Эта заявка представляет собой частично продолжающуюся заявку в отношении заявки на патент США №12/789,094 одновременно находящуюся на рассмотрении, зарегистрированную 27 мая 2010, заявки, которая представляет собой выделенную заявку на патент США №11/501,575, зарегистрированную 09 августа 2006, опубликованную как патент США №7,726,397, заявки, которая претендует на все преимущества предварительной заявки на патент США №60/706,791, зарегистрированной 09 августа 2005, Полные раскрытия всех заявок включены в настоящий документ путем отсылки.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к способам и композициям для определения геометрии трещин в подземных образованиях.
Уровень техники
Выход углеводородов, таких как газ и нефть, из подземных пластов быть увеличен путем разрыва пласта для стимуляции движение углеводородов в пласте. В настоящее время применяют различные методики для разрыва пласта, такие как, например, гидравлический разрыв пласта, при котором жидкости, газы и/или комбинации и того и другого закачивают в пласт под большим давлением (обычно вместе с расклинивающими агентами-проппантами).
Гидравлический разрыв пласта в этой отрасли производства часто применяют для улучшения добычи нефти и природного газа из подземных пластов. При произведении гидравлического разрыва пласта, жидкость, которую обычно называют «подушка», закачивают в скважину под давлением, достаточном для разрушения окружающего скважину пласта. После того, как будет создана трещина, начинают накачивать подушку совместно с буровым раствором, который включает как жидкость, так и проппант, до тех пор, пока достаточный объем проппанта не будет занесен буровым раствором в трещину. Через подходящее время, накачивание останавливают, при этом проппант будет удерживать трещину в пласте открытой, таким образом предупреждая ее закрытие. В результате захваченным углеводородам обеспечивают легко проходимый, по сравнению с тем, который был доступен ранее, путь к стволу скважины, увеличивая тем самым производительность скважины. Помимо того, что он создает глубоко проникающие трещины, процесс гидроразрыва полезен для преодоления повреждений ствола скважины, с целью проведения вторичных операций, и для помощи в закачке или в удалении пластовой воды или производственных отходов разрабатываемого пласта.
В процессе формирования гидроразрыва, трещины распространяются по всему пласту. Распространение этих трещин в вертикальном направлении полезно для определения степени охвата трещинами, которая имеет отношение к продуктивному интервалу. Измерение высоты трещины помогает нефтедобывающей компании, разрабатывающей скважину, определять успешность проведения операции по гидроразрыву пласта и, если необходимо, оптимизировать обработку в будущем для других скважин в этой области. Кроме того, высота трещины в пласте может помочь при диагностике проблем интенсификации, таких как низкие темпы добычи или неблагоприятная обводненность скважинной продукции. Данные по высоте трещины могут указывать, установилась ли взаимосвязь между нефтеносным пластом и прилегающими водными или продуцирующими неуглеводородные компоненты зонами пласта. Измерения высоты также обеспечивает проверку точности моделирующих программ гидроразрыва, применяемую перед работой для предсказания геометрии трещин. Если обнаруживают избыточный рост трещин в высоту, то это будет означать, что длина трещины короче, чем проектная величина.
Как было сказано выше, одна из причин, по которой необходимо контролировать вертикальное распространение трещины, заключается в том, что трещина может выйти наружу, за определенную углеводород-продуктивную зону, в прилегающую обводненную зону. Если это случится, вода потечет в углеводород-продуктивную зону и в ствол скважины, что приведет к образованию скважины, которая дает, главным образом, воду вместо желаемого углеводорода. В том случае, если все-таки требуется продолжить добывать углеводороды из этой скважины, нефтедобывающие компании должны решить серьезную проблему безопасного удаления нежелательной воды. Решение проблем, появляющихся из-за вышедшей наружу части зоны гидроразрыва, также увеличивает расходы на проведение работ. Кроме того, если трещина распространяется в прилегающий пласт, продуцирующий неуглеводородные компоненты, то материалы, применяемые для поддержания трещины, после снижения давления жидкости, могут быть потеряны в областях, находящихся вне области нефтеносного пласта. Кратко говоря, дорого спасать скважину, в которой гидроразрыв произошел вне зоны продукции углеводородов.
Из-за серьезных проблем, которые могут произойти в результате выхода наружу зоны гидроразрыва, желательно установить, как формируется трещина пласта. Существует несколько методик и устройств, применяемых для мониторинга и оценки развития трещин пласта, таких как радиоактивные индикаторы в жидкости гидроразрыва, термометрия, акустические телевизоры для исследования скважины, пассивные акустические системы и гамма-каротаж. Большинство методик обеспечивают некоторые прямые оценки высоты зоны гидроразрыва в стволе скважины.
В одном из способов определения развития трещин пласта в высоту применяют радиоактивный индикатор. В этом способе, жидкость для гидроразрыва пласта, содержащую радиоактивный индикатор, закачивают в пласт для создания и расширения трещин. Если применяют радиоактивную жидкость и радиоактивный проппант, то на диаграммах гамма-каротажа, полученных после проведения гидроразрыва, будут видны более высокие уровни активности напротив тех мест, где отложился радиоактивный индикатор, давая, таким образом, возможность нефтедобывающим компаниям оценить развитие трещин.
В другом подходе для определения высоты трещин применяют температурный каротаж и гамма-каротаж. Температурные каротажи, проведенные до и после интенсификации, сравнивают для установления интервала, охлажденной в результате закачки жидкости для гидроразрыва пласта и, таким образом, получают оценку зоны разрыва пластов. Однако у этой методики существуют ограничения, и она неоднозначна. Например, интерпретация температурного каротажа может вызывать затруднения из-за низкой разницы в температурах, обратного потока из пласта до и после обработки, или из-за движения жидкости позади обсадной трубы. Кроме того, применение радиоактивных индикаторов приводит к возникновению таких проблем с окружающей средой, как загрязнение подземных вод, и тому подобное, а следовательно, нежелательных проблем.
Другие способы оценки геометрии трещин включают применение телевизионной камеры для исследования скважины или применение акустических способов. Применение телевизионной камеры для исследования скважины ограничено тем, что она может быть применена только для оценки высоты трещины в скважине с необсаженным стволом. Кроме того, применение телевизионной камеры для исследования скважины ограничено из-за экстремальной температуры и давления в более глубоких частях скважины. Акустическим способам мешают неоднородное сопротивление пласта и/или необходимость проводить закачивание в то время, когда зонд находится в стволе скважины.
В дополнении к проблемам, сопутствующим каждому из типов мониторинга, существуют внутренние проблемы в технологии гидроразрыва пласта. В процессе гидроразрыва, жидкость для гидроразрыва пласта обычно нагнетают в пласт под высоким давлением, прилагая усилия для образования трещин, и к жидкости добавляют возрастающие доли песка для удержания полученных трещин в открытом состоянии. Одна из проблем существующей технологии заключается в том, что способы для определения того, был ли пласт подвергнут гидроразрыву вне продуктивного пласта, основаны на измерениях, осуществляемых после обработки, т.е. после того, как произошел гидроразрыв. В таких системах, проводят гидравлический разрыв пласта, обработку останавливают, скважину тестируют и данные анализируют. Кроме того, с существующими системами определения, ожидание данных после проведения гидроразрыва может занять значительное количество времени, вплоть до нескольких дней, что задерживает операции заканчивания скважины, приводит к увеличению затрат на содержание персонала и к увеличению эксплуатационных расходов.
Другая проблема, связанная с существующим «исследованием скважин», проводимым после процесса, или с измерительными устройствами, заключается в затратах, связанных с интерпретацией работы гидроразрыва, которые делают измерение трещин или не выполнимым на практике, или физически не осуществимым. Поскольку жидкость для гидроразрыва пласта нагнетают в пласт в процессе гидроразрыва под большим давлением, временное прекращение накачивания в ходе проведения гидроразрыва приведет к тому, что стенки трещин пласта будут оказывать давление на жидкость для гидроразрыва пласта. Это может привести к нежелательным результатам, таким как смыканию трещин, что приведет к обратному току жидкости в ствол скважины, или накоплению песка в стволе скважины. Кроме того, после проведения измерений и завершения регистрации каротажных диаграмм, нефтедобывающие компании не могут повторно запустить насосное оборудование, работающее ранее в месте проведения процесса гидроразрыва. Напротив, нефтедобывающие компании должны будут повторить работу по гидроразрыву полностью, с дополнительными затратами и с непредсказуемыми результатами.
Система мониторинга может решить вышеописанные проблемы и позволит нефтедобывающим компаниям, разрабатывающим скважины, следить за процессом гидроразрыва, контролировать размер гидроразрыва и эффективность введения более высоких количеств проппантов в требуемый участок пласта. Кроме того, если существует информация, что разрыв закрыт для распространения вне требуемой зоны, то нефтедобывающие компании могут остановить работу по гидроразрыву немедленно. Кроме того, анализ применяемой в настоящее время процедуры обработки позволит нефтедобывающей компании определить, когда необходимо закачивать более высокие количества проппанта, в зависимости от таких факторов, как близость контактов нефть/вода в вертикальном и латеральном направлении по отношению к стволу скважины, присутствие или отсутствие обводненных пластов и горизонтальные изменения в физических свойствах материалов нефтеносного пласта.
Следовательно, необходимо следить за геометрией трещин с помощью экономичных, предсказуемых и не оказывающих отрицательного воздействия на окружающую среду способов и композиций.
Раскрытие изобретения
В настоящем изобретении раскрыто одно из воплощений способа, включающего размещение в трещине пласта проппанта и/или жидкости для обработки, которые включают воспринимающий облучение материал; и в ходе единственного спуско-подъема каротажного зонда облучение воспринимающего облучение материала нейтронами; измерение гамма-излучения, испускаемого воспринимающим облучение материалом; вычитание фонового излучения из пика лучевой энергии, исходящей от воспринимающего облучение материала; и определение высоты трещины пласта по измеренному гамма-излучению.
В настоящем изобретении раскрыто одно из воплощений проппанта, включающего подложку, покрытие, размещенное на подложке, причем подложка и/или покрытие включают воспринимающий облучение материал.
В настоящем изобретении раскрыто одно из воплощений проппанта, включающего композитную подложку, содержащую органический или неорганический материал, диспергированный в нем наполнитель, и воспринимающий облучение материал.
В настоящем изобретении раскрыто одно из воплощений способа обработки подземного пласта, включающее размещение в трещине пласта проппанта, жидкости для гидроразрыва пласта или и того, и другого, которые включают воспринимающий облучение материал, установку в определенном положении зонда для каротажа, так чтобы он находился поблизости по меньшей мере от одной части трещины пласта после размещения воспринимающего облучение материала в трещине пласта, измерение гамма-излучения, испускаемого по меньшей мере одной частью трещины пласта с помощью первого детектора, размещение нейтронного излучателя, так чтобы он находился поблизости по меньшей мере от одной части, облучение по меньшей мере одной части трещины пласта, размещение второго детектора, так чтобы он находился поблизости по меньшей мере от одной части трещины пласта, измерение гамма-излучения, испускаемого любым облученным воспринимающим облучение материалом по меньшей мере первой части трещины пласта и вычитание гамма-излучения, испускаемого по меньшей мере одной частью трещины пласта из гамма-излучения, испускаемого облученным воспринимающим облучение материалом по меньшей мере одной части трещины пласта. До облучения воспринимающий облучение материал представляет собой нерадиоактивный материал. Вышеперечисленные стадии выполняют за единственный спуско-подъем каротажного зонда. Зонд для каротажа включает первый детектор, нейтронный излучатель и второй детектор в гидроразрыве пласта.
В настоящем изобретении раскрыто одно из воплощений проппанта, включающего подложку и покрытие, расположенное на подложке, причем по меньшей мере либо подложка, либо покрытие, или и то и другое, включает один или несколько воспринимающих облучение материалов, которые выбраны из группы, состоящей из галогенсодержащего материала, материала из группы лантаноидов и их комбинаций, и в котором один или несколько воспринимающих облучение материалов включает частицы размером или толщиной, менее чем примерно 20 микрометров (мкм или микрон), и представляет собой нерадиоактивный материал, до тех пор, пока он не будет бомбардирован нейтронами.
