ВЗРЫВЧАТАЯ ГРАНУЛА Российский патент 2017 года по МПК E21B43/263 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0001] Один общепринятый способ для описания характерных особенностей гидравлических разрывов пласта включает мониторинг гидравлического разрыва пласта (HFM). HFM использует группу геофонов для картирования микросейсмических событий, которые происходят в пластовой породе в связи с образованием разлома. Однако зачастую энергия звуковой волны, созданная во время разлома горной породы, слишком мала, чтобы ее уловить, или энергия звуковой волны генерируется смежными сегментами породы, а не самим разломом, что приводит к неточным результатам.

[0002] Повышение точности может быть достигнуто посредством ввода взрывчатой гранулы в разлом и мониторинга энергии акустической волны, созданной гранулами во время взрыва. Гранулы приспособлены к нагреванию флюидом внутри залежи и детонации при заданной температуре. Соответственно, гранулы предназначены для детонации при температуре, меньшей или равной температуре залежи. Однако для неглубоко залегающих пластов, где температура меньше чем около 100°C, транспортировка и хранение гранул могут быть опасными, потому что гранулы предназначены для детонации при температуре, меньшей или равной 100°C. В некоторых климатических условиях такие гранулы могут подвергаться воздействию температуры, близкой или превышающей 100°C, во время транспортировки или хранения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Изобретение раскрывает для ознакомления выбор концепций, которые дополнительно описаны ниже в подробном описании. Настоящее описание изобретения не предусматривает определение ключевых или существенных признаков заявленного предмета изобретения, а также не предназначено для ограничения объема заявленного предмета изобретения.

[0004] Описывается взрывчатая гранула для описания разлома в подземном пласте. Гранула может содержать корпус, содержащий детонирующее и взрывчатое вещество, расположенное внутри корпуса. Гранула также может содержать невзрывчатое вещество, подвижно расположенное внутри корпуса. Движение невзрывчатого вещества может выработать посредством трения заданное количество энергии в виде тепла, достаточного для детонации взрывчатого вещества.

[0005] Способ для описания разлома в подземном пласте может включать загрузку флюида с множеством гранул в ствол скважины. Каждая гранула может содержать корпус с детонирующим веществом и взрывчатым веществом, расположенными внутри. Движение невзрывчатого вещества может выработать посредством трения заданное количество энергии в виде тепла, достаточного для детонации взрывчатого вещества. Давление флюида может быть увеличено с целью образования разлома в подземном пласте, и, по меньшей мере, часть гранул может быть размещена внутри разлома. По меньшей мере, часть гранул может быть взорвана. От взорванных гранул может быть получен один или несколько сигналов.

[0006] Другой способ для описания разлома в подземном пласте может включать загрузку флюида с множеством гранул в ствол скважины. Каждая гранула может содержать корпус с детонирующим веществом и взрывчатым веществом, расположенными внутри. Детонирующее вещество может детонировать взрывчатое вещество, когда гранула подвергается воздействию заданной температуры. Давление флюида может быть увеличено с целью образования разлома в подземном пласте, и, по меньшей мере, часть гранул может быть размещена внутри разлома. Может быть вызвана экзотермическая реакция флюида. Флюид может включать от около 5 об.% до около 50 об.% металлического порошка, от около 50 об.% до около 95 об.% воды и от около 0,1 об.% до около 3 об.% гелирующего агента. По меньшей мере, часть гранул может быть взорвана при достижении флюидом заданной температуры. От взорванных гранул может быть получен один или несколько сигналов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0007] Чтобы более детально понять перечисленные характерные особенности, более конкретное описание, кратко подытоженное выше, можно получить путем ссылки на одно или несколько воплощений, некоторые из которых проиллюстрированы на прилагаемых чертежах. Однако следует отметить, что прилагаемые чертежи иллюстрируют только типичные воплощения и, следовательно, не должны рассматриваться как ограничивающие его объем, для изобретения можно допустить другие в равной степени эффективные варианты воплощения.

[0008] Фигура 1 иллюстрирует поперечный срез наглядной взрывчатой гранулы, в соответствии с одним или несколькими описанными воплощениями.

[0009] Фигура 2 иллюстрирует поперечный срез другой наглядной взрывчатой гранулы, в соответствии с одним или несколькими описанными воплощениями.

[0010] Фигура 3 иллюстрирует поперечный срез другой наглядной взрывчатой гранулы, в соответствии с одним или несколькими описанными воплощениями.

[0011] Фигура 4 иллюстрирует поперечный срез другой наглядной взрывчатой гранулы, в соответствии с одним или несколькими описанными воплощениями.

[0012] Фигура 5 иллюстрирует поперечный срез другой наглядной взрывчатой гранулы, в соответствии с одним или несколькими описанными воплощениями.

[0013] Фигура 6 иллюстрирует поперечный срез другой наглядной взрывчатой гранулы, в соответствии с одним или несколькими описанными воплощениями.

[0014] Фигура 7 иллюстрирует поперечный срез другой наглядной взрывчатой гранулы, в соответствии с одним или несколькими описанными воплощениями.

[0015] Фигуры 8А и 8Б иллюстрируют поперечные срезы наглядного хрупкого материала, расположенного внутри взрывчатой гранулы на Фигуре 7, в соответствии с одним или несколькими описанными воплощениями.

[0016] Фигура 9 схематически иллюстрирует картирование и мониторинг гидравлического разлома пласта в подземном пласте, в соответствии с одним или несколькими описанными воплощениями.

