СПОСОБ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАЗРЫВА ПЛАСТА Российский патент 2014 года по МПК E21B43/267 C09K8/80 

Предпосылки создания изобретения

Извлечение углеводородов из нетрадиционных пластов, таких как плотные песчаники и глинистые сланцы, обычно требует интенсификации притока, например, с помощью гидравлического разрыва пласта для обеспечения рентабельной добычи. Широкий ряд жидкостей на водной основе с небольшой добавкой несшитого полимера (или других соединений, понижающих трение) часто используются в качестве жидкости для гидроразрыва пласта с целью интенсификации притока в малопроницаемых нетрадиционных (сланцевых) пластах. Такие способы обработки рассчитаны на интенсификацию притока из крупных объемов пласта и открытие большей площади поверхности углеводородсодержащей породы, способствуя тем самым увеличению добычи. Хотя реагенты на водной основе, как правило, плохо обеспечивают перенос в трещину обычных расклинивающих агентов вследствие своей очень низкой вязкости, их, тем не менее, считают эффективными и экономичными. Применение низковязких жидкостей для интенсификации притока из трещин в малопроницаемых пластах иногда приводит к созданию сети пересекающихся трещин гидроразрыва, а иногда - к развитию единичной плоскости трещины. Несмотря на то что низкая проводимость, достигаемая при таких способах обработки, часто оказывается достаточной для пластов глинистых сланцев, можно полагать, что увеличение поверхности контакта за счет формирования сложной сети трещин станет одним из основных факторов, позволяющих увеличить добычу углеводородов в таких пластах.

Существующие методы обработки оказались недостаточно эффективными для формирования сети трещин с высокой плотностью трещин. Сложность сети трещин выражается в количестве взаимосвязанных трещин в системе сети, как показано на фиг.1. Существует потребность в надежном методе гидроразрыва, при котором создается сеть трещин повышенной сложности и, таким образом, большая поверхность контакта с пластом в течение одного цикла ГРП.

Краткое изложение сущности изобретения

Один из вариантов осуществления настоящего изобретения представляет собой способ гидравлического разрыва подземной формации, при котором ряд жидкостей последовательно закачивается в формацию; эта последовательность в качестве отличительного признака содержит первый цикл, который включает (a) закачивание промежуточной жидкости с вязкостью менее чем приблизительно 50 мПа·c при скорости сдвига 100 с^-1 при внешних условиях, (b) закачивание суспензии расклинивающего агента с вязкостью менее чем приблизительно 50 мПа·c при скорости сдвига 100 с^-1 при внешних условиях, (c) закачивание загущенной жидкости (которая будет действовать в качестве отклоняющего агента) с вязкостью более чем приблизительно 50 мПа·c при скорости сдвига 100 с⁻¹ при внешних условиях и один или несколько последующих циклов, включающих повторение этапов (b) и (c). В некоторых случаях первой закачивается промежуточная жидкость. Как правило, проницаемость формации менее чем приблизительно 1 мД.

В другом варианте осуществления загущенная отклоняющая жидкость обладает вязкостью менее чем приблизительно 20 мПа·c во время закачки, после чего она загустевает в пласте; например, пласт содержит карбонат, при этом загущенная жидкость первоначально является кислотной и становится более вязкой по мере расходования кислоты. Для образования таких систем, которые загустевают в пласте, могут использоваться самоотклоняющие кислотные системы.

В различных других вариантах осуществления загущенная жидкость содержит также расклинивающий агент; общий объем жидкости, закачиваемой на этапах (b), составляет по меньшей мере 75 процентов общего объема жидкости, закачиваемой при гидроразрыве; жидкость, закачиваемая на этапах (b), переносит по меньшей мере 90 процентов всего расклинивающего агента, закачиваемого при гидроразрыве; для расклинивающего агента выбирают одну из следующих форм: сферы, стержни, цилиндры, пластины, листы, сфероцилиндры, эллипсоиды, торы, овалы, волокна, дуги/ячейки, сети, сети/ячейки, соты, пузырьки, губчатые или пеноструктуры, а также комбинации этих форм; размер расклинивающего агента варьирует в пределах приблизительно от 5 до 1000 микрон.

Еще в одном варианте осуществления по меньшей мере одна из закачиваемых жидкостей содержит твердые материалы, поддающиеся разложению, такие как полимолочная кислота, полигликолевая кислота, сополимеры полимолочной кислоты и полигликолевой кислоты, сополимеры гликолевой кислоты с другими группами, содержащими гидроксильные, карбоксильные или оксикарбоновые кислоты, сополимеры молочной кислоты с другими группами, содержащими гидроксильные, карбоксильные или оксикарбоновые кислоты, а также смеси указанных материалов. Поддающиеся разложению материалы, как правило, используются в форме волокон, пластин, хлопьевидных частиц, гранул и их комбинаций.

В других вариантах осуществления жидкость этапа (a), или жидкость этапа (b), или обе эти жидкости содержат понизитель трения. Жидкость этапа или этапов (c) может в некоторых случаях содержать расклинивающий агент в количестве менее чем приблизительно 0,024 кг на литр свободной от примесей жидкости или может в некоторых случаях быть практически свободной от расклинивающего агента.

В соответствии с другими вариантами осуществления после одного или нескольких циклов выполняется закачка жидкости с вязкостью более чем приблизительно 50 мПа·c при скорости сдвига 100 с⁻¹ при внешних условиях, содержащей крупнозернистый расклинивающий агент; после одного или нескольких этапов закачки жидкости с вязкостью более чем приблизительно 50 мПа·c при скорости сдвига 100 с⁻¹ при внешних условиях, содержащей крупнозернистый расклинивающий агент, в некоторых случаях может осуществляться закачка жидкости, содержащей агент для регулирования выноса расклинивающего агента из трещины в скважину.