В настоящем изобретении раскрыто одно из воплощений проппанта, включающего подложку и покрытие, расположенное на подложке, причем по меньшей мере или подложка, или покрытие, или и то и другое, включает один или несколько воспринимающих облучение материалов, которые выбраны из группы, состоящей из ванадия, индия, галогенсодержащего материала, материала из группы лантаноидов и их комбинаций, и в котором один или несколько воспринимающих облучение материалов включает частицы, размером или толщиной менее чем примерно 20 микрометров (мкм, или микрон), и представляет собой нерадиоактивный материал, до тех пор, пока он не будет бомбардирован нейтронами.
Описание чертежей
На фиг.1 изображено одно из типичных воплощений проппанта, включающего твердое ядро, на которое помещено органическое покрытие, включающее воспринимающий облучение материал;
На фиг.2 изображено другое типичное воплощение проппанта, включающего ядро, выполненное из твердых частиц, на которые помещено органическое покрытие, включающее воспринимающий облучение материал; и
На фиг.3 изображено еще одно типичное воплощение проппанта, который включает органический материал, в котором диспергирован наполнитель и воспринимающий облучение материал.
Осуществление изобретения
Следует отметить, что термины «первый», «второй» и тому подобные, используемые в изобретении, не указывают на какой-либо порядок или важность, скорее их применяют для того, чтобы отличать один элемента от другого, и термин «один» не означает ограничение в количестве, а скорее указывает на присутствие по меньшей мере одного из упоминаемых предметов. Кроме того, все диапазоны, раскрытые в настоящей заявке, приведены с включением крайних величин и независимо комбинируемы.
Раскрытый в изобретении способ представляет собой способ определения геометрии трещин, в котором применяют не оказывающие отрицательного воздействия на окружающую среду материалы. Эти не оказывающие отрицательного воздействия на окружающую среду материалы представляют собой нерадиоактивные материалы до тех пор, пока они не будет бомбардированы нейтронами, и тогда они будут обозначены как воспринимающие облучение материалы. В одном из воплощений, способ включает определение геометрия трещин пласта с помощью элементов-мишеней, которые включают воспринимающие облучение материалы. Воспринимающие облучение материалы имеют короткий период полураспада, что преимущественно позволяет применять их в пласте, и в то же время минимизировать любое неблагоприятное воздействие на окружающую среду, возникающее как из-за манипуляций, так и из-за обратного вытекания проппанта из скважины, после того как скважина будет возвращена в эксплуатацию.
Как указано выше, воспринимающие облучение материалы, как они определены в изобретении, это такие материалы, которые становятся радиоактивными после бомбардировки нейтронами. Воспринимающие облучение материалы преимущественно могут быть размещены в жидкости для обработки, такой как жидкость для гидроразрыва пласта, или могут формировать часть проппанта или весь проппант, помещенный в жидкость для обработки. Проппант может включать воспринимающие облучение материалы, находящиеся в покрытии, помещенном на проппанте, и/или представляющие собой как часть ядра, или все ядро полностью, т.е. подложку самого проппанта.
Жидкость для обработки и/или проппант, которые включают воспринимающий облучение материал, могут быть применены в различных способах обработки ствола скважины. Жидкость для обработки и/или проппанты, которые включают воспринимающие облучение материалы, могут быть закачаны в ствол скважины в ходе технологического процесса, такого как закачка в трещину в ходе обработки для гидравлического разрыва пласта или после проведения гидроразрыва.
После закачки в ствол скважины, воспринимающие облучение материалы облучают нейтронами из источника нейтронов. Гамма-излучение или нейтроны, испускаемые воспринимающими облучение материалами, регистрируют с помощью каротажного зонда. Поскольку воспринимающие облучение материалы имеют малый период полураспада, эти материалы становятся радиоактивными только на короткий период времени. Локализацию гамма-излучения применяют для определения местоположения воспринимающих облучение материалов в трещине, а также применяют для определения геометрии трещин. В одном из воплощений, локализацию воспринимающих облучение материалов преимущественно применяют для определения высоты трещин.
Преимущество настоящего способа заключается в том, что фоновое излучение, приобретаемое при активации воспринимающими облучение материалами, может быть измерено за один проход, и его можно вычесть из пика энергии излучения. Во всех прочих коммерчески доступных способах обычно применяют два или более спуско-подъемов каротажных зондов для определения геометрии трещин пласта после гидроразрыва.
В полученное фоновое излучение обычно вносят вклад множество различных источников. Во-первых, как правило, свой вклад могут вносить природные радиоактивные элементы, такие как уран, калий и/или торий. В течение продолжительного периода времени мелкозернистые пласты могут захватывать минералы и жидкости, содержащие эти природные радиоактивные элементы. Если воспринимающие облучение материалы в пласте активируют нейронами, то эти природные радиоактивные материалы также будут испускать излучение, которое будет регистрироваться как фоновое излучение.
Во-вторых, вклад в фоновое излучение получают от радиоактивных материалов, которые ранее были помещены в пласт с целью определения высоты трещин. Этот второй вклад, следовательно, получают от радиоактивных индикаторов, которые поместили в пласт при предыдущих попытках, которые предпринимали для определения геометрии трещин. Третий вклад в фоновое излучение представляет собой излучение, индуцируемое нейтронной радиацией, в настоящее время применяемой для активации воспринимающих облучение материалов. Это излучение происходит, главным образом, от алюминия и кремния, присутствующих в пласте и/или в проппанте. Фоновое излучение от железа/марганца, применяемых в обшивке ствола скважины, также могут быть частью этого третьего вклада.
Желательно, перед расчетом геометрии трещин, удалить все следы фонового излучения из пиковой энергии излучения. В одном из воплощений, измерения пиковой энергии излучения, а также измерения фонового излучения выполняют за один проход передвижения зонда для каротажа, и измеренное фоновое излучение вычитают из измерений пиковой энергии излучения. В способе с единственным проходом, передвижение зонда для каротажа может быть выполнено непрерывным способом или в виде периодических (рассчитанных по времени) остановок, которые позволяют источнику нейтронов облучить определенную область (положение или точку) вдоль ствола скважины. Способ с единственным проходом может быть применен при одностадийной и многостадийной вертикальной технике бурения, а также при горизонтальной технике бурения.
В одном из воплощений, зонд для каротажа может иметь по меньшей мере первое детектирующее устройство и второе детектирующее устройство, размещенные вертикально вдоль зонда нейтронного излучателя. В одном из примеров, первое детектирующее устройство расположено над нейтронным излучателем и второе детектирующее устройство расположено под нейтронным излучателем. Также может быть применена обратная конфигурация расположения детектирующих устройств, в зависимости от потребностей способа каротажа и призабойной зоны пласта. Как первое, так и второе детектирующее устройство может соответственно включать один или несколько отдельных детекторов.
В одном из воплощений режима работы, зонд для каротажа продвигают вдоль ствола скважины за единственный проход. В способе с единственным проходом сначала первое детектирующее устройство выдерживают возле одной или нескольких частей (областей) или положений вдоль ствола скважины для сбора необходимого предварительного облучения или данных о фоновом излучении для первого периода времени. Затем зонд продвигают, и источник помещают в той области, расположенной вдоль ствола скважины и поблизости от него, где первым детектирующим устройством было собрано предварительное облучение или данные о фоновом излучении. Затем эту часть или область пласта облучают источником нейтронов в течение второго периода времени. После обработки пласта, окружающего ствол скважины, с помощью источника нейтронов в течение второго периода времени, зонд продвигают снова, так чтобы второй детектор был размещен по соседству с участком, где первый детектор и источник проводили предварительное облучение или сбор данных о фоновом излучении и процессе облучения. Затем собирают данные для облученного участка в течение третьего периода времени. Третий период времени может быть приблизительно равен или равен времени, в течение которого первый детектор стационарно находился на участке. Этот трехстадийный способ можно повторять до тех пор, пока представляющая интерес область интервала в окружающем пласте не будет исследована. Проведение каротажа можно начинать с верхней или с нижней секции ствола скважины. Альтернативно, проведение каротажа может дополнительно включать каротаж ствола скважины, поскольку зонд опускают в представляющую интерес секцию для проведения процесса снизу вверх.
Трехстадийный способ может быть выполнен методом с периодическим движением или с непрерывным движением. Метод с периодически движением обеспечивает непосредственную остановку зонда во время одной или нескольких стадий трехстадийного способа. Общая средняя скорость каротажа для метода периодического движения равна примерно от 2-х футов в мин (фут/мин) до 4-х фут/мин. В непрерывном методе зонд для каротажа движется с постоянной скоростью, и средняя скорость каротажа для ствола скважины, например, может быть примерно от 2-х футов в мин (фут/мин) до 4-х фут/мин.
В способе с единственным проходом через призабойную зону пласта, первое и второе детектирующие устройства могут собирать данные в течение одного и того же периода времени с разных участков или для разных положений вдоль ствола скважины. Например, первое детектирующее устройство может собирать данные на первом участке, тогда как испускаемые нейтроны будут облучать второй участок уже обработанный первым детектором, и второе детектирующее устройство будет собирать информацию на третьем участке, который уже будет облучен излучателем.
Исходный сбор данных предварительного облучения или данных о фоновом излучении, проведение облучения и сбор данных об облученном материале можно осуществить, применяя такой же период времени, что и для периодического процесса. Этот же период времени для каждой стадии процесса может быть равен от примерно 2-х до примерно 10-ти минут, например, от примерно 2-х примерно до 8-ми минут, например, примерно 3,5 минуты.
Альтернативно, на основании того, какой материал и участок будет облучен, а также от периода полураспада любых воспринимающих облучение материалов, индивидуальные стадии могут быть выполнены за различные временные периоды. Например, воспринимающий облучение материал, имеющий малый период полураспада, может потребовать ускорения последовательности операций на одной или нескольких стадиях. При обработке, в которой одна или несколько из вышеперечисленных стадий имеют различные временные периоды, индивидуальный период времени для исходного предварительного облучения или сбора данных о фоновом излучении может быть равен от примерно 1-ой до примерно 10-ти минут, например, от примерно 2-х до примерно 8-ми минут. Индивидуальный период времени для проведения облучения может быть равен от примерно 1-ой до примерно 10-ти минут, например, от примерно 2-х до примерно 8-ми минут. Индивидуальный период времени для начального сбора данных об облученном материале может быть равен от примерно 1-ой до примерно 10-ти минут, например, от примерно 2-х до примерно 8-ми минут.
Альтернативно, зонд для каротажа может иметь конструкцию, состоящую из двух или более излучателей, и каждый излучатель может быть размещен между детектирующими устройствами. Например, зонд может иметь следующую компоновку: первое детектирующее устройство, первый нейтронный излучатель, второе детектирующее устройство, второй нейтронный излучатель, и затем третье детектирующее устройство. Такая конструкция может иметь преимущество при детекции излучения воспринимающего облучения материала, имеющего малый период полураспада, такой как менее чем 10 секунд, или для более точного детектирования образа источника эмиссии от воспринимающих облучение материалов.
Детектирующее устройство может представлять собой подходящий зонд для спектрометрического гамма-каротажа или прибор для проведения каротажа, который может быть применен для измерения гамма-излучения от воспринимающего облучение материала, после его бомбардировки нейронами. По меньшей мере часть зонда, например, по меньшей мере детектор гамма-излучения, помещают внутри скважины для проведения требуемого каротажа. Зонд может быть таким, чтобы генерировать требуемые отношения в стволе скважины, или гамма-спектры могут быть переданы на поверхность и отношения определены из спектральных данных. Может быть применен как детектор с низкой разрешающей способностью, такой как NaI(Т1)-детектор или аналогичный детектор, или детектор с высокой разрешающей способностью, такой как детектор с германием с собственной электропроводностью, Ge(Li)-детектор или подобный детектор. Поскольку желательно получить точное измерение пиковой области или областей, то обычно применяют прибор с высокой разрешающей способностью. Каротажи могут быть проведены как методом с постоянно движущимся зондом, так и периодическим методом (пошаговый метод или метод с временными остановками), при котором зонд останавливают в выбранных положениях в призабойной зоне пласта.
В детекторе, при необходимости, может быть применен коллиматор. В одном из воплощений, для определения ориентации трещины применяют вращающийся коллиматор. Такие коллиматоры имеют тенденцию увеличивать чувствительность измерения, так как такие устройства уменьшают число гамма-лучей, входящих в детектор из участков, расположенных выше или ниже ствола скважины, т.е. гамма-лучей от проппанта, который находится позади обшивки, но расположен выше или ниже текущего местоположения детектора. В одном из воплощений, может быть применен детектор без коллиматора.