[0017] Фигуры 10А-10Г схематически иллюстрируют детонацию одной или нескольких гранул, в соответствии с одним или несколькими описанными воплощениями.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0018] Фигура 1 иллюстрирует поперечный срез наглядной взрывчатой гранулы 100, в соответствии с одним или несколькими воплощениями. Гранула 100 может содержать средство воспламенения 110, детонирующее вещество 120, а также взрывчатое вещество 130, расположенные внутри кожуха или корпуса 140. Средство воспламенения 110 может быть любым веществом или соединением, способным выработать достаточное количество тепла для инициирования детонирующего вещества 120 и/или взрывчатого вещества 130 или иным образом заставить детонирующее вещество 120 и/или взрывчатое вещество 130 зажечься, воспламениться, вспыхнуть, загореться или извергнуться.

[0019] Средство воспламенения 130 может быть инициировано триггером, например теплом. Например, средство воспламенения 110 может реагировать, когда подвергается воздействию температуры («температура воспламенения») около 100°C или более, около 110°C или более, около 120°C или более, около 130°C или более, около 140°C или более, около 150°C или более, около 160°C или более, около 170°C или более, около 180°C или более, около 190°C или более или около 200°C или более. Например, температура воспламенения может быть от около 125°C до около 175°C или от около 135°C до около 165°C.

[0020] Средство воспламенения 110 может быть или содержать окислитель и горючий компонент. Подходящие окислители могут быть или содержать нитрат серебра (AgNO₃), нитрат калия (KNO₃), нитрат натрия (NaNO₃), оксид железа (Fe₂O₃ или Fe₃O₄), свинцовый сурик (Pb₃O₄), перхлорат калия (KClO₄), перхлорат натрия (NaClO₄) или т.п. Подходящие горючие компоненты могут быть или содержать нитрогуанидин (CH₄N₄O₂), нитроцеллюлозу (C₆H₇(NO₂)₃O₅) или т.п. Количество средства воспламенения 110, загруженного в корпус 140, может варьироваться от малого, около 10 мг, около 20 мг, около 30 мг, около 40 мг или около 50 мг, до большого, около 60 мг, около 80 мг, около 100 мг, около 150 мг, около 200 мг или более. Например, количество средства воспламенения 110 может быть от около 10 мг до около 100 мг или от около 20 мг до 60 мг.

[0021] Детонирующее вещество 120 может располагаться между средством воспламенения 110 и взрывчатым веществом 130 внутри корпуса 140. Детонирующее вещество 120 может быть любым веществом или соединением, способным перейти от дефлаграции к детонации и передать детонацию взрывчатому веществу 130 или иным образом возбудить взрыв или заставить взрывчатое вещество 130 взорваться. Детонирующее вещество 120 может детонировать взрывчатое вещество 130 во время инициирования средством воспламенения 110 или во время контакта или удара достаточной силы, как более детально описано ниже. Детонирующее вещество 120 может быть или включать азид свинца (Pb(N₃)₂), азид серебра (AgN₃), тринитрорезорцинат свинца (C₆HN₃O₈Pb), диазодинитрофенол («DDNP», C₆H₂N₄O₅) или т.п.

[0022] Количество детонирующего вещества 120, загруженного в корпус 140, может варьироваться от малого, около 10 мг, около 20 мг, около 50 мг или около 100 мг, до большого, около 150 мг, около 200 мг, около 300 мг или более. Например, количество детонирующего вещества 120 может быть от около 50 мг до около 300 мг или от около 100 мг до около 200 мг. Когда детонирующее вещество 120 инициируется средством воспламенения 110, оно может детонировать взрывчатое вещество 130.

[0023] Взрывчатое вещество 130 может быть любым веществом или соединением, способным разорвать, расширить или иным образом взорвать капсулу 140 при инициировании детонирующего вещества 120, тем самым создавая сейсмическую волну или сигнал. Взрывчатое вещество 130 может быть или содержать органические соединения, содержащие нитрогруппы (NO₂), нитратные группы (ONO₂), нитраминные группы (NHNO₂) или т.п. Более конкретно, взрывчатое вещество 130 может быть или содержать тетранитрат пентаэритрита («PETN», C₅H₈N₄O₁₂), гексоген («RDX», C₃H₆N₆O₆), октоген («HMX», C₄H₈N₈O₈), гексанитростильбен («HNS», C₁₄H₆N₆O₁₂) или т.п.

[0024] Взрывчатое вещество 130 может быть упаковано или сжато между около 80% или около 99% от его теоретической максимальной плотности внутри корпуса 140, например около 95% от его теоретической максимальной плотности. Количество взрывчатого вещества 130, загруженного в корпус 140, может варьироваться от малого, около 10 мг, около 25 мг, около 50 мг, около 100 мг, около 250 мг или около 500 мг, до большого, около 1,0 г, около 1,5 г, около 2,0 г, около 3,0 г или более. Например, количество взрывчатого вещества 130 может быть от около 50 мг до около 1 г или от около 500 мг до около 1,5 г. Когда взрывчатое вещество 130 детонируется детонирующим веществом 120, может быть создана сейсмическая волна или сигнал, которые могут быть приняты, например, одним или несколькими геофонами.