В другом варианте осуществления способ включает заключительный этап закачки промывочной жидкости; вязкость по меньшей мере одной из жидкостей повышается под действием поддающегося разложению загустителя. В других вариантах осуществления по меньшей мере одному этапу (b) после первого этапа (b) предшествует этап (a) или каждому этапу (b) предшествует этап (a).

Общий объем жидкости, закачиваемой на этапах (c), предпочтительно составляет менее 10 процентов общего объема жидкости, закачиваемой при гидроразрыве. В каждом цикле отношение объема жидкости на этапе C к объему жидкости на этапе B предпочтительно равно менее чем приблизительно 1/10.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показана сложность системы трещин, возрастающая от A к B и от B к C.

На фиг.2 представлена система манифольда.

На фиг.3 показана зависимость давления от времени в системе манифольда.

Подробное описание изобретения

Описание настоящего изобретения дается на примере обработки вертикальных скважин, но оно в равной степени применимо к скважинам с любой ориентацией. Описание изобретения дается на примере скважин для добычи углеводородов, но подразумевается, что настоящее изобретение может также использоваться в скважинах для добычи других жидкостей, таких как вода или диоксид углерода, или, например, в нагнетательных скважинах и скважинах хранения. Подразумевается также, что в рамках данного технического описания при указаниях на какой-либо диапазон используемых, соответствующих и т.п. концентраций или количеств имеются в виду любые концентрации или количества в пределах данного диапазона, включая начальную и конечную точки. Кроме того, каждое числовое значение следует сначала читать как имеющее определение «приблизительно» (если такое определение отсутствует в тексте) и в дальнейшем читать как не имеющее такого определения, если в контексте не оговорено иначе. Например, «диапазон от 1 до 10» означает указание на все без исключения возможные числа в непрерывном множестве между приблизительно 1 и приблизительно 10. Иными словами, в случае когда дается некоторый диапазон, даже если только несколько конкретных точек данных указаны в явном виде или подразумеваются внутри этого диапазона или даже если никакие точки данных не подразумеваются внутри этого диапазона, следует иметь в виду, что авторы изобретения учитывают и понимают, что все без исключения точки данных рассматриваются в качестве заданных, и что авторы изобретения обладают всем диапазоном и всеми точками внутри указанного диапазона.

Авторами изобретения разработан способ повышения сложности системы трещин для увеличения добычи углеводородов из нетрадиционных малопроницаемых пластов. При этом способе выполняется поэтапная закачка в пласт; обработка с помощью низковязкой жидкости дополняется по меньшей мере одним этапом закачки относительно небольшого объема жидкости, вязкость которой повышается под действием поддающегося разложению загустителя, используемого в качестве отклоняющего агента. Закачка отклоняющего агента на основе вязкой жидкости приводит к возрастанию эффективного давления и закупориванию некоторых микротрещин в первоначально созданной системе трещин, что вызывает образование дополнительных микротрещин, связанных с первоначальной сетью трещин, и увеличивает поверхность контакта с горной породой. Закачка вязких водяных пробок отклоняющего агента, как правило, повторяется. Такое использование пробок из вязкой жидкости обеспечивает интенсификацию притока из больших объемов пласта в его отдаленных областях. После обработки загущенная жидкость разлагается естественным путем или разрушается с помощью разжижителя, подготавливая добычу из временно закупоренных трещин. Следует отметить, что настоящее изобретение относится к способу перенаправления гидроразрыва в пределах зоны уже интенсифицированного притока, что приводит к созданию большей поверхности контакта с пластом благодаря возрастанию сложности трещин в этой зоне.

Когда приток из трещин стимулируется в нескольких продуктивных зонах, часто требуется обработка нескольких зон за несколько этапов. Вследствие этого возникает необходимость в применении метода отклонения, позволяющего осуществлять перенаправление гидроразрыва от зоны к зоне. Такое отклонение, в некоторых случаях с использованием нового перфорационного прострела после каждого ГРП, выполняется, например, с помощью мостовых пробок, уплотнительных шариков, твердогелевых пробок или пробок из поддающихся разложению волокон, порошка, хлопьевидных частиц, гранул, шариков и комков, иногда с покрытиями, медленно растворяющимися в воде. Другая ситуация, в которой требуется отклонение, возникает при перенаправлении гидроразрыва в пределах зоны интенсификации притока. В этом случае приток в дополнительном объеме породы стимулируется с использованием того же места ввода в пласте без перенаправления гидроразрыва в другую зону вдоль ствола скважины. Примечательно, что разработаны методы, в которых пробки из вязких жидкостей или мелкозернистого песка используются для предотвращения утечки жидкости и для уменьшения, а не увеличения сложности трещин в пластах с естественной трещиноватостью. В прошлом к созданию единичной плоскости трещины в призабойной зоне скважины вместо нескольких каналов взаимосвязанных трещин стремились целенаправленно для обеспечения существенного снижения извилистости и минимизации риска остановки пропанта.