Примеры подходящих устройств, которые могут быть применены для выполнения этого способа, раскрыты в заявке на патент США №12/088,544, зарегистрированной 12 сентября 2007, и в заявке на патент США №11/520,234, зарегистрированной 13 сентября 2006, которые включены в это изобретение путем отсылки в той степени, в которой они не противоречат формуле изобретения и описанию.
Если проппант и/или жидкость для обработки включает воспринимающий облучение материал, то говорят, что они помечены воспринимающим облучение материалом. Термин «помечание» в настоящей заявке означает, что проппант и/или жидкость для обработки включают воспринимающие облучение материалы. Таким образом, если покрытие, расположенное на подложке, включает воспринимающие облучение материалы, то говорят, что проппант помечен воспринимающим облучение материалом. Помечание проппантов и/или жидкости для обработки воспринимающим облучение материалом позволяет генерировать отношения фотопика к фотопику при активации воспринимающего облучение материала. Отношения фотопика к фотопику обеспечивают измерения высоты заполненной проппантом трещины в вертикальном направлении.
В соответствии с изобретением, воспринимающие облучение материалы могут быть размещены в проппанте, который был введен в призабойную зону пласта, в процессе формирования и удержания трещины в открытом состоянии. В одном из воплощений, проппант может включать подложку, на которой размещено покрытие, включающее воспринимающий облучение материал. В другом воплощении, подложка может включать воспринимающий облучение материал. В еще одном воплощении, как подложка, так и покрытие могут включать воспринимающий облучение материал.
Как показано на фиг.1 или фиг.2, одно из типичных воплощений проплата 10 включает подложку 2, поверх которой нанесено необязательное покрытие 4. Необязательное покрытие 4 может представлять собой непрерывное покрытие или частичное покрытие на подложке. Необязательное покрытие 4 может включать органический материал, неорганический материал, включая металл, и их комбинации. Необязательное покрытие может быть частично сформировано из воспринимающего облучение материала 6. Альтернативно, необязательное покрытие может не содержать воспринимающего облучения материала или может быть полностью сформировано из воспринимающего облучение материала. Необязательное покрытие 4 может представлять собой неотвержденный, частично отвержденный или полностью отвержденный органический материал перед применением в подземном пласте. Это отверждение может происходить как внутри, так и/или вне подземной трещины. Необязательное покрытие 4 при необходимости может необязательно включать сыпучие наполнители или волокнистые наполнители 8. Сыпучие наполнители или волокнистые наполнители 8 также могут включать, частично или полностью, один или несколько описанных в изобретении воспринимающих облучение материалов.
Если часть покрытия включает воспринимающий облучение материал, то воспринимающие облучение материалы независимо от формы могут быть применены в количестве, равном вплоть до примерно 55% мас. по отношению к общей массе проппанта. Альтернативно, если воспринимающие облучение материалы применяют в покрытии, то воспринимающие облучение материалы независимо от формы могут быть применены в количестве, равном вплоть до примерно 100% мас. по отношению к общей массе покрытия. Покрытие также может представлять собой покрытие, не содержащее воспринимающего облучение материала, если подложка включает по меньшей мере один воспринимающий облучение материал.
Кроме того, покрытие может включать два или более отдельных слоя покрытия, помещенных один поверх другого, или быть скомбинировано так, чтобы сформировать единое покрытие. Каждый слой покрытия может быть непрерывным или прерывистым, и каждый слой может содержать воспринимающий облучение материал. Например, одно из покрытий может представлять собой органическое покрытие, неорганическое покрытие или и то, и другое, не содержащее воспринимающего облучение материала, и второе покрытие, содержащее воспринимающий облучение материал. Например, покрытие может включать частичное покрытие из термореактивной смолы и частичное покрытие из воспринимающего облучение материала, которые, если их скомбинировать, могут сформировать непрерывное или прерывистое покрытие. Воспринимающий облучение материал может представлять собой целое покрытие, частичное покрытие или может быть диспергирован в/внутри/встроен в покрытие наподобие наполнителя.
Покрытие, сформированное на подложке, может быть непрерывным или прерывистым на всем протяжении поверхности подложки. Покрытие может быть сформировано на подложке со средней толщиной, равной от примерно 0,01 мкм до примерно 1000 мкм, например, от примерно 0,5 мкм до примерно 20 мкм, например, примерно 1 мкм. Для покрытий, включающих неорганические материалы, такие как элементный металл, покрытие может быть сформировано на подложке химическим нанесением из газовой фазы, электрохимическим осаждением, электростатическим осаждением, и комбинацией этих способов, среди прочих подходящих способов осаждения. Перед формированием покрытия может быть сформирована непрерывная или прерывистая подложка, например, зернистый слой для осаждения металлического покрытия.
Проппант 10, представленный на фиг.1 и 2, включает подложку 2, которая может содержать единственный тип частиц или агломерат из множества частиц. Подложка из единственного типа частиц может представлять собой твердую частицу, включающую пористые структуры, или частицу с полостью в структуре, такую как полый шарик или сфера. Подложка из единственной частицы может включать частично или полностью воспринимающие облучение материалы, описанные в изобретении. Агломерат (или агрегат) может включать частицы, имеющие один или несколько различных материалов, и каждая частица, может не включать, или включать, частично или полностью, воспринимающие облучение материалы, описанные в изобретении. Например, агрегат может представлять собой комбинацию частиц, содержащих воспринимающий облучение материал, и других частиц, таких как частицы из керамического материала, не содержащие воспринимающих облучение материалов.
Подложка может присутствовать в проппанте в количестве, равном от примерно 10 до примерно 90 процентов по массе (% мас.)) по отношению к общей массе проппанта. В одном из воплощений, подложка присутствует в количестве, равном от примерно 20 до примерно 80% мас. по отношению к общей массе проппанта. В другом воплощении, подложка присутствует в реакционном растворе в количестве, равном от примерно 30 до примерно 75% мас. по отношению к общей массе проппанта. Еще в одном воплощении, подложка присутствует в количестве, равном от примерно 35 до примерно 65% мас. по отношению к общей массе проппанта.
Подложка 2 может включать органический материал, неорганический материал, включая металл, и их комбинации. Органический материал может представлять собой связующее вещество или полимерный материал, описанный в изобретении. Органический материал дополнительно может включать воспринимающий облучение материал. Например, образующие подложку термореактивная смола или термопласты могут дополнительно включать воспринимающий облучение материал в элементной форме, который включен в основную цепь полимера или присутствует в виде боковых/концевых групп основной цепи полимера.
Неорганический материал, образующий подложку, может представлять собой металл. Примеры металлов, которые могут быть применены в подложке 2, включают элементный металл, сплавов металлов и композиты металлов с воспринимающими облучение материалами, описанными в изобретении. Если воспринимающие облучение материалы применяют в подложке, то воспринимающие облучение материалы могут быть применены в количестве, равном вплоть до примерно 100% мас. по отношению к общей массе проппанта, если покрытие не применяют или если покрытие из воспринимающего облучение материала применяют вместе с воспринимающей облучение подложкой.
Поскольку воспринимающие облучение материалы могут быть применены в подложке и/или в покрытии проппанта в количестве, равном вплоть до примерно 100% мас., как описано выше, воспринимающие облучение материалы могут быть включены в проппанты в меньших количествах. В одном из воплощений, воспринимающие облучение материалы могут быть применены в количестве, равном от вплоть до примерно 55% мас., например, от 0,1% мас. до примерно 5% мас., например, примерно 3% мас. по отношению к общей массе проппанта. Воспринимающие облучение материалы могут быть применены в количестве, равном вплоть до 0,01% мас. по отношению к общей массе проппанта. Альтернативно, воспринимающие облучение материалы могут быть применены в подложке и/или в покрытии проппанта в количестве, равном вплоть до примерно 25% мас., вплоть до примерно 15% мас., или вплоть до примерно 5% мас. по отношению к массе проппанта.
В другом воплощении, если воспринимающие облучение материалы применяют в проппанте и/или в жидкости для обработки, то воспринимающие облучение материалы могут быть применены в количестве, равном вплоть до примерно 30% мас. в виде воспринимающего облучение материала, представляющего собой металл, например, от примерно 0,01 до примерно 5% мас., включающее от примерно 0,05 до примерно 2% мас., и например, от примерно 0,1 до примерно 1% мас. по отношению к общей массе проппанта и/или жидкости для гидроразрыва пласта.
Кроме того, примеры металлов, которые могут быть применены в подложках, представляют собой сплавы с эффектом запоминания формы. Сплавы с эффектом запоминания формы демонстрируют «эффект запоминания формы». Эффект запоминания формы позволяет происходить обратимому превращению между двумя кристаллическими состояниями, т.е. из мартенситного состояния в аустенитное состояние, и наоборот. Обычно, при низкой температуре, или в мартенситном состоянии, сплавы с эффектом запоминания формы могут быть пластически деформированы, и под воздействием некоторых высоких температур будут переведены в аустенитное состояние, таким образом, возвращаясь к своей форме до деформации.
Подходящий пример сплава с эффектом запоминания формы представляет собой сплав никеля с титаном, такой как сплав Nitinol®. Желательно, чтобы сплавы с эффектом запоминания формы можно было вспенивать. В одном из воплощений, подложка, производимая из сплава с эффектом запоминания формы, может представлять собой твердое вещество перед введением в трещину, но может набухать в пену после введения в трещину, температура в которой обычно выше, чем температура па поверхности земли. Это набухание позволяет обеспечивать лучшую проводимость нефти и газа из трещины.
В одном из воплощений, как показано на фиг.3, подложка может включать композит из неорганических и органических материалов, как описано в изобретении. Такую подложку называют композитной подложкой. Композитная подложка может включать комбинацию неорганического и органического материалов. Органические материалы также могут быть химически связаны с неорганическими материалами. Химическая связь включает ковалентную связь, водородную связь, ионную связь или их комбинации. Пример подходящей реакции между органическим и неорганическим материалом, который включает ковалентную связь, представляет собой реакцию золь-гель. Химическая связь между органическим и неорганическим материалами может приводить к образованию подложек, представляющих собой нанокомпозиты. Хотя это и не показано, композитные подложки необязательно могут быть покрыты органическими покрытиями и/или неорганическими покрытиями, описанными выше.
В одном из воплощений, композитная подложка также может включать воспринимающие облучение материалы. Например, воспринимающий облучение материал вводят при производстве подложки, например, при производстве керамической подложки. В другом воплощении, если композитная подложка покрыта органическим покрытием и/или неорганическим покрытием, то, как композитная подложка, так и покрытие, помещенное на нем, могут включать воспринимающие облучение материалы.
В одном из воплощений, композитная подложка может включать воспринимающие облучение материалы в количестве, равном вплоть до примерно 35% мас. по отношению к общей массе проппанта. Типичное количество воспринимающих облучение материалов равно примерно 5% мас. по отношению к общей массе проппанта.
Примеры неорганических материалов, которые могут быть применены в подложке, представляют собой неорганические оксиды, неорганические карбиды, неорганические нитриды, неорганические гидроксиды, неорганический оксиды, имеющие гидроксидные покрытия, неорганические карбонитриды, неорганические оксинитриды, неорганические бориды, неорганические борокарбиды, или тому подобное, или комбинацию, включающую, по меньшей мере, один из перечисленных выше неорганических материалов. Примеры подходящих неорганических материалов/композитов металлов представляют собой оксиды металлов, карбиды металлов, нитриды металлов, гидроксиды металлов, оксиды металлов, имеющие гидроксидные покрытия, карбонитриды металлов, оксинитриды металлов, бориды металлов, борокарбиды металлов, или тому подобное, или комбинацию, включающую по меньшей мере один из перечисленных выше неорганических материалов. Металлы, примененные в перечисленных выше неорганических материалах, могут представлять собой переходные металлы, щелочные металлы, щелочноземельные металлы, редкоземельные металлы, или тому подобное, или комбинацию, включающую, по меньшей мере, один из перечисленных выше металлов. Такие металлы также могут представлять собой элементный металл или сплавы металлов, воспринимающих облучение материалов, описанных в изобретении.