[0025] Корпус 140 может быть или содержать любой контейнер или кожух для удержания средства воспламенения 110, детонирующего вещества 120 и/или взрывчатого вещества 130. Корпус 140 может быть любой формы и размера. Корпус 140 может быть изготовлен из любого подходящего материала, включая металлы и металлические сплавы, например нержавеющая сталь, алюминий или т.п. Корпус 140 может иметь длину (L), варьирующуюся от малой, около 0,5 см, около 1,0 см, около 1,5 см или около 2,0 см, до большой, около 2,5 см, около 3,0 см, около 4,0 см, около 5,0 см или более. Например, длина (L) может быть от около 2,5 см до около 4,0 см. У корпуса 140 может быть внешний поперечный диаметр (D1), варьирующийся от малого, около 0,5 см, около 0,6 см, около 0,7 см, около 0,8 см или около 0,9 см, до большого, около 1,1 см, около 1,2 см, около 1,3 см, около 1,4 см, около 1,5 или более. Например, D1 может быть от около 0,7 см до 1,0 см. У корпуса 140 может быть внутренний поперечный диаметр (D2), варьирующийся от малого, около 0,3 см, около 0,4 см, около 0,5 см, около 0,6 см или около 0,7 см, до большого, около 0,8 см, около 0,9 см, около 1,0 см, около 1,1 см, около 1,2 см или более. Например, D2 может быть от около 0,5 см до около 0,7 см. Соответственно, толщина стен корпуса 140 (D1-D2) может варьироваться от малой, около 0,025 см, около 0,05 см, около 0,1 см или около 0,2 см, до большой, около 0,3 см, около 0,4 см, около 0,5 см или более. Например, толщина стен корпуса 140 может быть от около 0,05 см до около 0,2 см.

[0026] Корпус 140 может содержать крышку или заглушку 150, расположенную на одном его конце. Заглушка 150 может содержать или плотно закрывать средство воспламенения 110, детонирующее вещество 120 и взрывчатое вещество 130 внутри корпуса 140. Заглушка 150 может быть прикреплена к концу корпуса 140 с помощью сварки лазерным лучом, сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа («TIG») или т.п. Заглушка 150 может быть также прикреплена к концу корпуса 140 с помощью клея или подходящего эпоксидного состава. Предел текучести корпуса 140 может быть более чем около 50 МПа, около 100 МПа, около 250 МПа, около 300 МПа, около 350 МПа, около 400 МПа, около 450 МПа, около 500 МПа или более. Корпус 140 также может выдерживать давление внутри ствола скважины, большее чем около 10 МПа, около 20 МПа, около 30 МПа, около 40 МПа, около 50 МПа или более.

[0027] Фигура 2 иллюстрирует поперечный срез другой наглядной взрывчатой гранулы 200, в соответствии с одним или несколькими воплощениями. Гранула 200 может содержать заглушку 250, расположенную, по меньшей мере, частично внутри корпуса 140 для того, чтобы плотно закрыть в нем детонирующее вещество 120 и взрывчатое вещество 130. Заглушка 250 может быть изготовлена из невзрывчатого материала. Заглушка 250 может также быть изготовлена из невзрывчатого материала, который способен растворяться или химически разлагаться, когда подвергается воздействию ствола скважины или пластовых флюидов, например воды, солевого раствора, углеводородов и т.п. Скорость разрушения заглушки 250 может зависеть от температуры, давления и/или времени пребывания в стволе скважины или пластовых флюидах.

[0028] Заглушка 250 может содержать плечо 252, расположенное на одном из ее концов, и выступ 254, расположенный на другом ее конце. Внешний диаметр плеча 252 может быть больше, чем внутренний диаметр D2 корпуса 140. Между заглушкой 250 и детонирующим веществом 120 может быть расположен газ 256. Газом 256 может быть, например, воздух при атмосферном давлении. Эластомерное уплотнение или О-кольцо 258 может располагаться между, по меньшей мере, частью заглушки 250 и корпусом 140, чтобы предотвратить затекание флюида в стволе скважины в корпус 140.

[0029] В связи с тем что плечо 252 заглушки 250 разрушается, давление внутри ствола скважины, оказываемое на внешнюю часть заглушки 250, может быть больше, чем давление газа 256 внутри корпуса 140, что создает перепад давлений, который заставляет заглушку 250 скользить по осевой внутри корпуса 140 по направлению к детонирующему веществу 120. Давление внутри ствола скважины может варьироваться от малого, около 10 МПа, около 20 МПа, около 30 МПа, около 40 МПа или около 50 МПа, до большого, около 100 МПа, около 150 МПа, около 200 МПа, около 250 МПа или более. В связи с тем что заглушка 250 скользит по направлению к детонирующему веществу 120, выступ 254 может сконтактировать с или «ударить» детонирующее вещество 120, создавая трение, которое заставит детонирующее вещество 120 детонировать взрывчатое вещество 130.

[0030] Таким образом, движение невзрывчатого вещества (например, заглушки 250) может выработать посредством трения заданное количество энергии в виде тепла, достаточного для детонации взрывчатого вещества 130. В связи с этим детонирующее вещество 120 может инициировать детонацию взрывчатого вещества 130, когда гранула 200 подвергается воздействию флюида, температура которого меньше или равна около 50°C, около 60°C, около 70°C, около 80°C, около 90°C, около 100°C, около 120°C или около 140°C.

[0031] Фигура 3 иллюстрирует поперечный срез другой наглядной взрывчатой гранулы 300, в соответствии с одним или несколькими воплощениями. Гранула 300 может содержать заглушку 350, расположенную, по меньшей мере, частично внутри корпуса 140 для того, чтобы плотно закрыть в нем детонирующее вещество 120 и взрывчатое вещество 130. Заглушка 350 может быть изготовлена из невзрывчатого материала. Также заглушка 350 может быть изготовлена из нерастворимого и неразлагающегося материала. Корпус 140 может также содержать штифт 360, чтобы фиксировать положение заглушки 350. Штифт 360 может быть изготовлен из растворимого и разлагающегося материала. Другими словами, штифт 360 может раствориться или разложиться раньше, чем заглушка 350. Например, штифт 360 может быть изготовлен из растворимого алюминия, поли(молочной кислоты), полилактида или т.п. Штифт 360 может растягиваться, по меньшей мере, частично (или полностью) по поперечной длине, например по диаметру заглушки 350 и корпуса 140. Таким образом, края 362A, 362B штифта 360 могут иметь гидравлическое сообщение с внешней частью корпуса 140.