Было показано, что обработка пласта с помощью рабочих жидкостей, содержащих понизитель трения, обеспечивает уровень добычи, сравнимый с уровнем, достигаемым с помощью обычного геля, но при значительно более низких затратах. Одна из важнейших особенностей операций с использованием рабочих жидкостей, содержащих понизитель трения, состоит в относительно низком загрязнении трещины гидроразрыва благодаря низкому содержанию полимера в жидкости. Однако низкая вязкость жидкости существенно уменьшает транспортные свойства жидкости, поэтому размещение расклинивающего агента в глубине трещины представляет собой проблему. Одним из решений стало использование расклинивающих агентов малого и сверхмалого удельного веса. Другое решение состоит в поэтапном закачивании рабочей жидкости, содержащей понизитель трения, и сшитого геля с различными количествами расклинивающих агентов; такие обработки часто называют гибридным ГРП. Хотя целью гидроразрыва с применением смешанной жидкости является более удобное размещение расклинивающего агента с помощью жидкости более высокой вязкости, чем у рабочих жидкостей, содержащих понизитель трения, отмечаются и другие преимущества этого варианта, включая создание более широких трещин и тем самым предотвращение закупоривания расклинивающим агентом. Отмечается также, что при гибридном ГРП может формироваться большая эффективная длина гидроразрыва, однако эффективная удельная проводимость при гидроразрыве с применением «смешанной» жидкости не всегда выше, чем при гидроразрыве с применением рабочих жидкостей, содержащих понизитель трения.

Был опробован гидроразрыв с помощью рабочих жидкостей, содержащих понизитель трения, без использования расклинивающего агента или с использованием только крупнозернистого расклинивающего агента, либо с поочередным использованием этих двух вариантов. Однако обычный ГРП с помощью рабочих жидкостей, содержащих понизитель трения, включает следующие этапы: a) закачка рабочей жидкости, содержащей понизитель трения (без расклинивающего агента); b) закачка рабочей жидкости, содержащей понизитель трения, с тонкозернистым расклинивающим агентом (например, песок, приблизительно соответствующий ситу № 100 (зерна крупностью приблизительно от 0,105 до 0,21 мм) или ситу № 30/70 (приблизительно от 0,21 до 0,595 мм)) с концентрациями, постепенно возрастающими приблизительно от 0,1 до 2 ppa (концентрация расклинивающего агента в фунтах на галлон жидкости носителя) (приблизительно от 0,012 до 0,240 кг песка на литр свободной от примесей жидкости); c) закачка линейного геля (с типовой вязкостью приблизительно от 10 до 100 мПа·c при скорости сдвига 100 с^-1) с крупнозернистым расклинивающим агентом (например, песок, приблизительно соответствующий ситу № 20/40 (приблизительно от 0,42 до 0,841 мм) или песок с полимерным покрытием, приблизительно соответствующий ситу № 20/40) с концентрациями, возрастающими до приблизительно 5 ppa (приблизительно 0,6 кг песка на литр свободной от примесей жидкости), для удержания открытым околоскважинного пространства трещины; и d) промывочная жидкость. Как правило, на этапе закачки жидкости гидроразрыва без расклинивающего агента закачивается приблизительно от 500 до 3000 баррелей (приблизительно от 80 до 480 м³), на этапе закачки рабочей жидкости, содержащей понизитель трения, - приблизительно от 500 до 25000 баррелей (приблизительно от 80 до 4000 м³), на этапе закачки геля - приблизительно от 500 до 25000 баррелей (приблизительно от 80 до 4000 м³) и на этапе промывки - приблизительно объем ствола скважины от устьевого отверстия до перфорационных отверстий, иногда плюс приблизительно 50 баррелей (около 8 м³).

Выполнение гибридного ГРП направлено на получение преимуществ гидроразрыва с использованием как обычного геля, так и рабочей жидкости, содержащей понизитель трения. Как правило, гидроразрыв с применением смешанной жидкости включает закачку следующих компонентов: a) закачка рабочей жидкости, содержащей понизитель трения (без расклинивающего агента); b) дополнительный этап закачки рабочей жидкости, содержащей понизитель трения, с тонкозернистым расклинивающим агентом (например, менее чем приблизительно 0,5 ppa (приблизительно 0,06 кг/л свободной от примесей жидкости)); c) закачка сшитого геля с вязкостью приблизительно от 100 до 1000 мПа·c при скорости сдвига 100 с^-1 с крупнозернистым расклинивающим агентом, например, соответствующим ситу приблизительно № 20/40 (приблизительно от 0,4 до 0,841 мм) (при концентрации, например, до приблизительно 5 ppa (приблизительно 0,6 кг песка на литр свободной от примесей жидкости)); в некоторых случаях повторение этапов b) и c); и закачка промывочной жидкости. Объемы, как правило, приблизительно такие же, как в случае гидроразрыва с использованием рабочей жидкости, содержащей понизитель трения, описанного выше. В модификации гидроразрыва с применением смешанной жидкости, называемой «обратным гибридным гидроразрывом с применением «смешанной» жидкости», последовательность закачки жидкостей изменена, поэтому высоковязкий полимер (линейный или сшитый) используется для создания трещины, тогда как расклинивающий агент, переносимый низковязкой жидкостью, закачивается после вязкой жидкости гидроразрыва. Различие значений вязкости приводит к образованию языков низковязкой жидкости-носителя расклинивающего агента в жидкости с более высокой вязкостью, при этом осаждению расклинивающего агента препятствуют слои (языки) более вязкой жидкости. В данном случае, как и при классическом гидроразрыве с применением «смешанной» жидкости, целью этой схемы является перенос расклинивающего агента в более глубокие части трещины для обеспечения большей расклиненной длины и более высокой проводимости трещины. При любом режиме закачки жидкости, содержащей понизитель трения, когда происходит переход с маловязкой на вязкую суспензию, замена рабочей жидкости, содержащей понизитель трения, на вязкую жидкость может осуществляться в течение некоторого периода времени перед добавлением расклинивающего агента; например, в другом варианте гидроразрыва с применением «смешанной» жидкости сначала закачивается рабочая жидкость с понизителем трения для формирования длины; затем выполняют закачку жидкости разрыва на основе сшитого геля, после чего закачивают крупнозернистый песок в сшитом геле.

