в рабочей жидкости, которые смешаны с по меньшей мере частично покрытым дисперсным материалом, могут включать в себя, но не ограничивая, соединения, регулирующие рН, для повышения рН жидкости, буферные растворы, поверхностно-активные вещества для предупреждения образования эмульсий между рабочей жидкостью и жидкостями подземной формации, реагент, предотвращающий набухание глин, агент, регулирующий потерю жидкости, диспергаторы, ингибиторы коррозии, ингибитор образования пленок, бактерициды, активаторы растрескивания и т.д. Рабочая жидкость может также включать в себя определенные поверхностно-активные вещества для улучшения или облегчения смачивания дисперсного материала активным веществом. Понятно, что ни одно из дополнительных веществ не должно оказывать нежелательное действие на способность активного вещества в отношении его применения для покрытия дисперсного материала.

Рабочая жидкость, которая смешана с покрытым дисперсным материалом, может также содержать материалы для замедления движения введенного в жидкость дисперсного материала в созданную трещину. Например, материалы в форме волокон, хлопьев, полосок, бусин, стружек, пластинок и подобных, состоящих из стекла, керамики, углеродных композиционных материалов, природных или синтетических полимеров или металлов, ореховой шелухи и подобного могут быть смешаны с рабочей жидкостью, введенной в подземную формацию, для задержки или предупреждения движения введенного расклинивающего агента. Более подробное описание вышеуказанных материалов предложено, например, в патентах США №№ 5330005, 5439055 и 5501275, полное содержание которых включено сюда посредством ссылки.

В одном из аспектов данного изобретения рабочую жидкость вводят в подземную формацию через ствол скважины под достаточным давлением для создания трещины в подземной формации. В указанном аспекте изобретения по меньшей мере часть жидкого носителя рабочей жидкости может вытекать обратно. Предпочтительно обратно вытекает по меньшей мере 20% жидкого носителя рабочей жидкости. Более предпочтительно обратно вытекает по меньшей мере 75% жидкого носителя рабочей жидкости. Затем из формации может быть добыт углеводород. Таким образом, изобретение может быть приложено к жидкости для гидроразрыва, которая включает в себя жидкость на основе воды, жидкость на основе кислоты и жидкость на основе углеводорода.

В другом аспекте изобретения в ствол скважины вводят дисперсный материал для образования гравийной набивки. Таким образом, изобретение также включает в себя применение жидкостей гравийной набивки, содержащих водную жидкость, водную пену, углеводородную жидкость или эмульсию и способы уплотнения песка. Изобретение также может быть использовано для обработки пеной. Рабочая жидкость может включать в себя любые широко известные вспенивающие агенты, которые не взаимодействуют вредным образом с рабочей жидкостью, такие как газообразные соединения, подобные азоту, воздуху, диоксиду углерода, или другие газообразные соединения, которые при смешении с жидкостью образуют пену для введения в подземную формацию.

Изобретение также обеспечивает способ обработки подземной формации, пронизанной стволом скважины, способ, предусматривающий стадии: 1) смешение дисперсного материала и активного вещества для получения по меньшей мере частично покрытого дисперсного материала; 2) смешение по меньшей мере частично покрытого дисперсного материала и жидкости-носителя для получения рабочей жидкости, в которой активное вещество способно сопротивляться адгезии жидкости-носителя на дисперсном материале; и 3) введение рабочей жидкости в подземную формацию через ствол скважины для отложения по меньшей мере частично покрытого дисперсного материала в подземной формации.

Дополнительно изобретение обеспечивает способ обработки подземной формации, пронизанной стволом скважины, способ, предусматривающий стадию смешения дисперсного материала и активного вещества для получения по меньшей мере частично покрытого дисперсного материала, в котором: вода образует с поверхностью дисперсного материала контактный угол менее 90°, активное вещество способно образовывать покрытие на дисперсном материале, активное вещество образует с дисперсным материалом контактный угол менее 90° и вода образует со слоем активного вещества контактный угол более 90°. Способ дополнительно включает в себя стадии смешения по меньшей мере частично покрытого дисперсного материала и жидкости-носителя с образованием рабочей жидкости и введения рабочей жидкости в подземную формацию через ствол скважины для отложения по меньшей мере частично покрытого дисперсного материала в подземной формации.

Указанные способы могут также включать в себя обратное течение по меньшей мере части жидкости-носителя после стадии введения рабочей жидкости в подземную формацию. Предпочтительно обратно вытекает по меньшей мере 20% жидкости-носителя. Более предпочтительно обратно вытекает больший процент жидкости-носителя; например, обратно вытекает по меньшей мере 75% жидкости-носителя. Кроме того, за стадией добычи углеводорода из ствола скважины может следовать обратное течение по меньшей мере части жидкости-носителя.

Вследствие пористости в матрице величина блока расклинивающего агента прямо пропорциональна проникающей способности блока; специалистам в данной области техники должно быть понятно, что способы данного изобретения могут включать в себя стадию увеличения пористости блока расклинивающего агента при малой нагрузке на окружающую среду в попытках увеличения проникающей способности.