[0032] Штифт 360 может иметь форму поперечного сечения - круглую, овальную, квадратную, прямоугольную или т.п. Штифт 360 может быть цилиндром, имеющим поперечную длину, например диаметр, варьирующийся от малого, около 0,5 мм, около 1 мм или около 2 мм, до большого, около 4 мм, около 6 мм, около 8 мм или более.

[0033] Так как штифт 360 разрушается, давление внутри ствола скважины, оказываемое на внешнюю часть заглушки 350, может быть больше, чем давление газа 356 внутри корпуса 140, что создает перепад давлений, способный срезать плечо заглушки 350, заставляя ее скользить и двигаться с ускорением по осевой внутри корпуса 140 по направлению к детонирующему веществу 120. Так как заглушка 350 скользит по направлению к детонирующему веществу 120, выступ 354 может сконтактировать с или ударить детонирующее вещество 120, создавая трение, которое заставит детонирующее вещество 120 детонировать взрывчатое вещество 130.

[0034] Таким образом, движение невзрывчатого вещества (например, заглушки 350) может вырабатывать посредством трения заданное количество энергии в виде тепла, достаточного для детонации взрывчатого вещества 130. В связи с этим детонирующее вещество 120 может инициировать детонацию взрывчатого вещества 130, когда гранула 300 подвергается воздействию флюида, температура которого меньше или равна около 50°C, около 60°C, около 70°C, около 80°C, около 90°C, около 100°C, около 120°C или около 140°C.

[0035] Вместо или в дополнение к тому, что штифт 360 может быть изготовлен из растворимого материала, он также может быть изготовлен из материала, прочного на срез, который, по меньшей мере, частично зависит от температуры. Например, штифт 360 может быть изготовлен из термопластичного материала, например ARLON®, который производится компанией Greene, Tweed, & Co., расположенной в Кульпсвилле, штат Пенсильвания.

[0036] Температура внутри ствола скважины и пласта вблизи перспективного пласта (т.е. пласта, который подлежит гидравлическому разрыву или стимуляции) может варьироваться от малой, около 50°C, около 60°C, около 70°C, около 80°C или около 90°C, до высокой, около 100°C, около 150°C, около 200°C, около 250°C, около 300°C или более. По мере того как температура повышается, прочность штифта 360 может снижаться. Таким образом, сочетание давления и температуры внутри ствола скважины может привести к поломке или сдвигу штифта 360, тем самым позволяя заглушке 350 скользить и двигаться с ускорением по осевой внутри корпуса 140 по направлению к детонирующему веществу 120, как описано выше.

[0037] Фигура 4 иллюстрирует поперечный срез другой наглядной взрывчатой гранулы 400, в соответствии с одним или несколькими воплощениями. Первое средство воспламенения 410 может быть расположено внутри корпуса 140. Первое средство воспламенения 410 может быть аналогично средству воспламенения 110, описанному выше со ссылкой на Фигуру 1. Гранула 400 может также содержать второе средство воспламенения 470, близко расположенное к первому средству воспламенения 410, внутри корпуса 140. В качестве первого средства воспламенения 140 может быть выбрано такое, которое способно вступать в экзотермическую реакцию со вторым средством воспламенения 470. Второе средство воспламенения 470 может быть кислотой, которая при соединении с первым средством воспламенения 410 способна инициировать детонирующее вещество 120. Например, первое средство воспламенения может быть или содержать перманганат калия и т.п., а второе средство воспламенения 470 может быть или содержать серную кислоту (H₂SO₄) и т.п. Количество второго средства воспламенения 470 может варьироваться от малого, около 5 мг, около 10 мг, около 20 мг, около 30 мг или около 40 мг, до большого, около 60 мг, около 80 мг, около 100 мг, около 120 мг или более. Например, количество второго средства воспламенения 470 может быть от около 10 мг до около 50 мг.

[0038] Корпус 140 может выдерживать давление в стволе скважины большее, чем около 10 МПа, около 20 МПа, около 30 МПа, около 40 МПа, около 50 МПа или более. Однако корпус 140 может деформироваться или разрушиться под воздействием дифференциального напряжения. В данном контексте «дифференциальное напряжение» включает в себя силу, действующую на корпус 140, когда корпус 140 зажимается между двумя твердыми поверхностями. Например, флюид, например флюидная подушка, может использоваться для создания гидравлического разрыва пласта в пластовой породе. Гранула 400, которая может располагаться внутри флюида, может быть помещена внутри разлома. Когда прекращается поток флюида и давление сбрасывается, стенки разлома могут, по меньшей мере, частично смыкаться, тем самым оказывая дифференциальное напряжение на гранулу 400.

[0039] Второе средство воспламенения 470 может располагаться внутри капсулы 472, изготовленной из невзрывчатого вещества. Капсула 472 может быть или содержать стеклянную ампулу, стеклянную трубку или т.п. Дифференциальное напряжение на корпус 140 может расколоть или поломать капсулу 472, позволяя средствам воспламенения 410 и 470 соединиться. Когда средства воспламенения 410 и 470 соединяются, они могут инициировать детонирующее вещество 120, которое в свою очередь может детонировать взрывчатое вещество 130.