Основное отличие способа настоящего изобретения от гидроразрыва с применением смешанной жидкости состоит в объемах загущенных жидкостей, закачиваемых на этапах закачки рабочей жидкости, содержащей понизитель трения. Поскольку размещение расклинивающего агента не является главной целью настоящего изобретения, вязкая жидкость составляет лишь небольшую долю общего объема работ. Кроме того, концентрация расклинивающего агента в загущенной жидкости аналогична его концентрации на этапах закачки рабочей жидкости, содержащей понизитель трения.

Нетрадиционные газовые пласты-коллекторы характеризуются чрезвычайно низкой проницаемостью (например, менее чем приблизительно от 0,1 мД до 100 нД в глинистых сланцах), при этом обработка пласта для интенсификации притока часто требует крупных объемов обработки (например, более чем приблизительно 15000 м³ (1 мГал)) и высоких скоростей закачивания (например, по меньшей мере приблизительно 6,4 м³/мин (40 баррель/мин), обычно приблизительно 10 м³/мин (60 баррель/мин) и иногда приблизительно до 20 м³/мин (120 баррель/мин)) для открытия длинных трещин и создания сложных сетей трещин, которые могут обеспечить неограниченный приток газа в скважину. Трещины, как правило, расклинивают с помощью песка различного размера, переносимого с помощью реагентов на водной основе, обычно представляющих собой воду с небольшим количеством полимерных понизителей трения, обладающих вязкостью приблизительно до 50 мПа·c при скорости сдвига 100 с^-1. Жидкости, обладающие более высокой вязкостью, например более чем приблизительно 15 сП, как правило, называют жидкостями разрыва на водной основе. Расклинивающие агенты малого удельного веса, например, имеющие удельный вес приблизительно от 2,2 до 2,8, и сверхмалого удельного веса, например приблизительно от 1,0 до 2,0, могут применяться для гидроразрыва с применением рабочих жидкостей, содержащих понизитель трения. Данные жидкости содержат значительно более низкие концентрации полимеров, чем линейные или сшитые гели, поэтому они оказывают значительно меньшее разрушительное воздействие на пачку расклинивающего агента.

Для увеличения эффективного стимулируемого объема (ЭСО) пласта-коллектора применяются различные способы отклонения. Эти способы основаны на временном закупоривании некоторых зон (например, зон уже интенсифицированного притока) с целью интенсификации притока в других зонах в рамках того же цикла обработки. В большинстве существующих способов отклонения интенсификация в различных зонах пласта осуществляется с использованием стволов скважин и перфорационных отверстий. В этих способах применяются различные средства разобщения пластов, транспортируемые с помощью обсадной колонны, такие как мостовые пробки, песчаные пробки, уплотнительные шарики, отклонение за счет индуцированного напряжения и другие. В области гидравлического разрыва пластов отклонение в пределах трещины применяется реже. Один из способов предусматривает отклонение в пределах трещины в околоскважинном пространстве по требованию. В этом способе применяются смесь расклинивающего агента и поддающихся разложению волокон наряду со стратегией размещения, предусматривающей временное закупоривание поверхности трещины в околоскважинном пространстве, позволяющее осуществить отклонение процесса обработки в другую зону ствола скважины.

В настоящем изобретении раскрыт способ повышения сложности сети трещин и увеличения поверхности контакта с пластом за счет применения загущенных жидкостей. Загущенные жидкости можно выбирать из таких жидкостей, как, помимо прочего, вязкоупругие поверхностно-активные вещества, сшитые боратом и/или металлом полисахариды, например гуаровые смолы, производные целлюлозы, ксантаны, склероглюканы и т.д. Жидкости могут также включать задерживающие сшивку агенты для контроля вязкости жидкостей, разжижители, в том числе инкапсулированные разжижители, для обеспечения разложения пробок после обработки, поддающиеся разложению волокна и другие добавки. Такие жидкости и их компоненты известны специалистам в данной области. Этот способ предпочтительно применяется к пластам с проницаемостью менее чем приблизительно 1 мД, предпочтительнее - к пластам с проницаемостью менее чем приблизительно 10 мД и наиболее предпочтительно - к пластам глинистых сланцев с проницаемостью менее чем 1000 нД. Данный способ может использоваться при повторном ГРП.