Примеры подходящих неорганических оксидов, которые получают с помощью синтеза, включают оксид кремния (SiO2), оксид алюминия (Al2O3), оксид титана (TiO2), оксид циркония (ZrO2), оксид церия (CeO2), оксид марганца (MnO2), оксид цинка (ZnO), оксиды железа (например, FeO, а-Fe2O3, γ-Fe2O3, Fe3O4 или тому подобное), оксид кальция (СаО), диоксид марганца (MnO2 и Mn3O4), или комбинации, включающие по меньшей мере один из перечисленных выше неорганических оксидов. Примеры подходящих получаемых с помощью синтеза неорганических карбидов включают карбид кремния (SiC), карбид титана (TiC), карбид тантала (ТаС), карбид вольфрама (WC), карбид гафния (HfC) или тому подобное, или комбинацию, включающую по меньшей мере один из перечисленных выше карбидов. Примеры подходящих синтетических нитридов включают нитриды кремния (Si3N4), нитрид титана (TiN) или тому подобное, или комбинацию, включающую по меньшей мере один из перечисленных выше нитридов. Типичные неорганические подложки представляют собой подложки, включающие природный или полученный с помощью синтеза оксид кремния и/или оксид алюминия.
Примеры подходящих природных неорганических материалов, которые могут быть применены в подложке, представляют собой оксид кремния (песок), эшинит (оксид-гидрооксид редкоземельного элемента-иттрия-титана-ниобия), анатаз (оксид титана), биндгеймит (оксид-гидрооксид свинца-сурьмы), биксбиит (оксид марганца-железа), брукит (оксид титана), хризоберилл (оксид бериллия-алюминия), колумбит (оксид железа-марганца-ниобия-тантала), корунд (оксид алюминия), куприт (оксид меди), эвксенит (оксид редкоземельного элемента-иттрия-ниобия-тантала-титана), фергюсонит (оксид редкоземельного элемента-железа-титана), гаусманнит (оксид марганца), гематит (оксид железа), ильменит (оксид железа-титана), перовскит (оксид кальция-титана), периклаз (оксид магния), поликраз (оксид редкоземельного элемента-иттрия-титана-ниобия-тантала), псевдобрукит (оксид железа-титана), члены группы пирохлора, такие как, например, бетафит (оксид гидрооксид редкоземельных элементов-кальция-натрия-урана-титана-ниобия-тантала), микролит (оксид-гидрооксид-фторид кальция-натрия-тантала), пирохлор (оксид-гидрооксид-фторид натрия-кальция-ниобия), или тому подобное, или комбинацию, включающую по меньшей мере один из перечисленных выше членов группы пирохлора; рамсделлит (оксид марганца), романешит (гидратированный оксид бария-марганца), члены группы рутила, такие как, например, касситерит (оксид олова), платтнерит (оксид свинца), пиролюзит (оксид марганца), рутил (оксид титана), стишовит (оксид кремния), или тому подобное, или комбинацию, включающую по меньшей мере один из перечисленных выше членов группы рутила; самарскит-(Y) (оксид редкоземельного элемента-иттрия-железа-титана), сенармонтит (оксид сурьмы), члены группы шпинелей, такие как хромит (оксид железа-хрома), франклинит (оксид цинка-марганца-железа), ганит (оксид цинка-алюминия), магнезиохромит (оксид магния-хрома), магнетит (оксид железа) и шпинель (оксид магния алюминия), или тому подобные, или комбинацию, включающую по меньшей мере один из перечисленных выше членов группы шпинелей; тааффеит (оксид бериллия-магния-алюминия), танталит (оксид железа-марганца-тантала-ниобия), тапиолит (оксид железа-марганца-тантала-ниобия), уранинит (оксид урана), валентинит (оксид сурьмы), цинкит (оксид цинка-марганца), гидроксиды, такие как, например, брукит (гидрооксид магния), гиббсит (гидрооксид алюминия), гетит (оксид гидрооксид-железа), лимонит (оксид-гидрооксид гидратированного железа), манганит (оксид-гидрооксид марганца), псиломелан (оксид-гидрооксид бария-марганца), рометит (оксид-гидрооксид кальция-натрия-железа-марганца-сурьмы-титана), стетефельдит (оксид-гидрооксид серебра-сурьмы), стибиконит (оксид-гидрооксид сурьмы), или тому подобное, или комбинацию, включающую, по меньшей мере, один из перечисленных выше природных неорганических материалов.
Модифицированные природные органические и неорганические материалы также могут быть использованы в качестве подложки. Подходящие примеры модифицированных органических и неорганических материалов, которые применяют в подложке, представляют собой расслоенные глины (например, вспученный вермикулит), расшелушенный графит, выдувные стеклоизделия или керамику, пустотелые стеклянные шарики, шарики из пеностекла, ценосферы, шлаковую пемзу, спеченный боксит, спеченный оксид алюминия или тому подобное, или комбинацию, включающую один из перечисленных выше органических и неорганических материалов. Типичные неорганические подложки могут быть получены из песка, раздробленных стеклянных шариков, спеченного боксита, спеченного оксида алюминия, природных минеральных волокон, таких как циркон и муллит, или тому подобные, или представляют собой комбинации, включающие одну из природных неорганических подложек. Пустотелые стеклянные шарики могут представлять собой коммерческие шарики, полученные от компании «Diversified Industries Ltd».
Органические материалы, которые применяют в подложке, могут представлять собой термопластичные полимеры, термоотверждающиеся полимеры, или комбинацию, включающую термоотверждающийся полимер и термопластичный полимер. Примеры подходящих органических материалов, которые могут быть применены в качестве подложки, представляют собой предшественники полимеров (например, низкомолекулярные соединения, такие как мономеры, димеры, тримеры или тому подобное), олигомеры, полимеры, сополимеры, такие как блок-сополимеры, звездообразные блок-сополимеры, тройные сополимеры, статистические сополимеры, чередующиеся сополимеры, привитые сополимеры или тому подобное; дендримеры, иономеры или тому подобное, или комбинацию, включающую, по меньшей мере, один из перечисленных выше полимеров. Если подложка включает термоотверждающийся полимер, желательно, чтобы органические материалы были подвергнуты отверждению (поперечное сшивание) в результате воздействия тепловой энергии или электромагнитного излучения или комбинации, включающей по меньшей мере одно из перечисленных выше воздействий. Для инициирования отверждения могут быть применены инициаторы. Также могут быть применены другие добавки, которые ускоряют или регулируют отверждение, такие как ускорители, ингибиторы или тому подобное.
Примеры подходящих термоотверждающихся полимеров для применения в подложке, представляют собой эпоксидные смолы, акрилатные смолы, метакрилатные смолы, фенолформальдегиды, эпокси-модифицированые новолаки, фураны, мочевино-альдегиды, меламин-альдегиды, полиэфирные смолы, алкидные смолы, фенолформальдегидные новолаки, фенолформальдегидные резолы, фенол-альдегиды, резольные и новолачные смолы, эпокси-модифицированые фенольные смолы, полиацетали, полисилоксаны, полиуретаны или тому подобные, или комбинацию, включающую по меньшей мере один из перечисленных выше термоотверждающихся полимеров.
Эпокси-модифицированые новолаки раскрытые в патенте США №4,923,714, Gibb et al., включенную в это описание путем отсылки. Фенольная часть может включать фенольный новолачный полимер; фенольный резольный полимер; комбинацию фенольного новолачного полимера и фенольного резольного полимера; отвержденную комбинацию фенольной смолы/фурана или фурановой смолы для формирования предварительно отвержденной смолы (как раскрыто в патенте США №4,694,905, Armbruster, включенном в это описание путем отсылки); или отверждаемую фуран/фенольную, систему, отверждаемую в присутствии сильной кислоты для образования отверждаемой смолы (как раскрыто в патенте США №4,785,884, Armbruster). Фенольные смолы в упомянутых выше новолачных или резольных полимерах могут представлять собой фенольные соединения или бис-фенольные соединения.
Термоотверждающиеся полимеры могут представлять собой смолы, отверждающиеся в естественных условиях. Смолы, отверждающиеся в естественных условиях, представляют собой смолы, которые могут реагировать при комнатной температуре без применения дополнительного нагревания. Смолы, отверждающиеся в естественных условиях, обычно отверждаются при температуре менее чем 65°С. Таким образом, например, термоотверждающийся полимер, который отверждается при 80°С, не представляет собой смолу, отверждающуюся в естественных условиях. Примеры подходящих смол, отверждающихся в естественных условиях, включают эпоксидные смолы, отвержденные с амином, если их применяют по одиночке, или с полиуретаном, с полиуретанами, модифицированными щелочью резолами, отвержденными эфирами (например, ALPHASET® и BETASET®), фуранами, например, фурфуриловый спирт-формальдгид, мочевино-формальдгид, и содержащий свободный метилол меламины, отвержденные кислотой. Для целей этого описания, смола, отверждаящаяся в естественных условиях представляет собой любую смолу, которая обычно может, быть отверждена при комнатной температуре. ALPHASET® и BETASET® смолы представляют собой фенольные смолы отвержденные эфиром.
Уретаны раскрыты в патенте США №5,733,952, Geoffrey. Меламиновые смолы раскрыты в патентах США №№5,952,440, 5,916,966, и 5,296,584, Walisser. ALPHASET смолы раскрыты в патентах США №№. 4,426,467 и Re. 32,812 (который представляет собой переиздание патента США №4,474,904), все они включены в это описание путем отсылки.
Модифицированные резолы, раскрытые в патенте США №5,218,038, полностью включены в это описание путем отсылки. Такие модифицированные резолы получают реакцией альдегида со смесью незамещенного фенола и, по меньшей мере, одного фенольного материала, который выбирают из группы, состоящей из арилфенола, алкилфенола, алкоксифенола и арилоксифенола. Модифицированные резолы включают алкокси-модифицированные резолы. Типичные алкокси-модифицированые резолы представляет собой метокси-модифицированые резолы. Типичный фенольный резол представляет собой модифицировали резол, содержащий орто-бензиловый простой эфир, полученный по реакции фенола и альдегида в присутствии алифатического гидрокси-соединения, содержащего две или более гидрокси-группы на молекулу. В одной из типичных модификаций способа, реакцию также проводят в присутствии одноатомного спирта.
Примеры подходящих термопластичных полимеров, которые могут быть применены в подложке представляют собой полиолефины, полиакрилаты, поликарбонаты, полиалкиды, полистиролы, сложные полиэфиры, полиамиды, полиарамиды, полиамидимиды, полиарилаты, полиарилсульфоны, полиэфирсульфопы, полифениленсульфиды, полисульфоны, полимиды, полиэфиримиды, политетрафторэтилены, полиэфиркетоны, полиэфирэфиркетоны, полиэфиркетонкетоиы, полибеизоксазолы, полиоксадиазолы, полибензотиазинофеиотиазины, полибензотиазолы, полипиразинохиноксалины, полипиромеллитимиды, полихиноксалины, полибензимидазолы, полиоксиндолы, полиоксоизоиндолины, полидиоксоизоиндолины, политриазины, полипиридазины, полипиперазины, полипиридины, полипиперидины, политриазолы, полипиразолы, поликарбораны, полиоксабициклононаны, полидибензофураны, полифталиды, полиацетали, полиангидриды, простые поливиниловые эфиры, простые поливиниловые тиоэфиры, поливиниловые спирты, поливиниловые кетоны, поливиниловые галогениды, поливиниловые нитрилы, поливиниловые сложные эфиры, полисульфонаты, полисульфиды, политиоэфиры, полисульфоны, полисульфонамиды, полиуретаны, полифосфазены, полисилазаны, полисилоксаны, фенольные смолы, эпоксидные смолы, или комбинации включающие, по меньшей мере, один из перечисленных выше термопластичных материалов.
Природные органические подложки представляют собой истолченную или раздробленную ореховую скорлупу, истолченную или раздробленную шелуху семян, истолченные или раздробленные косточки плодов, переработанные лесоматериалы, истолченные или раздробленные кости животных или тому подобное, или комбинацию, включающую по меньшей мере одну из природных органических подложек. Примеры подходящей истолченной или раздробленной скорлупы представляют собой скорлупу орехов, таких как грецкий орех, пекан, миндаль, плод фителефаса, бразильский орех, земляной орех (арахис), кедровый орех, орех кешью, семечки подсолнечника, фундук (лесной орех), орехи макадамия, соевые орехи, фисташки, тыквенные семечки или тому подобное, или комбинацию, включающую по меньшей мере один из перечисленных выше орехов. Примеры подходящей истолченной или раздробленной шелухи семян (включая косточки плодов) представляют собой семена таких фруктов, как слива, персик, вишня, абрикос, оливки, манго, джекфрут, гуаява, кремовое яблоко, гранат, арбуз, истолченную или раздробленную шелуху семян других растений, таких как маис (например, початки кукурузу или цельнозерная кукуруза), пшеница, рис, сорго или тому подобное, или комбинацию, включающую один из перечисленных выше семян, переработанные лесоматериалы, такие как, например, те, что получают из дерева, такого как дуб, гикори, грецкий орех, тополь, красное дерево, включая такие лесоматериалы, которые были обработаны с помощью шлифования, обстругивания или других способов измельчения. Типичная природная подложка представляет собой истолченные оливковые косточки.