[0040] Фигура 5 иллюстрирует поперечный срез другой наглядной взрывчатой гранулы 500, в соответствии с одним или несколькими воплощениями. Средство воспламенения 580 может быть расположено внутри корпуса 140 вблизи детонирующего вещества 120. Средство воспламенения 580 может быть веществом, чувствительным к инициированию посредством трения («вещество, чувствительное к трению»). Средство воспламенения 580 может быть или содержать окислитель или окисляющее вещество, а также горючий компонент. Например, окисляющее вещество в средстве воспламенения 580 может быть или содержать свинцовый сурик (Pb₃O₄), нитрат серебра (AgNO₃), нитрат калия (KNO₃), нитрат натрия (NaNO₃), оксид железа (Fe₂O₃ или Fe₃O₄), перхлорат калия (KClO₄), перхлорат натрия (NaClO₄) и т.п. Горючий компонент в средстве воспламенения 580 может быть или содержать тетразин (C₂H₂N₄), азид свинца (Pb(N₃)₂), азид серебра (AgN₃), тринитрорезорцинат свинца (C₆HN₃O₈Pb), сульфид сурьмы (Sb₂S₃), цирконий (Zr), магний (Mg) и т.п. Дифференциальное напряжение на корпус 140 может расколоть или поломать капсулу 472. Когда капсула 472 раскалывается или ломается, трение, производимое битым стеклом, может заставить средство воспламенения 580 инициировать детонирующее вещество 120, которое, в свою очередь, может детонировать взрывчатое вещество 130.

[0041] Таким образом, движение невзрывчатого вещества (например, частей капсулы 472) может выработать посредством трения заданное количество энергии в виде тепла, достаточного для детонации взрывчатого вещества 130. В связи с этим детонирующее вещество 120 может инициировать детонацию взрывчатого вещества 130, когда гранула 500 подвергается воздействию флюида, температура которого меньше или равна около 50°C, около 60°C, около 70°C, около 80°C, около 90°C, около 100°C, около 120°C или около 140°C.

[0042] Фигура 6 иллюстрирует поперечный срез другой наглядной взрывчатой гранулы 600, в соответствии с одним или несколькими воплощениями. Средство воспламенения 580 может быть расположено вблизи детонирующего вещества 120; однако по меньшей мере, в одном воплощении средство воспламенения 580 не расположено внутри капсулы 472. Скорее, в средстве воспламенения 580 могут быть расположены невзрывчатые крупные частицы, например битое стекло, пустотелые стеклянные шарики или т.п. Таким образом, когда корпус 140 подвергается воздействию дифференциального напряжения, крупные частицы могут тереться друг о друга, вызывая трение, которое инициирует детонирующее вещество 120.

[0043] Таким образом, движение невзрывчатого вещества (например, крупных частиц) может выработать посредством трения заданное количество энергии в виде тепла, достаточного для детонации взрывчатого вещества 130. В связи с этим детонирующее вещество 120 может инициировать детонацию взрывчатого вещества 130, когда гранула 600 подвергается воздействию флюида, температура которого меньше или равна около 50°C, около 60°C, около 70°C, около 80°C, около 90°C, около 100°C, около 120°C или около 140°C.

[0044] Фигура 7 иллюстрирует поперечный срез другой наглядной взрывчатой гранулы 700, в соответствии с одним или несколькими воплощениями. Гранула 700 может содержать средство воспламенения 580, детонирующее вещество 120, а также взрывчатое вещество 130, расположенные внутри корпуса 140. Средство воспламенения 580 может быть или содержать вещество, чувствительное к трению, описанное выше. Средство воспламенения 580 может быть расположено вблизи от детонирующего вещества 120. Средство воспламенения 580 может быть расположено, как правило, по центру вдоль длины (L) корпуса 140. Например, средство воспламенения 580 может быть расположено между около 30% длины (L) корпуса 140 и около 70% длины (L) корпуса 140 от первого края 142 корпуса 140 или между около 40% длины (L) корпуса 140 и около 60% длины (L) корпуса 140 от первого края 142 корпуса 140.

[0045] Детонирующее вещество 120 может быть расположено на одной или на обеих сторонах средства воспламенения 580. Как проиллюстрировано, первое детонирующее вещество 120A расположено на первой стороне средства воспламенения 580, а второе детонирующее вещество 120B расположено на второй стороне средства воспламенения 580. Первое детонирующее вещество 120A может быть расположено между около 20% длины (L) корпуса 140 и около 60% длины (L) корпуса 140 от первого края 142 корпуса 140 или между около 30% длины (L) корпуса 140 и около 50% длины (L) корпуса 140 от первого края 142 корпуса 140. Аналогично, второе детонирующее вещество 120B может быть расположено между около 20% длины (L) корпуса 140 и около 60% длины (L) корпуса 140 от второго края 144 корпуса 140 или между около 30% длины (L) корпуса 140 и около 50% длины (L) корпуса 140 от второго края 144 корпуса 140.

[0046] Взрывчатое вещество 130 может быть расположено вблизи одного или двух краев 142 и 144 корпуса 140. Как проиллюстрировано, первое взрывчатое вещество 130A расположено между первым краем 142 корпуса 140 и первым детонирующим веществом 120A, а второе взрывчатое вещество 130B расположено между вторым краем 144 корпуса 140 и вторым детонирующим веществом 120B. Первое взрывчатое вещество 130A может быть расположено между первым краем 142 корпуса 140 и около 45% длины (L) корпуса 140 от первого края 142 или между первым краем 142 корпуса 140 и около 35% длины (L) корпуса 140 от первого края 142. Аналогично, второе взрывчатое вещество 130B может быть расположено между вторым краем 144 корпуса 140 и около 45% длины (L) корпуса 140 от второго края 144 или между вторым краем 144 корпуса 140 и около 35% длины (L) корпуса 140 от второго края 144.