Как и при обычной обработке пласта с помощью рабочих жидкостей, содержащих понизитель трения, типовая обработка согласно настоящему изобретению начинается с жидкости разрыва, этап A, на котором выполняется закачка чистой рабочей жидкости, содержащей понизитель трения. На этапе закачки жидкости гидроразрыва без расклинивающего агента создается система трещин и обеспечивается ее ширина, достаточная для прохождения расклинивающего агента. За этапом закачки жидкости гидроразрыва без расклинивающего агента следует этап B крупных объемов, на котором происходит закачка рабочей жидкости с понизителем трения, содержащей расклинивающий агент, доставляющей расклинивающий агент в открытую главную трещину и к сетям дополнительных трещин. Жидкость B составляет по меньшей мере 75 процентов общего объема жидкости, используемой при обработке пласта. Жидкости этапов A и B обладают вязкостью менее чем приблизительно 50 мПа·c при скорости сдвига 100 с^-1 при внешних условиях, предпочтительно приблизительно от 1 до 10 мПа·c при скорости сдвига 100 с^-1. Жидкости A и B могут быть одинаковыми и различными. Расклинивающие агенты для обработки пласта с помощью рабочих жидкостей, содержащих понизитель трения, известны специалистам в данной области; к числу неограничивающих примеров относятся песок и другие породы и минералы, включая мусковит, керамические и полимерные материалы, биоматериалы, а также смеси этих материалов. Особое внимание следует уделить выбору материала расклинивающего агента, поскольку реагенты на водной основе имеют довольно плохие транспортные свойства ввиду очень низкой вязкости. Этап отклонения C следует за размещением расклинивающего агента в дальней зоне на этапе B и включает закачку загущенной жидкости, которая в некоторых случаях может также содержать расклинивающий агент и/или волоконный(-е) материал(-ы). После увеличения вязкости жидкость этапа C обладает вязкостью более чем приблизительно 50 мПа·c, предпочтительно приблизительно от 100 до 1000 мПа·c при скорости сдвига 100 с^-1 при внешних условиях. В некоторых случаях жидкость этапа C может закачиваться в качестве низковязкой жидкости, причем вязкость жидкости возрастает в пласте; в этом случае начальная вязкость составляет более чем приблизительно 20 мПа·c при скорости сдвига 100 с^-1 (с предпочтительным диапазоном приблизительно от 20 до 100 мПа·c при скорости сдвига 100 с^-1), а окончательная вязкость - более чем приблизительно 50 мПа·c, предпочтительно приблизительно от 100 до 1000 мПа·c при скорости сдвига 100 с^-1 при внешних условиях. Объем этапа C в целом меньше, чем объемы других этапов обработки пласта. Соотношение объемов жидкости на этапе C и жидкости на этапе B равно менее чем приблизительно 1/10, предпочтительно приблизительно от 1/100 до 1/10. Верхний предел общего объема жидкости на этапе C в каждом цикле обработки (до перенаправления процесса обработки в другой интервал ствола скважины) составляет приблизительно 64 м³ (400 баррелей); может использоваться всего около 10 м³ жидкости. Жидкость C в некоторых случаях содержит волокно, например поддающееся разложению волокно, и/или расклинивающий агент. Предпочтительный размер расклинивающего агента составляет приблизительно от 0,05 мм до 1 мм (предпочтительно приблизительно от 0,2 до 0,4 мм; предпочтительная концентрация расклинивающего агента составляет приблизительно от 0,012 до 0,6 кг на литр свободной от примесей жидкости (наиболее предпочтительно приблизительно от 0,024 до 0,24 кг на литр свободной от примесей жидкости).

Особенно перспективным способом закачки низковязкой жидкости на этапе C с последующим возрастанием вязкости жидкости в карбонатсодержащем пласте, например карбонатсодержащих глинистых сланцах, является использование кислотной жидкости, вязкость которой увеличивается при возрастании pH, например, за счет взаимодействия с пластовой породой. Известно применение многих таких систем при кислотной обработке пласта и кислотном гидроразрыве; их обычно называют самоотклоняющими кислотами, а в случае когда они формируются на основе вязкоупругих поверхностно-активных веществ, - вязкоупругими отклоняющими кислотами. В настоящем изобретении они используются для отклонения рабочих жидкостей, содержащих понизитель трения. Примерами таких систем на основе вязкоупругих поверхностно-активных веществ являются некоторые бетаины. Подходящие загустители и системы описаны в патентах США №№ 6,399,546; 6,667,280; 6,903,054; 7,119,050; 7,148,184; 7,380,602 и 7,666,821. Помимо отклонения применение таких самоотклоняющих кислот в настоящем изобретении позволяет дополнительно увеличить сложность сетей трещин за счет внесения неоднородности путем разъедания пласта и уменьшения давления при создании трещины, а также путем выборочного растворения отложений, которые обычно образуются в естественных трещинах/щелях/структуре пласта.

Этап C может также содержать волокна, предпочтительно имеющие диаметр приблизительно от 1 до 100 микрон (более предпочтительно приблизительно от 10 до 30 микрон) и длину приблизительно от 1 до 50 мм (предпочтительно приблизительно от 3 до 35 мм) при концентрации приблизительно от 0 до 60 г на литр свободной от примесей жидкости (предпочтительно приблизительно от 1,2 до 16 г на литр свободной от примесей жидкости).

Жидкость, практически свободная от расклинивающего агента, определяется здесь как жидкость с содержанием расклинивающего агента менее чем приблизительно 0,024 кг на литр свободной от примесей жидкости. Вязкая жидкость предназначена и, таким образом, рассчитана на отклонение, а не транспорт расклинивающего агента или волокна в трещину. Жидкости этапа C практически свободны от расклинивающего агента.

Закачка загущенной жидкости приводит к возрастанию эффективного давления в трещине, что временно снижает поток жидкости в части первичной трещины и вызывает образование боковых трещин вдоль первичной трещины. Это временное возрастание давления обеспечивает также обратимое увеличение ширины трещины, снижающее вероятность закупоривания трещины расклинивающим агентом. Поскольку загущенная жидкость имеет плотность, близкую к плотности самой рабочей жидкости, содержащей понизитель трения, пробки этой вязкой жидкости могут быть перемещены в систему сети трещин без каких-либо проблем, связанных с осаждением пробок (см. Пример 1).