Специалистам в данной области техники понятно, что иногда желательна рабочая жидкость на основе нефти или многофазная рабочая жидкость или жидкость для гидроразрыва. В указанных приложениях в рамки изобретения входит по меньшей мере частично покрытый дисперсный материал с агентом смачивания водой. Таким образом, рабочая жидкость на основе нефти легко вытекает обратно из формации без препятствия от смачивающихся водой расклинивающих агентов.

После тщательного рассмотрения специфических и конкретных вариантов осуществления описанного здесь изобретения специалист в данной области техники может оценить, что могут быть сделаны определенные модификации, замены и другие изменения без существенного отхода от принципов изобретения. Подробное описание является иллюстративным, дух и рамки изобретения ограничены только приложенной формулой изобретения.

Изобретение относится к способам обработки подземных формаций для повышения добычи углеводорода из скважины. Технический результат - улучшение извлечения жидкости для гидроразрыва из формации и блока расклинивающего агента. Способ обработки подземной формации, пронизанной стволом скважины, включает стадии: смешение дисперсного материала и жидкости-носителя для получения рабочей жидкости; введение рабочей жидкости в подземную формацию через ствол скважины для отложения дисперсного материала в подземной формации; смешение дисперсного материала и активного вещества для получения по меньшей мере частично покрытого дисперсного материала, где активное вещество содержит фторуглерод. 2 н. и 11 з.п. ф-лы.

1. Способ обработки подземной формации, пронизанной стволом скважины, включающий в себя стадии:
a) смешение дисперсного материала и жидкости-носителя для получения рабочей жидкости;
b) введение рабочей жидкости в подземную формацию через ствол скважины для отложения дисперсного материала в подземной формации; и
c) смешение дисперсного материала и активного вещества для получения по меньшей мере частично покрытого дисперсного материала, где активное вещество вводят в формацию после введения в нее дисперсного материала для получения по меньшей мере частично покрытого дисперсного материала;
причем при смешивании с дисперсным материалом активное вещество находится в жидком состоянии, и где активное вещество содержит фторуглерод.

2. Способ по п.1, дополнительно включающий стадию обратного вытекания по меньшей мере части жидкости-носителя из ствола скважины.

3. Способ по п.1, в котором:
i) вода образует с поверхностью дисперсного материала контактный угол менее 90°,
ii) активное вещество способно образовывать покрытие на дисперсном материале,
iii) активное вещество образует с дисперсным материалом контактный угол менее 90°, и
iv) вода образует со слоем активного вещества контактный угол более 90°.

4. Способ обработки подземной формации, пронизанной стволом скважины, включающий в себя стадии:
a) смешение дисперсного материала и жидкости-носителя для получения рабочей жидкости;
b) введение рабочей жидкости в подземную формацию через ствол скважины для отложения дисперсного материала в подземной формации; и
c) смешение дисперсного материала и активного вещества для получения по меньшей мере частично покрытого дисперсного материала,
где активное вещество является твердым в обычных поверхностных условиях и при начальном одновременном смешении с дисперсным материалом;
где активное вещество после поступления в ствол скважины для введения в подземную формацию становится расплавленной жидкостью, которая по меньшей мере частично покрывает дисперсный материал, и где активное вещество содержит фторуглерод.

5. Способ по п.4, дополнительно содержащий стадию обратного вытекания по меньшей мере части жидкости-носителя из ствола скважины.

6. Способ по п.4, в котором:
i) вода образует с поверхностью дисперсного материала контактный угол менее 90°,
ii) активное вещество способно образовывать покрытие на дисперсном материале,
iii) активное вещество образует с дисперсным материалом контактный угол менее 90°, и
iv) вода образует со слоем активного вещества контактный угол более 90°.

7. Способ по пп.1, 3, 4 или 6, в котором активное вещество не увеличивает непрерывную критическую скорость ресуспендирования по меньшей мере частично покрытого дисперсного материала более чем на примерно 30%, будучи испытанным при уровне 0,5 мас.% активного вещества на один дисперсный материал с водой.

8. Способ по п.2 или 5, в котором стадия обратного вытекания по меньшей мере части жидкости-носителя представляет собой обратное вытекание по меньшей мере 75% жидкости-носителя.

9. Способ по п.2 или 5, дополнительно предусматривающий стадию добычи углеводорода из ствола скважины после обратного вытекания по меньшей мере части жидкости-носителя.

10. Способ по п.3 или 6, в котором дисперсный материал выбран из группы, состоящей из песка, спекшегося боксита, керамики, стекла и их комбинации в любой пропорции.

11. Способ по п.3 или 6, в котором активное вещество содержит тетрафторэтилен.

12. Способ по п.3 или 6, в котором количество активного вещества составляет от примерно 0,05 мас.% до примерно 3,0 мас.% от массы дисперсного материала.

13. Способ по п.4 или 6, в котором активное вещество дополнительно содержит разбавитель для того, чтобы помочь разжижению активного вещества при смешении с дисперсным материалом.