[0047] Количество как первого, так и второго взрывчатых веществ 130A и 130B может варьироваться от малого, около 10 мг, около 25 мг, около 50 мг или около 100 мг, до большого, около 200 мг, около 400 мг, около 600 мг, около 800 мг, около 1,0 г и более. Например, количество как первого, так и второго взрывчатых веществ 130A и 130B может быть от около 50 мг до около 400 мг или от около 200 мг до около 500 мг.

[0048] Средство воспламенения 580 может быть расположено, по меньшей мере, частично внутри невзрывчатого хрупкого материала 800. Фигуры 8А и 8Б иллюстрируют поперечные срезы наглядного хрупкого материала 800, расположенного внутри гранулы 700, изображенной на Фигуре 7, в соответствии с одним или несколькими воплощениями. Когда гранула 700 подвергается воздействию дифференциального напряжения, корпус 140 может разрушиться или быть раздавленным, тем самым заставляя хрупкий материал 800, находящийся внутри, разрушиться или быть раздавленным. Разрушение или смятие хрупкого материала 800 может вызвать трение, которое может заставить средство воспламенения 580 инициировать детонирующее вещество 120А, B. Горение детонирующего вещества 120А, B может перейти в детонацию и может детонировать взрывчатое вещество 130А, B.

[0049] Таким образом, движение невзрывчатого вещества (например, хрупкого материала 800) может выработать посредством трения заданное количество энергии в виде тепла, достаточного для детонации взрывчатого вещества 130. В связи с этим детонирующее вещество 120 может инициировать детонацию взрывчатого вещества 130, когда гранула 700 подвергается воздействию флюида, температура которого меньше или равна около 50°C, около 60°C, около 70°C, около 80°C, около 90°C, около 100°C, около 120°C или около 140°C.

[0050] Хрупкий материал 800 может быть любым материалом или соединением, которое может сломаться, когда корпус 700 подвергается воздействию дифференциального напряжения внутри ствола скважины. Дифференциальное напряжение для разрушения корпуса 140 и/или хрупкого материала 800 может варьироваться от низкого, около 100 кг, около 200 кг, около 300 кг, около 400 кг или около 500 кг, до высокого, около 750 кг, около 1000 кг, около 1500 кг, около 2000 кг или более. Хрупкий материал 800 может быть изготовлен из упрочняющейся стали, металлокерамического материала и т.п.

[0051] Хрупкий материал 800 может быть расположен, как правило, по центру вдоль длины (L) корпуса 140, потому как, вероятно, что центр корпуса 140 может разрушиться или быть раздавленным в первую очередь. Например, хрупкий материал 800 может быть расположен между около 30% длины (L) корпуса 140 и около 70% длины (L) корпуса 140 от первого края 142 корпуса 140 или между около 40% длины (L) корпуса 140 и около 60% длины (L) корпуса 140 от первого края 142 корпуса 140.

[0052] Хрупкий материал 800 может определять объем внутренней полости 810, а средство воспламенения 580 может быть, по меньшей мере, частично расположено или включено в объем внутренней полости 810. Объем внутренней полости 810 может иметь форму поперечного сечения - круглую, овальную, квадратную, прямоугольную или т.п. Дополнительно, объем внутренней полости 810 может содержать один или несколько пальцев или зубьев 820A-D, как проиллюстрировано на Фигуре 8Б. Зубья 820A-D могут растягиваться по окружности и/или радиально внутри хрупкого материала 800 и обеспечивать более легкое разрушение хрупкого материала 800 или лучшую передачу энергии, чтобы инициировать средство воспламенения 580, расположенное внутри объема 810.

[0053] У хрупкого материала может быть осевая ширина W (см. Фигуру 7), варьирующаяся от малой, около 0,5 мм, около 1,0 мм, около 2 мм, около 3 мм, до большой, около 4 мм, около 5 мм, около 6 мм, около 7 мм или более. Например, осевая ширина W может быть между около 1 мм и около 5 мм. У хрупкого материала 800 может быть внешний диаметр R1, который подобен внутреннему диаметру корпуса 140 таким образом, что хрупкий материал 800 может быть помещен внутрь корпуса 140. Внешний диаметр R1 кольца 800 может находиться в пределах от малого, около 0,2 см, около 0,3 см, около 0,4 см, около 0,5 см или около 0,6 см, до большого, около 0,9 см, около 1,0 см, около 1,1 см, около 1,2 см, около 1,3 см или более. Например, внешний диаметр R1 может находиться в пределах от около 0,4 см до около 0,9 см.

[0054] Фигура 9 схематически иллюстрирует картирование или описание гидравлических разломов пласта 920, 922, 924 в подземном пласте 930, в соответствии с одним или несколькими воплощениями. При добыче одна или несколько гранул 900 могут быть загружены в ствол скважины 910. Например, гранулы 900 могут быть размещены во флюиде 902, который закачивается в ствол скважины 910. Гранулы 900 могут быть аналогичны гранулам 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, описанным выше, и поэтому не будут вновь детально описаны.

[0055] К флюиду 902 может быть применено гидравлическое давление в скважине 910, чтобы создать один или несколько разломов (показаны три разлома - 920, 922, 924) в подземном пласте 930; однако в других воплощениях флюид 902 может быть закачан в ствол скважины 910 во время образования разломов 920, 922, 924 и после того, как разломы 920, 922, 924 были сформированы. Флюид 902 может содержать расклинивающий агент, или флюид 902 может не содержать расклинивающий агент, например флюидную подушку.

[0056] Флюид 902 может затекать в разломы 920, 922, 924, оставляя, по меньшей мере, несколько гранул 900 внутри разломов 920, 922, 924. Гранулы 900 могут взорваться под воздействием температуры, давления, дифференциального напряжения, взаимодействия со стволом скважины или пластовым флюидом, их комбинаций и т.п., как описано выше. Когда гранулы 900 взрываются, они могут создавать сейсмические волны или сигналы. Один или несколько геофонов 940 могут быть настроены на прием сигналов, а сигналы могут использоваться для картирования или описания разломов 920, 922, 924 в пласте 930.