Подложки могут иметь любую желаемую форму, такую как сферическую, эллипсоидную, кубическую, форму многогранника или тому подобного. Обычно подложки имеют сферическую форму. В основном желательно, чтобы подложки были сферической формы. Подложки могут иметь средние размеры частиц, равные от примерно 1 микрометра (мкм или микрон) до примерно 1200 микрометров. В одном из воплощений подложки могут иметь средние размеры частиц, равные от примерно 100 микрометров до примерно 1000 микрометров. В другом воплощении подложки могут иметь средние размеры частиц, равные от примерно 300 микрометров до примерно 500 микрометров.
Если подложка представляет собой пористую подложку, предполагают, что подложка может включать частицы, которые агломерировали для образования дисперсной подложки. В таком случае, индивидуальные частицы, которые объединили для образования подложки, могут иметь средние размеры, равные от примерно 2 до примерно 30 микрометров. В одном из воплощений, частицы, которые агломерировали для образования подложки, могут средние размеры, менее чем или равные до примерно 28 микрометров. В другом воплощении, частицы, которые агломерировали для образования подложки, могут иметь средние размеры, менее чем или равные до примерно 25 микрометров. Еще в одном воплощении, частицы, которые агломерировали для образования подложки, могут иметь средние размеры, менее чем или равные до примерно 20 микрометров. Еще в одном воплощении, частицы, которые агломерировали для образования подложки, могут иметь средние размеры, менее чем или равные до примерно 15 микрометров. Можно применять бимодальное или более высокое распределение частиц по размерам.
Как указано выше, подложка может быть твердой (т.е. без какой-либо существенной пористости) или может быть пористой. В общем, пористая подложка позволяет проводить пропитку органическим материалом, таким образом, придавая подложке пластичность и способность переносить толчки и давление без деформирования. Пористая подложка также позволяет проводить пропитку воспринимающими облучение материалами, как в виде отдельного элемента, так и в многокомпонентной форме, такой как соль, или как часть органического материала. Способность полимера пропитывать подложку также минимизирует способность проппанта к разрыву, снижая, таким образом, образование пыли. Путем пропитки пористой неорганической подложки органическим материалом, плотность проппанта может быть отрегулирована так, чтобы удовлетворять различным условиям гидроразрыва.
В общем, подложка может иметь пористость от примерно 1% до примерно 90%, например, более чем или равную до примерно 20%, и менее чем 90%, по отношению к общему объему подложки. В одном из воплощений подложка может иметь пористость от примерно 20% до примерно 40%, по отношению к общему объему подложки.
Пористые подложки обычно имеют большую площадь поверхности. Если подложка пористый, то желательно, чтобы площадь поверхности была более чем или равна до примерно 10 квадратных метров на грамм (м2/г). В одном из воплощений, желательно, чтобы подложка имела площадь поверхности более чем или равную до примерно 100 м2/г. В другом воплощении, желательно, чтобы подложка имела площадь поверхности более чем или равную до примерно 300 м2/г. Еще в одном воплощении, желательно, чтобы подложка имела площадь поверхности более чем или равную до примерно 500 м2/г. Еще в одном воплощении, желательно, чтобы подложка имела площадь поверхности более чем или равную до примерно 800 м2/г.
Плотность подложки может быть выбрана в зависимости от области, в которой применяют проппант. Желательно выбирать подложки, которые могут обеспечить проппанту кажущуюся плотность, равную от 0,5 до 4 грамм на кубический сантиметр (г/см3). Кажущуюся плотность определяют как плотность всего проппанта (т.е. масса на единицу объема всего материала, включая пустоты, характерные для проппанта).
Как показано выше, на фиг.1 и 2, поверх подложки помещают покрытие. Покрытие может представлять собой органическое покрытие, неорганическое покрытие, такое как металлическое покрытие, или покрытие, включающее по меньшей мере одно из перечисленных выше покрытий, и, дополнительно может включать воспринимающий облучение материал. Типичные органические покрытия могут быть получены из термопластичных и термоотверждающихся полимеров, перечисленных выше.
Воспринимающие облучение материалы представляют собой реагирующие на нейтроны материалы, следовательно, они легко реагируют с нейтронами, например, путем поглощения тепловых нейтронов, обнаруживая относительно большое атомное сечение. При такой восприимчивости к нейтронам, воспринимающий облучение материал дает на выходе характерное гамма-излучение или поглощение нейтронов, которое отличается от характеристик излучения материалов в окружающем пласте. Предпочтительные воспринимающие облучение материалы представляют собой материалы, которые более легко поглощают нейтроны в большей или отличающейся степени, по сравнению с природными материалами в пласте, и будут излучать гамма-радиацию и/или нейтроны на уровне отличном от уровня природных материалов в пласте. Предпочтительные воспринимающие облучение материалы также обеспечивают сигнал, достаточно сильный для характерного участка спектра или «характеристический» сигнал, который типичен для специфического воспринимающего облучение материала. Эти воспринимающие облучение материалы также исходно представляют собой нерадиоактивные материалы, следовательно, с ними можно надежно обращаться без опасения или риска радиоактивного облучения или заражения поверхности скважины до того, как их введут в систему, с помощью которой их будут перемещать в скважине.
Хотя воспринимающий облучение материал исходно нерадиоактивен, изотоп воспринимающего облучение материала относится к тем изотопам, которые становится радиоактивными, при условии, что создаваемые радиоактивные изотопы распадаются и излучают гамма-радиацию, которая может быть зарегистрирована с помощью подходящего детектора, или наоборот претерпевают ядерные или атомные реакции, например, путем простого поглощения одного или нескольких нейтронов в большей степени, чем материалы окружающего пласта. Такая реакция может возникать в ответ на внешние нейтроны, испускаемые из ускорителя. Если исходное вещество должно реагировать путем образования радиоактивного изотопа, то радиоактивный изотоп предпочтительно имеет известный период полураспада, следовательно, не требуется длительное облучение усилителем для того, чтобы произошла реакция и, следовательно, существует достаточное время для регистрации после того, как произошло превращение. Предпочтительно, чтобы распад воспринимающего облучение материала в нерадиоактивное состояние был завершен сразу после проведения каротажа, что позволит вернуть скважину в эксплуатацию, не опасаясь образования радиоактивного материала.
Обычно желательно, чтобы период, в течение которого радиация находится на поддающимся измерению уровне, был таким, чтобы материал более не излучал радиацию, если скважина начинает поставлять углеводороды. Также преимущество состоит в том, что если время полураспада воспринимающего облучение материала истекло, то каротаж скважины может быть проведен снова столько раз, сколько необходимо, путем повторного облучения воспринимающего облучение материала.
В одном из воплощений, воспринимающие облучение материалы имеют период полураспада, равный от примерно 1-ой секунды до менее чем или равный примерно 100 дням. В другом воплощении, воспринимающие облучение материалы имеют период полураспада, равный от примерно 10-ти секунд до примерно 50-ти минут. Еще в одном воплощении, воспринимающие облучение материалы имеют период полураспада, равный от примерно 12-ти секунд до менее чем или равный примерно 30-ти минутам. Типичный период полураспада для воспринимающего облучение материала равен от примерно 12-ти секунд до примерно 10-ти минут. Например, изотопы ванадия могут иметь период полураспада, равный 3,8 минуты, и изотопы индия могут иметь период полураспада, равный примерно 14 секунд.
Типичные подходящие воспринимающие облучение материалы, которые могут составлять часть проппанта и/или жидкости для обработки, могут быть сформированы с одним или несколькими из следующих материалов. Редкоземельные металлы группы лантаноидов, включающие лантан, диспрозий, европий, лютеций, гольмий, самарий, гадолиний, церий, и их комбинации могут быть применены в качестве воспринимающих облучение материалов. Кроме того, воспринимающие облучение материалы могут включать элементы группы IIA (группы 2), такие как кальций, магний, барий и стронций, элементы группы VIA (группы 14), такие как селен и теллур, элементы группы IB (группы 11), такие как медь, серебро и золото, элементы группы IIB (группы 12), такие как цинк, элементы группы IIIB (группы 3), такие как таллий, элементы группы IVB (группы 4), такие как титан и цирконий, элементы группы VB (группы 5), такие как ванадий, ниобий и тантал, элементы группы VIB (группы 6), такие как вольфрам и хром, элементы группы VIIB (группы 7), такие как марганец, также могут быть применены и их комбинации. Другие материалы, которые могут быть применены, включают элементы группы IIB (группы 12), такие как кадмий, элементы группы VIIB (группы 7), такие как рений, элементы группы VIIIB (группы 8-10), такие как кобальт, родий, платина, рубидий, и иридий, и их комбинации. Комбинации элементов, описанных выше, также могут быть применены в качестве воспринимающих облучение материалов. Предпочтительные воспринимающие облучение материалы включают галогенсодержащий материал, диспрозий, барий, стронций, золото, цирконий, тантал и их комбинации. Другие предпочтительные воспринимающие облучение материалы включать ванадий, индий и их комбинации. Предпочтительные воспринимающие облучение материалы включают ванадий, индий, галогенсодержащий материал, диспрозий, барий, стронций, золото, цирконий, тантал и их комбинации. Другие предпочтительные воспринимающие облучение материалы включают ванадий, индий и их комбинации.
В одном из воплощений, воспринимающий облучение материал может включать галогенсодержащий материал, такой как элементарный галоген, фторсодержащий материал, бромсодержащий материал, хлорсодержащий материал, йодсодержащий материал и их комбинации. В одном из воплощений, галогенсодержащие материалы могут быть органическими материалами, не представляющими собой соли. Примеры подходящих галогенсодержащих материалов включают тетрабромбисфенол А (ТВВРА), трибромфенол, декабромдифениловый простой эфир, гексабромциклододекан, политетрафторэтилен (Тефлон), полихлортрифторэтилен (Kel-F), 2-йод-5,5-дигидроперфторнонан, йодфенол и их комбинации. Галогеновый материал может быть включен в подложку или в материал покрытия. Например, галогеновый материал может быть частью полимера, формирующего органическое полимерное покрытие, или может быть частью органического материала (связующего вещества) или керамического материала, образующего подложку. Галогеновый материал может образовывать от примерно 1% мас. до 50% мас., например, от примерно 3 до примерно 10% мас., например, от примерно 5% мас. до примерно 6% мас., полимерного органического покрытия, материала связующего вещества или керамического материала.
Воспринимающие облучение материалы могут включать один или несколько изотопов соответствующих элементов, например, Br79 и Br81 для брома и Ir191 и Ir193 для иридия. Один из источников обогащенных изотопами материалов представляет собой материалы марки ISOTEC™, которые могут быть применены в качестве воспринимающих облучение материалов и доступны в компании «Sigma-Aldrich», г.Сент-Луис (шт. Миссури, США). Каждый из предпочтительных изотопов имеет период полураспада в пределах таких интервалов времени, как описаны в описании, для периода полураспада подходящих воспринимающих облучение материалов.
Материалы, которые не входят в число воспринимающих облучение материалов, описанных в описании, представляют собой элементы группы IIIA (группы 13), такие как бор, алюминий и галий, и элементы группы IVA (группы 14), такие как кремний и германий. Таким образом, воспринимающий облучение материал проппанта не содержит бора, алюминия, галия, кремния, германия и их комбинаций. Кроме того, проппант может иметь воспринимающий облучение материал не содержащий ванадия и/или индия.
В одном из воплощений, воспринимающие облучение материалы, применяемые в проппанте, представляют собой материалы, отличные от одного или нескольких элементов или материалов, представляющий собой компонент материала подложки. Таким образом, воспринимающий облучение материал, может не содержать один или несколько элементов или материалов, представляющий собой компонент материала подложки. Например, если материал подложки представляет собой оксид циркония, воспринимающий облучение материал может представлять собой материал, отличный от циркония, кислорода или оксида циркония, или, другими словами, воспринимающий облучение материал может быть свободен от циркония, кислорода или оксида циркония. В таких воплощениях, воспринимающий облучение материал может быть размещен в подложке, в покрытии или в том, и в другом.