Жидкости A и B предпочтительно выбирают из группы, включающей пресную воду, минерализованную воду, морскую воду, растворы полимеров, растворы вязкоупругих поверхностно-активных веществ, гелированные нефти, загущенное дизельное топливо, эмульсии и смеси этих жидкостей. Жидкость C предпочтительно выбирают из группы, включающей растворы полимеров, гели, сшитые гели, растворы вязкоупругих поверхностно-активных веществ, гелированные нефти, загущенное дизельное топливо и эмульсии. Эти загустители предпочтительно поддаются разложению. К числу предпочтительных полимеров относятся гуаровая смола, аравийская камедь, камедь карайи, тамариндовая камедь, смола плодоворожкового дерева, целлюлоза, ксантан, склероглюкан, полиакриламид, полиакрилат, сочетания этих материалов, а также модифицированные, замещенные или производные варианты этих полимеров. Полимеры в жидкостях могут быть сшитыми, например, с помощью соединений бора, алюминия, титана, циркония, хрома, железа, меди, цинка, сурьмы, органических и неорганических полиионов, а также сочетаний этих материалов. В некоторых случаях жидкости могут содержать задерживающие сшивку агенты или разжижители гелей или полимеров, например, инкапсулированные разжижители гелей, внутренние разжижители гелей замедленного действия, температурно активируемые разжижители гелей и их сочетания. Расклинивающий агент в жидкости B и в некоторых случаях в жидкости C предпочтительно выбирают из группы, включающей пески, керамические материалы, стекло, горные породы и минералы, такие как слюда, органические и неорганические полимеры, металлы и сплавы, композитные материалы и смеси этих материалов. Для расклинивающего агента предпочтительно выбирают одну из следующих форм: сферы, стержни, цилиндры, пластины, листы, сфероцилиндры, эллипсоиды, торы, овалы, волокна, дуги/ячейки, сети, сети/ячейки, соты, пузырьки, губчатые или пеноструктуры, а также сочетания этих форм. «Дуги/ячейки» и «сети/ячейки» представляют собой специальные трехмерные структуры материалов, например сетчатый ретикулированный пенополиуретан. Такие материалы имеют трехмерную пузырчатую структуру, состоящую, например, из додекаэдров, каждая грань которых представляет собой пятиугольник. Пятиугольники образованы ребрами, между которыми располагается мембрана или окно. Как минимум одна мембрана всегда отсутствует, образуя тем самым открытопористую структуру. Все загустители, расклинивающие агенты и способы подготовки этих жидкостей известны специалистам в данной области.

Расклинивающий агент в жидкостях B и в некоторых случаях C предпочтительно имеет размер в диапазоне приблизительно от 5 до 1000 микрон, наиболее предпочтительно приблизительно от 50 до 840 микрон. Эти расклинивающие агенты могут в некоторых случаях иметь покрытие или подвергаться обработке с использованием органофильных материалов. Жидкость B предпочтительно переносит приблизительно 90 вес. процентов расклинивающего агента на этапах B и C.

Жидкости на этапах B и C могут в некоторых случаях также содержать поддающиеся разложению материалы, например волокна, пластины, хлопьевидные частицы, гранулы и сочетания этих материалов. Материалы, поддающиеся разложению, выбирают из группы, включающей, например, полимолочную кислоту, полигликолевую кислоту, сополимеры полимолочной кислоты и полигликолевой кислоты, сополимеры гликолевой кислоты с другими группами, содержащими гидроксильные, карбоксильные или оксикарбоновые кислоты, сополимеры молочной кислоты с другими группами, содержащими гидроксильные, карбоксильные или оксикарбоновые кислоты, а также смеси указанных материалов.

Любые жидкости, в частности, жидкости, используемые на этапах C, могут быть вспененными или активированными.

Часто считается, что системы трещин, сформированных с помощью гидроразрыва с применением рабочих жидкостей, содержащих понизитель трения, в неоднородных пластах, имеют сложное разветвленное строение с большим количеством пересекающихся естественных трещин и с изменяющимся направлением трещин (см. фиг.1C). Однако загущенные жидкости и способы, применяемые в настоящем изобретении, обеспечивают закупоривание существующих трещин на значительном расстоянии от ствола скважины; это зависит от вязкости жидкости, которая, в свою очередь, может контролироваться задерживающим агентом. Изменяя время задержки, оператор может контролировать расстояние от ствола скважины, на котором происходит закупоривание. Образовавшаяся пробка резко увеличивает давление и вызывает образование новых трещин, связанных с той же сетью трещин и растущих в других направлениях, интенсифицируя приток в ранее необработанных зонах (см. Пример 2).