[0057] Фигуры 10А-10Г иллюстрируют способ или процесс детонации одной или нескольких гранул 1000, в соответствии с одним или несколькими воплощениями. Гранулы 1000 могут быть расположены внутри флюида 1002, который закачивается в ствол скважины 1010. Гранулы 1000 могут быть аналогичны гранулам 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 900, описанным выше, и поэтому не будут вновь детально описаны.

[0058] Флюид 1002 может содержать металлический порошок, воду и гелирующий агент, а также может содержать или не содержать расклинивающий агент. Металлический порошок может служить топливом, а вода может использоваться в качестве окислителя для создания экзотермической реакции внутри ствола скважины 1010. Гелирующий агент может обеспечить хорошее диспергирование реагентов во флюиде 1002.

[0059] Металлический порошок может быть или содержать активные металлы, например магний (Mg), алюминий (Al), титан (Ti), бор (B), бериллий (Be), их комбинации, сплавы и т.п. Содержание металлического порошка во флюиде 1002 может варьироваться от малого, около 5 об.%, около 10 об.%, около 15 об.%, около 20 об.% или около 25 об.%, до высокого, около 30 об.%, около 35 об.%, около 40 об.%, около 45 об.%, около 50 об.% или более. Содержание воды во флюиде 1002 может варьироваться от малого, около 50 об.%, около 55 об.%, около 60 об.%, около 65 об.% или около 70 об.%, до высокого, около 75 об.%, около 80 об.%, около 85 об.%, около 90 об.%, около 95 об.% или более. Гелирующий агент может содержать гуар или его производные, поли(акриламид-со-акриловую кислоту), карбоксиметилцеллюлозу, гидроксиэтилцеллюлозу, боратовые сшитые гели, органометаллические сшитые гели и т.п. Содержание геля во флюиде 1002 может варьироваться от малого, около 0,1 об.%, около 0,2 об.%, около 0,4 об.%, около 0,6 об.% или около 0,8 об.%, до высокого, около 1 об.%, около 2 об.%, около 3 об.%, около 4 об.%, около 5 об.% или более.

[0060] Наглядный флюид 1002 может содержать магний, воду, а также поли(акриламид-со-акриловую кислоту). При полном стехиометрическом соотношении, то есть соотношении 1:1 атомов магния с молекулами воды, флюид 1002 (при реакции) может создать волну горения при температуре больше чем около 1000°C, около 1200°C, около 1400°C, около 1600°C, около 1800°C или около 2000°C. Например, температура волны горения может быть больше чем около 1700°C. В связи с этим температура волны горения может быть достаточной для детонации гранулы 1000.

[0061] Ссылаясь на Фигуру 10А, флюид 1002 может быть закачан в ствол скважины 1010. К флюиду 1002 может быть применено внешнее давление, приводящее к образованию одного или нескольких разломов (показаны три разлома - 1020, 1022, 1024) в подземном пласте 1030. Гранулы 1000 могут располагаться внутри разломов 1020, 1022, 1024. Экзотермическая реакция 1004 флюида 1002 может, в свою очередь, быть вызвана пропеллентом, резистивным нагревом или т.п. Реакция 1004 может распространиться внутри ствола скважины 1010, как проиллюстрировано на Фигуре 10Б.

[0062] Температура, вызванная реакцией 1004, может превышать температуру возгорания гранул 1000, заставляя гранулы 1000 взрываться, как проиллюстрировано на Фигуре 10В. Температура возгорания гранул 1000 может варьироваться от низкой, около 50°C, около 75°C, около 100°C, около 150°C или около 200°C, до высокой, около 250°C, около 300°C, около 350°C, около 400°C, около 450°C, около 500°C или более. Например, температура возгорания может быть от около 100°C до около 400°C или от около 100°C до около 250°C.

[0063] Реакция 1004 может распространяться по всему стволу скважины 1010 и разломам 1020, 1022, 1024, заставляя гранулы 1000 взрываться, как проиллюстрировано на Фигуре 10Г. Так как гранулы 1000 взрываются, они могут создавать сейсмические волны или сигналы, которые могут быть получены с помощью одного или нескольких геофонов 1040.

[0064] Хотя выше детально были описаны всего лишь несколько примеров воплощений, специалистам в данной области техники будет понятно, что возможны многие модификации на примере воплощений без существенного отхода от «Взрывающихся гранул». Соответственно, все такие модификации должны быть включены в объем настоящего изобретения, как определено в нижеследующей формуле изобретения. В формуле изобретения пункты средство-плюс-функция предназначены для охвата структур, описанных в данном документе в качестве выполняющих указанную функцию, а также не только структурных эквивалентов, но и эквивалентных структур. Таким образом, хотя гвоздь и винт могут не быть структурными эквивалентами, поскольку гвоздь использует цилиндрическую поверхность, чтобы закрепить вместе деревянные части, тогда как винт использует винтовую поверхность, а в среде крепежа деревянных деталей гвоздь и винт могут быть эквивалентными структурами. Это явное выражение намерения заявителя не ссылаться на 35 U.S.C. § 112, пункт 6, для каких-либо ограничений любого из пунктов формулы изобретения, кроме тех, где формула явно использует слова «предназначено для» вместе с ассоциированной функцией.