Воспринимающий облучение материал может включать элементные металлы, сплавы металлов, галогениды металлов, соли, композиты, суспензии и их комбинации. Примеры подходящих солей металлов включают сульфаты, сульфиды и их комбинации. Воспринимающие облучение материалы также могут представлять собой металлические композиты, включающие карбиды металлов, оксиды металлов, нитриды металлов, карбонитриды металлов, оксинитриды металлов и их комбинации.
Воспринимающие облучение материалы могут находиться во всех доступных формах, включая порошки/частицы, чешуйки, агломераты и их комбинации. В одном из воплощений, воспринимающий облучение материал может находиться в виде частицы, имеющей размер или диаметр частиц, равный от примерно 1 до примерно 20 микрон (мкм), например, от примерно 1 до примерно 15 микрон или от примерно 1 до примерно 10 микрон, например, от примерно 2 до примерно 5 микрон. Размеры частиц позволяют применять воспринимающие облучение материалы в полимерном покрытии на подложке или применять при формировании агломерата подложки. Альтернативно, воспринимающий облучение материал может сам представлять собой покрытие на подложке, которое может быть нанесено как непрерывный или прерывистый слой, толщиной от примерно 1 до примерно 20 микрон (мкм).
Воспринимающий облучение материал может быть выбран для создания дифференциального измеряемого сигнала от природных материалов. В связи с этим, один или несколько воспринимающих облучение материалов могут быть выбраны для обеспечения периода полураспада, излучения гамма-радиации, энергии гамма-частиц (MeV), длины волны гамма-радиации, интенсивности гамма-радиации, образца сигнала (единственного или нескольких воспринимающих облучение материалов), других характеристик сигнала и их комбинаций, которые отличаются от любой радиации (фоновой или природной), генерируемой материалом призабойной зоны пласта.
В одном из воплощений, предпочтительные воспринимающие облучение материалы выбирают, по одиночке или в комбинации, так, чтобы они представляли собой материал или материалы, которые не являются характеристическим (нехарактеристическим) элементом или элементами пласта. Например, если пласт имеет алюминий в качестве характеристического элемента, то могут быть выбраны воспринимающие облучение материалы, имеющие гамма-излучение, отличимое от гамма-излучения алюминия. Альтернативно, поскольку способ, описанный здесь, может также отличить количество воспринимающих облучение материалов до и после облучения по степени измеряемого излучения гамма-радиации, в одном из воплощений, воспринимающий облучение материал может также включать характеристический элемент или элементы пласта. Например, проппант, включающий характеристический элемент или элементы пласта, будет обеспечивать другой сигнал, такой как более сильное излучение гамма-радиации после облучения, по сравнению с излучением, измеренным для исходного количества характеристического элемента или элементов пласта на стадии измерения фонового излучения.
В одном из воплощений, два или более воспринимающих облучение материалов могут быть размещены на том же проппанте или включают тот же проппант. Например, два или более воспринимающих облучение материалов могут быть размещены в покрытии, могут формировать часть или всю подложку, или могут включать первый воспринимающий облучение материал в покрытии и второй воспринимающий облучение материал, включающий часть всей подложки.
Считают, что с помощью компоновки из двух или более воспринимающих облучение материалов можно будет обеспечить лучшее отличие от природного окружения, имея два или более характеристических сигнала или образцов сигнала, или можно будет обеспечить единственный сигнал или образцы сигнала, которые будут отличаться от фонового излучения. Например, индий может быть обнаружен в стволе скважины, и если индий и ванадий оба будут размещены в покрытии, проппант, содержащий два воспринимающих облучение материала, может быть локализован везде, где регистрируют характеристические сигналы гамма-лучей для индия и ванадия в комбинации.
Два или более воспринимающих облучение материала могут быть обеспечены в различных количествах и/или соотношениях в одном и том же покрытии, и/или в одной и той же подложке, в различающихся покрытии и подложке, или в различных проппантах. Например, различные количества воспринимающих облучение материалов, имеющих сходные сигналы, могут формировать уникальный сигнал или образец сигнала. Аналогично, сильный сигнал излучения может требовать меньшего количества применяемого материала, для того чтобы иметь поддающийся обнаружению сигнал, по сравнению со вторым воспринимающим облучение материалом. Также, для получения уникального сигнала или образца сигнала во времени могут быть применены воспринимающие облучение материалы с различными периодами полураспада. Различные соотношения также могут помочь сформировать уникальный сигнал или образец сигнала, чтобы помочь отличить проппант от фонового излучения.
В другом примере, частицы воспринимающего облучение материала, такого как ванадий, могут быть диспергированы в фенольном или эпоксидном полимере, в основную цепь которого был включен тетрабромбисфенол А, или могут быть диспергированы как отдельный воспринимающий облучение материал. Как ванадий, так и бром могут служить в качестве воспринимающих облучение материалов. Оба воспринимающие облучение материалы могут быть включены как органические материалы. Например, частицы политетрафторэтилена могут быть диспергированы в бромсодержащей эпоксидной или фенольной смоле, как с фтором, так и с бромом, действующими в качестве воспринимающих облучение материалов. Альтернативно, частицы подложки могут быть покрыты как политетрафторэтиленом, так и бромсодержащей эпоксидной или фенольной смолой, как с F, так и с Br, которые служат в качестве воспринимающих облучение материалов.
В одном из воплощений проппанты, включающие воспринимающий облучение материал, могут быть смешаны с проппантами, которые не содержат какого-либо воспринимающего облучение материала перед введением в трещину. Смесь проппантов, включающих воспринимающий облучение материал, с проппантами, которые не содержат какого-либо воспринимающего облучение материала, называют «композиция проппантов». Композиция проппантов может содержать воспринимающие облучение материалы в количестве, равном вплоть до 55% мас., по отношению к общей массе композиции проппантов. Типичное количество воспринимающих облучение материалов в.композиции проппантов равно от примерно 0,5% мас. до примерно 10% мас. по отношению к общей массе композиции проппанта.
В другом воплощении проппанты, включающие различные воспринимающие облучение материалы, могут быть смешаны. Например, первый проппант может включать первый воспринимающий облучение материал, тогда как второй проппант может включать второй воспринимающий облучение материал. Например, первый проппант может включать определенное содержащее ванадий соединение, тогда как второй проппант включает другое содержащее ванадий соединение или содержащее индий соединение.
В одном из примеров воспринимающих облучение материалов, воспринимающие облучение материалы могут включать ванадий и/или индий или комбинации, включающие по меньшей мере один из перечисленных выше воспринимающих облучение материалов. Ванадий и индий применяют, в связи с тем, что они обладают очень сильными ответами в своем естественном состоянии. В одном из воплощений, металлические частицы ванадия и/или индия диспергируют в органическом и/или неорганическом материале перед тем, как покрывать ими подложку. В другом воплощении, соли ванадия и/или индия могут быть диспергированы в органическом и/или неорганическом материале перед тем, как покрывать ими подложку.
Типичные соли ванадия, которые могут быть применены в качестве воспринимающих облучение материалов, представляют собой ванадилсульфат, натрий или калий ортованадат, натрий или калий метаванадат, соли хлорида ванадия, или тому подобное, или комбинацию, включающую по меньшей мере одну из перечисленных выше солей ванадий. Другие соединения, включающие ванадий, также могут быть использованы. Примеры соединений ванадия, которые могут быть использованы, представляют собой оксиды ванадия, такие как, например, триоксид ванадия, пентоксид ванадия или тому подобное, или комбинацию, включающую по меньшей мере один из перечисленных выше оксидов. Другие примеры соединений ванадия, которые могут быть использованы по отдельности или в комбинации друг с другом, включают металлический ванадий, сплавы ванадия, такие как сплавы ванадия/алюминия, феррованадий, или порошок карбонитрида ванадия, такой как ванадий марки NITROVAN™, который коммерчески доступен в компании «Stratcor, Inc.», Питтсбург, Пенсильвания.
Типичные соли индий представляют собой индия хлорид, индия сульфат или тому подобное, или комбинацию, включающую по меньшей мере одну из перечисленных выше солей индия. В одном из воплощений, соли индия или ванадий могут быть диспергированы в покрытии проппанта и могут вступать в реакцию с образованием металла после введения проппанта в пласт.
В предпочтительном воплощении, может быть использовано соединение ванадия, при этом соединение ванадия представляет собой порошок карбонитрида ванадия или ванадий марки NITROVAN. Порошок может иметь размеры частиц, равные от примерно 1-15 микрон (мкм), предпочтительно от 1 до 10 микрон и, более предпочтительно, 2-5 микрон. В другом предпочтительном воплощении, соединение ванадия представляет собой порошок карбонитрида ванадий или ванадий марки NITROVAN, в количестве от 65% мас. до 75% мас. В расчете на металлический ванадий, который может быть применен в концентрации, равной от 0,01 до 5% мас. В рачете на металлический ванадий, предпочтительно от 0,05 до 2% мас. и более предпочтительно от 0,1 до 1% мас. по отношению к общей массе проппанта и/или жидкости для гидроразрыва пласта.
Воспринимающие облучение материалы могут присутствовать в жидкости для обработки. Жидкость для обработки представляет собой жидкость, созданную и полученную для того, чтобы удовлетворять специфическим условиям ствола скважины или пластового резервуара. Жидкости для обработки обычно получают на буровой для широкого диапазона целей, таких как интенсификация, выделение или контроль газа или воды в пласте. Жидкость для обработки может включать, не ограничиваясь этим, жидкость для воздействия на пласт, жидкость, содержащую поверхностно-активное вещество, и их комбинацию, а также любую жидкость, например такую как вода или солевой раствор, способную доставлять воспринимающий облучение материал, описанный в изобретении. Жидкость для воздействия на пласт представляет собой жидкость для обработки, полученную для целей интенсификации, таких как гидроразрыв (также называемый гидравлический разрыв пласта). Жидкости для воздействия на пласт могут быть, например, кислыми или щелочными, такими как соляная кислота. Жидкость для воздействия на пласт может быть жидкостью для гидроразрыва пласта. Жидкость для гидроразрыва пласта применяют при обработке пласта для интенсификации притока, рутинно выполняемой на нефтяных и газовых скважинах для улучшения коэффициента проницаемости в пластах, что приводит к открытию вертикальных трещин. Проппанты, описанные в изобретении, могут быть смешаны с жидкостью для обработки, для того чтобы поддерживать трещину в открытом состоянии, после того как обработка была завершена.
Если воспринимающий облучение материал присутствует в жидкости для обработки, то он может присутствовать в виде суспендированных частиц, эмульсий, дисперсий, может быть растворен в жидкости для обработки, и находиться в виде их комбинаций. Суспендированные частицы могут представлять собой проппанты. Воспринимающий облучение материал может частично включать поверхностно-активное вещество или какой-либо другой полимерный материал, помещенный в жидкость для обработки.
Жидкость для обработки, такая как жидкость для гидроразрыва пласта, может включать воспринимающие облучение материалы в количестве, равном примерно от 0,01% мас. до примерно 35% мас. по отношению к общей массе жидкости для обработки. В одном из воплощений, жидкость для обработки, такая как жидкость для гидроразрыва пласта, может включать воспринимающие облучение материалы в количестве, равном от примерно 2% мас. до примерно 25% мас. по отношению к общей массе жидкости для обработки. Еще в одном воплощении, жидкость для обработки может включать воспринимающие облучение материалы в количестве, равном от примерно 3% мас. до примерно 15% мас. по отношению к общей массе жидкости для обработки. Типичное количество воспринимающих облучение материалов равно примерно 5% мас. по отношению к общей массе жидкости для обработки.
В одном из воплощений, жидкости для обработки могут включать нереакционноспособную жидкость или реакционноспособную жидкость. Нереакционноспособная жидкость представляет собой жидкость, которая химически инертна или по существу химически инертна по отношению к материалам призабойной зоны пласта. Соответственно, между жидкостью и материалами призабойной зоны пласта существует минимальное взаимодействие или химические реакции отсутствуют. Нереакционноспособные жидкости могут вызывать физическое превращение материалов призабойной зоны пласта. Примеры нереакционноспособных жидкостей включают воду, загущенную воду, реагент на водной основе (вода и химические реагенты для увеличения потока воды), нефть, углеводороды, загущенные углеводороды, таких как дизель, и их комбинации. Нереакционноспособные жидкости могут представлять собой жидкости (включая пены), которые дополнительно энергизуют диоксидом углерода или азотом.