Этапы A (в некоторых случаях) и B повторяются после каждого отклонения (этап C) для создания новой(-ых) трещины(-н) и сети трещин. Каждая закачка жидкости, включающая как минимум этап B и этап C (в любом порядке), называется циклом; каждый цикл содержит минимум этапы B и C; процесс обработки в целом начинается с этапа A. Циклы, например ABC-ABC (предпочтительно), ABC-BC, ABC-BC-BC, ACB-CB-CB, ABC-BAC-BC или ABC-BC-ABC-BC и т.д., повторяются столько раз, сколько необходимо для развития нужной сети трещин. В любом цикле соотношение объемов жидкости на этапе C и жидкости на этапе B равно менее чем приблизительно 1/10, предпочтительно приблизительно от 1/100 до 1/10. Верхний предел общего объема жидкости на этапе C каждого цикла обработки (до перенаправления процесса обработки в другой интервал ствола скважины) составляет приблизительно 64 м³ (400 баррелей); может использоваться всего около 10 м³ жидкости. Любой цикл может в некоторых случаях включать этап A, а в некоторых случаях за ним может следовать этап D, в ходе которого закачивается гель с крупнозернистым (например, приблизительно от 0,4 до 1 мм (предпочтительно приблизительно от 0,42 до 0,84 мм)) расклинивающим агентом для удержания от смыкания первичной трещины и обеспечения ее высокой проводимости. За любым этапом D в некоторых случаях следует этап E, состоящий в закачке агента для регулирования выноса расклинивающего агента из трещины в скважину, например расклинивающего агента со смоляным покрытием или любого другого агента для регулирования выноса, известного специалистам, такого как волокна, и, наконец, дополнительная промывка, этап F. Для промывки могут использоваться вода, минерализованная вода или жидкость, идентичная или аналогичная жидкости любого этапа A; объем промывки обычно приблизительно соответствует объему интервала ствола скважины от устьевого отверстия до верха или низа перфорированного интервала, подвергаемого обработке (увеличенного или уменьшенного на величину приблизительно от 3 до 100 баррелей (приблизительно от 18 до 65 м³)). Жидкость любого этапа D обладает вязкостью приблизительно от 1 до 1000 мПа·c при скорости сдвига 100 с^-1; жидкость любого этапа E обладает вязкостью приблизительно от 1 до 50 мПа·c при скорости сдвига 100 с^-1.

Жидкость каждого из этапов A, B, C, D или E необязательно должна быть идентична жидкости любого другого этапа A, B, C, D или E. После окончания обработки и закрытия трещины жидкостные пробки, созданные к началу этапа(-ов) C для отклонения, разлагаются естественным путем или разрушаются с помощью окислительный реагентов или других типов разжижителей, которые уменьшают вязкость жидкости. При этом открываются изначально трещинные области пласта и обеспечивается перенос углеводородов или других жидкостей к стволу скважины, способствуя увеличению добычи.

Приведенные ниже примеры иллюстрируют транспортные свойства загущенной жидкости в рабочей жидкости, содержащей понизитель трения, обладающей аналогичной плотностью (Пример 1); транспортные свойства пробки (Пример 2); и закупоривание системы манифольда (которая имитирует формирование сложной сети трещин) пробкой загущенной жидкости (Пример 3). Эти примеры представлены для иллюстрации предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения и никоим образом не ограничивают объем настоящего изобретения.

Пример 1:

Жидкостная пробка, полученная из сшитого боратом гуарового геля с концентрацией гуара 6 г/л (50 фунтов/1000 галлонов), была помещена в паз плоской ячейки 1000×300×4 мм, выполненной из плексигласа, над жидкостью, содержащей понизитель трения (раствор, содержащий 0,05 вес. процентов полиакриламидного понизителя трения). Обе используемые жидкости имели близкие плотности. В течение всего времени эксперимента, продолжавшегося 4 часа при комнатной температуре, никакой диффузии пробки не наблюдалось. Вязкая пробка оставалась плотной и держалась над жидкостью, содержащей понизитель трения без осаждения.

Пример 2:

Изучалось поведение вязкой пробки, используемой для отклонения потоков, при ее перемещении в длинной горизонтальной трубе, моделирующей ее перемещение в трещине. Испытание проводили в режиме ламинарного потока жидкости. Установка состояла из прозрачной пластиковой трубы (длина - 35 метров, внутренний диаметр - 18 мм), используемой для подачи воды, наносов для закачки вязкой пробки и базовой жидкости и двух фотодатчиков (один из которых размещался в начале, а другой - в конце трубы) для определения длины вязкой пробки, а также системы сбора данных. Для инжекции пробки использовали обводную линию. Вязкая пробка загружалась в обводную линию для закачки пробок перед началом эксперимента и изолировалась от основной линии с помощью клапанов. В начале эксперимента базовая жидкость прокачивалась в трубе в течение нескольких минут, что необходимо для достижения стабильного потока. По достижении стабильного ламинарного потока базовой жидкости проводили закачку вязкой пробки в систему. Эксперимент продолжался до полного выхода пробки из транспортной трубы.

Пробки из вязкой жидкости выполняли из сшитого боратом гуарового геля (pH 10,5) с концентрацией гуара 6 г/л (50 фунтов/1000 галлонов) и окрашивали фенолфталеином для лучшего визуального наблюдения. Базовая жидкость представляла собой воду, содержащую 0,05 вес. процентов полиакриламидного понизителя трения. Выполнялась закачка рабочей жидкости, содержащей понизитель трения, и пробки из вязкой жидкости, при этом изучалось изменение размера (растяжение) пробки в процессе ее перемещения внутри трубы. Расход жидкости составлял 8,1 л/мин, что соответствует линейной скорости 43,6 см/с. Эксперимент показал, что средние скорости пробки составляли 42 см/с. Разность скоростей базовой жидкости и вязкой пробки была обусловлена эффектом языкообразования, при котором перенос более плотной и вязкой жидкости осуществлялся медленнее по сравнению со скоростью базовой жидкости. Начальные длины закачиваемых пробок составляли 215±20 см. Окончательные длины пробок в конце трубы составляли 250±24 см. Таким образом, в условиях ламинарного движения значительного растяжения пробок в процессе переноса внутри трубы не наблюдалось. Эти эксперименты показывают возможность переноса пробки внутри трещины.