Реакционноспособная жидкость может включать любой материал, который химически реагирует с материалами пласта. Примеры реакционноспособной жидкости включать кислотную систему, загущенную кислотную систему, щелочную систему, реакционную систему с замедленной реакцией, воду, солевые растворы (солевая вода), растворы, содержащие поверхностно-активные вещества, и их комбинации. Реакционноспособные жидкости могут представлять собой жидкости (включая пены), которые дополнительно энергизуют диоксидом углерода или азотом. В одном из воплощений, реакционноспособная жидкость может представлять собой ту же жидкость, которая была применена в других способах, такую как реакционноспособная жидкость, представляющая собой ту же жидкость, которая была применена для создания разрыва в пласте. Предпочтительные реакционноспособные жидкости по существу не должны реагировать с воспринимающими облучение материалам или не должны вступать с ними в химическую реакцию.
Представляет ли собой жидкость реакционноспособную или нереакционноспособную жидкость может дополнительно зависеть от материала пласта и других технологических параметров. Например, вода представляет собой нереакционноспособную жидкость, как описано выше, если призабойная зона пласта представляет собой пласт песчаника. Напротив, вода может представлять собой реакционноспособную жидкость, если призабойная зона пласта представляет собой глинистый пласт.
Одна из реакционноспособных жидкостей представляет собой кислотную систему, которая может включать минеральные кислоты. Минеральные кислоты могут быть применены для дестабилизации или удаления материалов из призабойной зоны пласта, в случае если материалы имеют карбонатную природу и растворяются в кислоте. Плавиковая кислота и глинокислота могут быть применены для дестабилизации или удаления песчаников, глин и других силикатных и алюмосиликатных цементирующих материалов. Плавиковая кислота может находиться в виде предшественника плавиковой кислоты, такого как аммоний бифторид, и может быть закачена с предшественниками кислот, например, сложными эфирами, полимолочной кислотой и/или бисульфатом натрия, среди прочего. Один из примеров кислотной системы может представлять собой смесь плавиковоой кислоты и соляной кислоты. В другом примере, смесь, состоящая из 12% HCl/3% HF или 8% HBF4 (тетрафтороборная кислота или фтороборная кислота), может быть применена в песчанике с калиевыми минералами для удаления повреждений в призабойной зоне пласта в пласте песчаника. Типичную жидкость для кислотной обработки применяют специфически для растворения вызывающих повреждение твердых частиц, обычно глин, происходящих из бурового раствора или из самого пласта. Другие системы включают кислотные системы, применяемые в методиках кислотного гидравлического разрыва пласта.
Реакционноспособная жидкость может иметь различные концентрации различных кислот, таких как описаны выше. Концентрация кислоты может быть от примерно 0,1% мас. до примерно 55% мас. от реакционноспособной жидкости, например, от примерно 5% мас. до примерно 35% мас. Кислотные системы могут включать смеси загущенных (вязких) или незагущенных кислот.
Один из примеров щелочной системы представляет собой систему, содержащую сильные основания, такие как гидрооксид натрия (NaOH). Щелочные системы, ранее применяемые для растворения силикатов, могут быть применены с проппантами и материалы, описанными в изобретении, для дестабилизации цементации между частицами. Другая реакционная жидкость представляет собой реакционную систему с замедленной реакцией, такую как оксид магния (MgO), твердые гранулы NaOH или щелочные стекла, которые могут оставаться в трещине, после того как закачка закончена, и могут вступать в реакцию. Кроме того, реакционноспособные системы могут включать различные типы органических хелатирующих агентов, таких как этилендиаминтетраацетат (EDTA). Если материалы пласта представляют собой глину, то затем в качестве реакционноспособных жидкостей для дестабилизации материалов могут быть применены некоторые простые солевые растворы (NaCl,) свежая вода или простые поверхностно-активные вещества.
Кроме того, реакционноспособные жидкости создают так, чтобы они имели правильные реологические свойства и характеристики проникновения жидкости в пласт, для того чтобы их можно было подавать с помощью насоса и для того чтобы с их помощью можно было разместить реакционноспособные материалы достаточно далеко от ствола скважины. Основные технологии для этого практически такие же, как те, что применяют в других операциях по гидроразрыву пласта. Такие технологии дополнительно раскрыты в заявке на патент США №12/520,905, зарегистрированной 2 ноября 2009, которая включены в изобретение путем отсылки в той степени, в которой она не противоречит заявленным воплощениям и описанию.
Реакционноспособные жидкости могут быть применены для переноса и размещения проппанта или закачаны без проппанта. Если проппант не включают, то в результате кислотной реакции на материалах пласта может сформироваться шероховатая поверхность, которая останется открытой даже после того, как обработка будет завершена, что приведет к тому, что трещина будет пытаться закрыться. В качестве примера применения реакционноспособной жидкости можно привести способ обработки для кислотного разрыва пласта. Предпочтительные реакционноспособные жидкости имеют композицию, в которой снижены или отсутствуют химические реакции с воспринимающими облучение материалами, такими как описаны в изобретении.
Еще в одном воплощении, как жидкость для обработки, такая как жидкость для гидроразрыва пласта, так и проппанты, содержащиеся в жидкости для обработки, могут включать воспринимающие облучение материалы. В одном из воплощений, как жидкость для обработки, так и проппанты могут содержать одинаковые воспринимающие облучение материал или материалы, или в одинаковые катионы солей воспринимающего облучение материала или материалов. Например, жидкость для обработки может включать растворенный ванадилсульфат, тогда как проппанты, содержащиеся в жидкости для обработки, могут включать триоксид ванадия. Под воздействием нейтронов, как ванадилсульф, так и триоксид ванадия, могут излучать гамма-радиацию, которая может быть применена для расчета геометрии трещин.
Еще в одном воплощении, жидкость для обработки и проппанты, содержащиеся в жидкости для обработки, могут включать различные материалы или катионы. Например, жидкость для обработки может включать первый воспринимающий облучение материал, тогда как проппанты содержащиеся в жидкости для обработки могут включать второй воспринимающий облучение материал или один или несколько воспринимающих облучение материалов в покрытиях и/или подложких проппантов, таких которые описаны в изобретении. Например, жидкость для обработки может включать соль первого воспринимающего облучение материала, такую как ванадилсульфат, тогда проппанты могут включать соль второго воспринимающего облучение материала, такую как описана в изобретении. В родственном воплощении, жидкость для обработки может включать соль воспринимающего облучение материала, тогда как проппант может включать воспринимающий облучение материал, который включает металлические частицы. Например, жидкость для обработки может включать ванадилсульфат, тогда как проппант может включать частицы второго воспринимающего облучение материала, такого как описан в изобретении.
Если как жидкость для обработки, так и проппанты содержат воспринимающие облучение материалы, то жидкость для обработки и проппанты могут присутствовать в различных участках ствола скважины, в которых один из них отсутствует. Например, проппанты могут быть локализованы в трещине, а жидкость для обработки как в трещине, так и в той части ствола скважины, которая отделена от трещины.
В одном из воплощений, в одном из способов определения высоты трещины, в пласт вводят (меченые) проппанты и/или (меченую) жидкость для обработки, имеющие воспринимающие облучение материалы, описанные в изобретении, такие как жидкость для гидроразрыва пласта. Например, меченые проппанты и/или меченая жидкость для обработки могут включать индий и/или ванадий. Меченый проппант и/или меченую жидкость для обработки затем бомбардируют нейтронами во время спуско-подъема каротажного зонда. Спуско-подъем каротажного зонда представляет собой процедуру, в ходе которой зонд для каротажа вводят в скважину и предпринимают нейтронную бомбардировку трещины пласта. Затем проводят гамма-спектроскопию материалов облученного пласта, включающих меченый проппант и/или меченую жидкость для обработки, для получения скорости счета гамма-квантов выше и ниже пиковых энергий (также называемых внепиковая энергия), исходящих от воспринимающих облучение материалов, таких как ванадий и/или индий. Скорость счета гамма-кванов измеряют в пиковых энергиях от воспринимающих облучение материалов, таких как ванадий и/или индий. Измерения внепиковой энергии применяют для удаления части фонового излучения из пиковых энергий. Удаление фонового излучения выполняют, применяя программу из системы программного обеспечения спектроскопии.
Дополнительное фоновое излучение, возникающее из-за присутствия таких материалов, как алюминий, кремний, железо или тому подобных, также удаляют перед получением пиковых энергий для воспринимающих облучение материалов, таких как индий и/или ванадий, которые были закачены в трещину. Материалы, такие как алюминий, кремний, железо или тому подобные, обычно присутствуют в пласте и в обшивке ствола скважины и также генерируют гамма-излучение под действием нейтронной бомбардировки. Удаление (вычитание) этого вклада в фоновое излучение вместе с внепиковой энергией радиации обычно дает пиковые энергии закачанных воспринимающих облучение материалов. Эти пиковые энергии могут быть использованы для оценки геометрии трещины. В типичном воплощении пиковая энергия положений закачанных воспринимающих облучение материалов, может быть использована для оценки высоты трещины.
В одном из способов оценки радиации, относящейся к таким материалам, как алюминий, кремний, железо или тому подобное, трещину пласта облучают нейтронами в ходе единственного спуско-подъема каротажного зонда. За этот проход проводят гамма-спектроскопию всего спектра энергий. После спуско-подъема каротажного зонда, вся радиация, относящаяся к материалам, имеющим малый период полураспада, такая как радиация, исходящая от ванадия и/или индия, угаснет, и останется радиация, исходящая от тех элементов, которые природно присутствуют в подвергнутом гидроразрыву пласте. Альтернативно, спуско-подъем каротажного зонда может быть проведен стадийно или непрерывным способом, при котором разница во времени между процессом облучения и вторым процессом детекции продолжительнее, чем период полураспада помещенных воспринимающих облучение материалов.
С целью измерения высоты трещины за единственный проход, желательно получить измерения гамма-излучения, которые охватывают весь спектр энергий гамма-излучения, испускаемого воспринимающими облучение материалами, такими как ванадий и/или индий, а также другими материалами, которые природно присутствуют в подвергнутом гидроразрыву пласте. Измерения радиации выполняют с помощью детектора, присутствующего на каротажном зонде. Как указано выше, измерения, полученные при внепиковых энергиях, вычитают из измерений, полученных при пиковых энергиях, для исключения фонового излучения. Это фоновое излучение включает радиационные сигналы, которые получают от активации атомных ядер, которые обычно присутствуют в пластах, таких как алюминий, кремний, железо или тому подобное. Следует отметить, что некоторое излучение могут также испускать материалы, применяемые в обшивке ствола скважины, и это излучение должно быть исключено. Эти фоновые излучения от материалов, присутствующих в стволе скважины и в пласте, возникают из-за воздействия нейтронов, таким же образом как излучения, которые происходят от воспринимающих облучение материалов, закаченных в трещину пласта. После спуско-подъема каротажного зонда, радиация, исходящая из-за активации воспринимающих облучение материалов будет затухать из-за малого периода полураспада этих материалов, оставляя природное фоновое излучение от таких материалов, как алюминий, кремний, железо или тому подобное, присутствующих в земляных пластах. Это фоновое излучение затем может быть измерено и вычтено из измеренных пиковых энергий воспринимающих облучение материалов для оценки высоты трещины.
В другом воплощении, в другом способе определения высоты трещины, в пласт могут быть введены меченые проппанты, имеющие различные плотности. Затем для определения геометрия трещин может быть применено гравитационное разделение меченых проппантов. Более тяжелые меченые проппанты осядут на дно трещины, тогда как более легкие проппанты всплывут наверх трещины. В одном из воплощений, проппанты, имеющие более высокие плотности, могут быть помечены первым воспринимающим облучение материалом, тогда как проппанты, имеющие меньшие плотности могут быть помечены вторым воспринимающим облучение материалом. Затем, сигналы гамма-излучения, полученные от меченых проппантов, могут быть применены для определения высоты и других геометрических характеристик трещины. Например, если более плотные проппанты включают ванадий, а более легкие проппанты включают индий, то затем сигналы гамма-излучения от ванадия и от индия могут быть применены для определения высоты трещины.