Пример 3:

Для моделирования образования разветвленной сети трещин использовали установку (Фиг.2), состоящую из системы разветвленных металлических трубок (3), внешний диаметр которых попеременно изменялся от 6,35 мм (0,25 дюйма) до 1,59 мм (1/16 дюйма) в точке разветвления, насоса (1), контейнера с жидкостью (2), пробойного диска сброса давления (4) и датчика давления. В ходе испытания систему наполняли рабочей жидкостью, инжектировали пробку и продолжали прокачку рабочей жидкости при постоянном расходе 0,5 л/мин вплоть до разрыва пробойного диска.

Пробки из вязкой жидкости выполняли из сшитого боратом гуарового геля (pH 10,5) с концентрацией гуара 6 г/л (50 фунтов/1000 галлонов). Базовая жидкость представляла собой воду, содержащую 0,05 вес. процентов полиакриламидного понизителя трения.

На фиг.3 показаны результаты испытания, при котором значения показания давления жидкости внутри трубы представлены как функция времени тестирования. При прокачке рабочей жидкости с постоянным расходом 0,5 л/мин, давление в системе, как правило, не превышало 138 кПа. После инжекции пробки давление скачкообразно выросло до 1007 кПа, при этом произошел разрыв пробойного диска сброса давления (4). В данном тесте система манифольда имитирует сложную сеть трещин на этапе отклонения потоков, при этом разрыв пробойного диска имитирует гидроразрыв в нестимулированной зоне пласта вследствие возрастания эффективного давления.

Представлен способ отклонения закачиваемой рабочей жидкости, содержащей понизитель трения, при гидравлическом разрыве пласта. Способ гидравлического разрыва подземной формации включает закачивание промежуточной жидкости с вязкостью менее чем приблизительно 50 мПа·с при скорости сдвига 100 с^-1 при внешних условиях. Далее закачивают суспензию расклинивающего агента с вязкостью менее чем приблизительно 50 мПа·с при скорости сдвига 100 с^-1 при внешних условиях. Закачивают загущенную жидкость с вязкостью более чем приблизительно 50 мПа·с при скорости сдвига 100 с^-1 при внешних условиях или загущенную жидкость, которая во время закачки обладает вязкостью менее чем приблизительно 20 мПа·с, после чего загустевает. Техническим результатом является повышение эффективности гидроразрыва. 3 пр., 3 ил.

1. Способ гидравлического разрыва подземной формации, содержащий первый цикл, включающий следующие этапы: (a) закачивание промежуточной жидкости с вязкостью менее чем приблизительно 50 мПа·с при скорости сдвига 100 с^-1 при внешних условиях, (b) закачивание суспензии расклинивающего агента с вязкостью менее чем приблизительно 50 мПа·с при скорости сдвига 100 с^-1 при внешних условиях, (c) закачивание загущенной жидкости с вязкостью более чем приблизительно 50 мПа·с при скорости сдвига 100 с^-1 при внешних условиях или загущенной жидкости, которая во время закачки обладает вязкостью менее чем приблизительно 20 мПа·с, после чего загустевает, и один или несколько последующих циклов, включающих повторение этапов (b) и (c).

2. Способ по п.1, в котором пласт содержит карбонат, и загущенная жидкость первоначально является кислотной, и/или проницаемость формации составляет менее чем приблизительно 1 мД.

3. Способ по любому из предшествующих пп., в котором загущенная жидкость также содержит расклинивающий агент.

4. Способ по п.1, в котором общий объем жидкости, закачиваемой на этапах (b), содержит по меньшей мере 75 процентов общего объема жидкости, закачиваемой при обработке пласта.

5. Способ по п.1, в котором по меньшей мере одна из закачиваемых жидкостей содержит твердые материалы, поддающиеся разложению, выбранные из группы, состоящей из полимолочной кислоты, полигликолевой кислоты, сополимеров полимолочной кислоты и полигликолевой кислоты, сополимеров гликолевой кислоты с другими группами, содержащими гидроксильные, карбоксильные или оксикарбоновые кислоты, сополимеров молочной кислоты с другими группами, содержащими гидроксильные, карбоксильные или оксикарбоновые кислоты, а также смесей указанных материалов.

6. Способ по п.5, в котором поддающиеся разложению материалы используются в форме волокон, пластин, хлопьевидных частиц, гранул и их комбинаций.

7. Способ по п.1, в котором жидкость этапа (a), или жидкость этапа (b), или обе эти жидкости содержат понизитель трения.

8. Способ по п.1, в котором жидкость этапа или этапов (c) содержит расклинивающий агент в количестве менее чем приблизительно 0,024 кг на литр свободной от примесей жидкости.

9. Способ по п.1, в котором после одного или нескольких циклов осуществляют закачку жидкости с вязкостью более чем приблизительно 50 мПа·с при скорости сдвига 100 с^-1 при внешних условиях, содержащей крупнозернистый расклинивающий агент.

10. Способ по п.1, включающий заключительный этап закачки промывочной жидкости.

11. Способ по п.1, в котором, по меньшей мере, одному этапу (b) после первого этапа (b) предшествует этап (a).

12. Способ по п.1, в котором каждому этапу (b) предшествует этап (a).

13. Способ по п.1, в котором общий объем жидкости, закачиваемой на этапе (c), содержит менее 10 процентов общего объема жидкости, закачиваемой при обработке пласта.

14. Способ по п.1, в котором в каждом цикле отношение объема жидкости на этапе C к объему жидкости на этапе B равно менее чем приблизительно 1/10.