Еще в одном воплощении, в другом способе определения высоты трещины, меченые проппанты, которые способны к ориентации, могут быть использованы для определения высоты трещины. Проппант может включать активный материал в дополнении к воспринимающему облучение материалу, в котором активный материал может быть применен для ориентации проппанта. Активный материал, который стимулирует ориентацию в проппанте, может быть активирован с помощью внешнего активирующего сигнала, такого как, например, радиосигналы, электрические поля, магнитные поля, ультразвуковые сигналы или тому подобное. В одном из воплощений, меченый проппант может включать электропроводные частицы, такие как, например, электропроводные металлические частицы, углеродные нанотрубки или тому подобное, что позволяет проппанту выровняться под действием приложенного электрического поля. Таким образом, после того как меченые проппанты вводят в пласт, активные материалы могут быть активированы путем приложения внешнего активирующего сигнала для активации переориентации. После того как будет достигнута требуемая ориентация, меченые проппанты бомбардируют нейтронами для получения гамма-излучения. Измеряемое гамма-излучение коррелирует с ориентацией для получения информации о геометрии трещин. Если меченые проппанты способны к ориентации, то зонд для каротажа может включать прибор, который способен вызывать ориентацию суспендированных частиц, а также измерять полученную ориентацию в меченых частицах.
Этот способ предпочтителен, поскольку в нем применяют единственный проход зонда для каротажа для определения высоты трещины. После облучения, воспринимающий облучение материал может быть оставлен в скважине, из-за его исключительно малого периода полураспада. Это позволит повторно провести определение геометрии трещин через существенные промежутки времени после того, как произошел гидроразрыв. Например, определение геометрии трещин может быть сначала выполнено сразу после того, как произошел гидроразрыв. Поскольку воспринимающие облучение материалы могут быть оставлены в пласте без какого-либо вреда для почвы или подземных вод или для персонала на поверхности, следующее определение геометрии трещин может быть проведено через промежуток, равный нескольким месяцам, для наблюдения за изменениями в трещине.
Другие способы обычно требуют двух или более проходов зонда для каротажа для определения высоты трещины. Настоящий способ также имеет преимущество, заключающееся в том, что его применение не приводит к загрязнению почвы и подземных вод радиоактивными материалами. Поскольку воспринимающие облучение материалы, примененные в настоящем способе, имеют малый период полураспада, загрязнение потоков подземных вод и почвы могут быть предотвращены. Кроме того, если происходит обратный поток из скважины, то риск подвергнуться облучению для персонала существенно снижен.
Этот способ также позволяет избегать применения радиоактивных индикаторов. Применение радиоактивных индикаторов может приводить к загрязнению потоков подземных вод и наносит вред окружающей среде. В других способах, в которых применяют радиоактивные индикаторы, необходимо проводить спуско-подъем каротажного зонда для определения фонового излучения для исключения природного гамма-излучения, идущего от материалов, присутствующих в пластах. Это исключение фонового излучения наиболее критично, если либо излучение закачанного радиоактивного материала прекратилось, и/или если этот материал был плохо размещен, и/или если этот материал был размещен глубоко в пласте, в результате чего его было трудно обнаружить.
С целью лучшего понимания настоящего изобретения, включая его основные преимущества, приведены следующие примеры. Следует понимать, что примеры приведены для иллюстративных целей и не должны рассматриваться как ограничивающие объем изобретения какими-либо специфическими материалами или условиями.
ПРИМЕРЫ
Покрытие из предварительно отвержденной смолы получают путем предварительного смешивания раствора, состоящего из 70 грамм смолы нефтяной скважины OWR-262E, которая представляет собой жидкую фенолформальдегидную резольную смолу, и (3,75 грамм 80%) или (6,0 грамм 50%) соединения сплава ванадия. Предварительно смешанный раствор затем добавляют к 1 килограмму подложки для трещины, предварительно нагретой до температуры 380-400°F (193-204°C). Затем подложку и предварительно смешанный раствор смешивают вместе при непрерывном перемешивании. Через 2 минуты 30 секунд к перемешиваемому добавляют поверхностно-активное вещество «Chembetaine». Перемешивание останавливают через 3 минуты 40 секунд, материал с покрытием помещают в печь, предварительно нагретую до 320°F (160°С), и затем сушат в течение 3-х минут 40 секунд. Материал с покрытием затем извлекают из печи и охлаждают до комнатной температуры.
Применяя описанную выше процедуру, для дальнейшего тестирования получили ряд соединений сплава ванадия (с различным размером частиц). Результаты представлены в таблице 1.
Поскольку изобретение было описано с отсылкой к типичным воплощениям, следует понимать, что специалисты в этой области техники могут внести различные изменения, и элементы изобретения могут быть заменены эквивалентами без отступления от объема изобретения. Кроме того, много модификаций может быть выполнено для того, чтобы адаптировать конкретную ситуацию или материал к идее изобретения без отступления от его объема защины. Следовательно, предполагается, что изобретение не ограничено определенным воплощением, раскрытым в качестве лучшего варианта, предлагаемого для выполнения этого изобретения, но что изобретение включает все воплощения, находящие в пределах прилагаемой формулы изобретения.
Предложенная группа изобретений относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к обработке продуктивного пласта с использованием расклинивающего материала. В одном аспекте предложен проппант, содержащий подложку и покрытие. При этом, по меньшей мере, или подложка, или покрытие, или и то и другое, содержат один или несколько воспринимающих облучение материалов. В другом аспекте предложен способ, включающий размещение в трещине пласта проппанта и/или жидкости для обработки, которые включают воспринимающие облучение материалы, облучение воспринимающего облучение материала нейтронами, измерение гамма-излучения, испускаемого воспринимающим облучение материалом за один спуск-подъем каротажного зонда, и определение высоты трещины пласта по измеренному гамма-излучению. При этом единственный спуск-подъем зонда может представлять собой непрерывный или периодический процесс. Указанная группа изобретений позволяет следить и контролировать процесс гидроразрыва подземного пласта. 3 н. и 23 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.
1. Способ обработки подземного пласта, включающий: a) размещение в трещине гидроразрыва пласта проппанта и/или жидкости для гидроразрыва пласта, включающих воспринимающий облучение материал, где воспринимающий облучение материал представляет собой нерадиоактивный материал; b) установку в определенное положение зонда для каротажа так, чтобы он находился вблизи по меньшей мере от одной части трещины пласта после размещения воспринимающего облучение материала в трещине пласта, где зонд для каротажа включает первый детектор, излучатель нейтронов и второй детектор; c) измерение гамма-излучения испускаемого по меньшей мере от одной части трещины пласта с помощью первого детектора в течение первого периода времени; d) расположение излучателя нейтронов так, чтобы он находился вблизи по меньшей мере от одной части; e) облучение по меньшей мере одной части трещины пласта в течение второго периода времени; f) расположение второго детектора так, чтобы он находился вблизи по меньшей мере от одной части трещины пласта; g) измерение гамма-излучения, испускаемого от любого облученного воспринимающего облучение материала проппанта и/или жидкости для гидроразрыва пласта, размещенных по меньшей мере в первой части трещины пласта в течение третьего периода времени; и h) вычитание гамма-излучения, испускаемого по меньшей мере от одной части трещины пласта из гамма-излучения, испускаемого от облученного воспринимающего облучение материала по меньшей мере одной части трещины пласта, в котором все стадии от b) до h) проводят за единственный спуско-подъем каротажного зонда.
2. Способ по п.1, дополнительно включающий: i) определение высоты трещины пласта по разнице между гамма-излучением, испускаемым по меньшей мере одной частью трещины пласта, и гамма-излучением, испускаемым облученным воспринимающим облучение материалом, прилегающим по меньшей мере к первой части трещины пласта.
3. Способ по п.2, дополнительно включающий: j) повторение всех стадий от b) до h), после того как период полураспада воспринимающего облучение материала истечет, для повторного определения высоты трещины пласта.
4. Способ по п.1, в котором единственный спуско-подъем каротажного зонда включает выполнение стадий от b) до h) для второй части трещины пласта.
5. Способ по п.1, в котором единственный спуско-подъем каротажного зонда включает непрерывное движение или периодическое движение.
6. Способ по п.5, в котором каждый из первого периода времени, второго периода времени и третьего периода времени имеет продолжительность, равную от примерно 2 до примерно 10 мин.
7. Способ по п.1, в котором воспринимающий облучение материал включает материал, который выбирают из группы, состоящей из элементного металла, сплава, соли, композита, суспензии металла и их комбинаций.
8. Способ по п.1, в котором воспринимающий облучение материал, после того как был подвергнут облучению, имеет период полураспада менее чем примерно 100 дней или равный примерно 100 дням.
9. Способ по п.1, в котором воспринимающий облучение материал включает частицы, размер которых равен примерно 1-20 мкм.
10. Способ по п.1, в котором воспринимающий облучение материал включает материал, который выбирают из группы, состоящей из лантана, диспрозия, европия, лютеция, гольмия, самария, гадолиния, церия, брома, марганца, золота, рения, вольфрама, бария, стронция, германия, циркония, тантала, хрома, бора, иридия, кадмия, галлия и их комбинаций.
11. Способ по п.1, в котором проппант включает подложку и покрытие, размещенное на подложке, и подложка и/или покрытие включают воспринимающий облучение материал.
12. Способ по п.11, в котором покрытие включает непрерывное или прерывистое расположение воспринимающего облучение материала, имеющего толщину вплоть до примерно 20 мкм.
13. Способ по п.1, в котором проппант включает смесь первого проппанта, включающего воспринимающий облучение материал, и второго проппанта, не содержащего какого-либо воспринимающего облучение материала.
14. Способ по п.1, в котором проппант включает порошок карбонитрида ванадия.
15. Способ по п.1, в котором проппант размещен в жидкости для обработки, включающей кислотную смесь.
16. Проппант, включающий: подложку и покрытие, расположенное на подложке, в котором по меньшей мере или подложка, или покрытие, или и то и другое включают один или несколько воспринимающих облучение материалов, который выбран из группы, состоящей из галогенсодержащих материалов, материала ряда лантаноидов и их комбинаций, и в котором один или несколько воспринимающих облучение материалов включают частицы размером или толщиной менее чем примерно 20 мкм, и который представляет собой нерадиоактивный материал, до тех пор, пока он не будет бомбардирован нейтронами.
17. Проппант по п.16, в котором покрытие представляет собой непрерывное или прерывистое покрытие из материала, который выбран из группы, состоящей из органического материала, неорганического материала и их комбинаций.
18. Проппант по п.16, в котором покрытие включает один или несколько воспринимающих облучение материалов и толщина нанесения которых равна от 0,1 мкм до 20 мкм.
19. Проппант по п.17, в котором органический материал включает полимерный материал, включающий один или несколько воспринимающих облучение материалов, помещенных в полимерные материалы или интегрированных в основную цепь полимерного материала.
20. Проппант по п.17, в котором неорганический материал включает материал, который выбран из группы, состоящей из элементного металла, сплава, соли, композита, суспензии металла и их комбинаций.
21. Проппант по п.16, в котором подложка включает органическую частицу, имеющую наполнитель, и диспергированные в ней один или несколько воспринимающих облучение материалов.
22. Проппант по п.16, в котором воспринимающий облучение материал включает по меньшей мере ванадий и в котором после облучения воспринимающий облучение материал имеет период полураспада, равный от примерно 10 с до примерно 50 мин.
23. Проппант по п.16, в котором воспринимающий облучение материал представляет собой порошок ванадия.
24. Проппант по п.23 в котором порошок ванадия включает материалы из карбонитрида ванадия и имеет частицы с размером, равным примерно 1-20 мкм, и в котором количество порошка ванадия равно от 0,01 до 5 мас.% в расчете на металлический ванадий по отношению к общей массе проппанта.
25. Проппант по п.16, в котором подложка включает первый воспринимающий облучение материал и покрытие включает второй воспринимающий облучение материал, отличный от первого воспринимающего облучение материала.
26. Жидкость для обработки, включающая проппант по п.17.
| WO 2007019585 А2, 15.02.2007 | |||
| Способ определения положения радиоактивного вещества | 1960 |
|
SU133129A1 |
| US 4731531 A1, 15.03.1988 | |||
| US 5441110 A1, 15.08.1995 | |||
| US 6632527 B1, 14.10.2003. | |||