Группа изобретений относится к горному делу и может быть применена в гидравлическом разрыве пласта. Описывается взрывчатая гранула для описания разлома в подземном пласте. Гранула может содержать корпус, содержащий детонирующее вещество и взрывчатое вещество, расположенные внутри корпуса. Гранула также может содержать невзрывчатое вещество, подвижно расположенное внутри корпуса. Движение невзрывчатого вещества может посредством трения выработать заданное количество энергии в виде тепла, достаточного для детонации взрывчатого вещества. Технический результат заключается в повышении эффективности гидравлического разрыва пласта и описания разлома в подземном пласте. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Взрывчатая гранула, содержащая:

корпус;

детонирующее вещество, расположенное внутри корпуса;

взрывчатое вещество, расположенное внутри корпуса; и

невзрывчатое вещество, подвижно расположенное внутри корпуса, причем движение невзрывчатого вещества вырабатывает посредством трения заданное количество энергии в виде тепла, достаточного для детонации взрывчатого вещества.

2. Взрывчатая гранула по п.1, отличающаяся тем, что детонирующее вещество детонирует взрывчатое вещество, когда корпус подвергается воздействию флюида в стволе скважины.

3. Взрывчатая гранула по п.2, отличающаяся тем, что температура флюида меньше или равна около 140°C.

4. Взрывчатая гранула по п.1, отличающаяся тем, что невзрывчатое вещество содержит заглушку, разъемно соединенную с краем корпуса и способную скользить по корпусу, чтобы ударить детонирующее вещество.

5. Взрывчатая гранула по п.4, отличающаяся тем, что заглушка содержит выступ, расположенный на первом ее конце, и плечо, расположенное на ее втором конце.

6. Взрывчатая гранула по п.4, отличающаяся тем, что заглушка содержит выступ, расположенный на первом ее конце, и штифт, расположенный, по меньшей мере, частично в заглушке, чтобы зафиксировать ее.

7. Взрывчатая гранула по п.1, отличающаяся тем, что невзрывчатое вещество содержит крупные частицы, расположенные внутри корпуса.

8. Взрывчатая гранула по п.7, отличающаяся тем, что крупные частицы выбраны из группы, состоящей из: битого стекла, пустотелых стеклянных шариков и их комбинаций.

9. Взрывчатая гранула по п.1, отличающаяся тем, что у невзрывчатого вещества есть внутренний объем, а также дополнительно есть средство воспламенения, расположенное внутри внутреннего объема.

10. Взрывчатая гранула по п.1, дополнительно содержащая средство воспламенения, расположенное внутри корпуса, который содержит окисляющее вещество и горючий компонент; причем окисляющее вещество выбирается из группы, содержащей нитрат серебра, нитрат калия, нитрат натрия, оксид железа, свинцовый сурик, перхлорат калия, перхлорат натрия и их комбинации, и отличающаяся тем, что горючий компонент выбирается из группы, состоящей из нитрогуанидина, нитроцеллюлозы и их комбинаций.

11. Взрывчатая гранула по п.1, отличающаяся тем, что детонирующее вещество выбирается из группы, содержащей азид свинца, азид серебра, тринитрорезорцинат свинца, диазодинитрофенол и их комбинации.

12. Взрывчатая гранула по п.1, отличающаяся тем, что взрывчатое вещество выбирается из группы, содержащей тетранитрат пентаэритрита, гексоген, октоген, гексанитростильбен и их комбинации.

13. Способ для описания разлома в подземном пласте включающий:

закачку флюида, содержащего множество гранул, в ствол скважины; при этом каждая гранула содержит:

корпус;

детонирующее вещество, расположенное внутри корпуса;

взрывчатое вещество, расположенное внутри корпуса; и

невзрывчатое вещество, подвижно расположенное внутри корпуса, в котором движение невзрывчатого вещества вырабатывает посредством трения заданное количество энергии в виде тепла, достаточного для детонации взрывчатого вещества;

повышение давления флюида для образования разлома в подземном пласте, в котором, по меньшей мере, часть гранул находится внутри разлома;

взрыв, по меньшей мере, части гранул; и

получение одного или нескольких сигналов от взорванных гранул.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что корпус содержит отверстие, расположенное на его конце, и дополнительно содержит заглушку, закрывающую данное отверстие.

15. Способ по п.14, дополнительно включающий:

разрушение, по меньшей мере, части первого конца заглушки;

движение заглушки внутри корпуса по направлению к детонирующему веществу; и

удар по детонирующему веществу выступом, расположенным на втором конце заглушки.

16. Способ по п.14, дополнительно включающий:

разрушение, по меньшей мере, части штифта, расположенного, по меньшей мере, частично в заглушке;

движение заглушки внутри корпуса по направлению к детонирующему веществу;

удар по детонирующему веществу выступом, расположенным на конце заглушки.

17. Способ для описания разлома в подземном пласте, включающий:

закачку флюида, содержащего множество гранул, в ствол скважины, каждая гранула содержит:

корпус;

детонирующее вещество, расположенное внутри корпуса; и

взрывчатое вещество, расположенное внутри корпуса, в котором детонирующее вещество детонирует взрывчатое вещество, когда флюид достигает заданной температуры;

повышение давления флюида для образования разлома в подземном пласте, в котором, по меньшей мере, часть гранул расположена внутри разлома;

инициирование экзотермической реакции флюида, в которой флюид содержит:

от около 5 об.% до около 49,9 об.% металлического порошка;

от около 50 об.% до около 92 об.% воды; и

от около 0,1 об.% до около 3 об.% гелирующего агента;

взрыв, по меньшей мере, части гранул по достижении флюидом заданной температуры; и

получение одного или нескольких сигналов от взорванных гранул.

18. Способ по п.17, отличающийся тем, что металлический порошок выбирается из группы, содержащей алюминий, магний, титан, бериллий, бор и их комбинации.

19. Способ по п.17, отличающийся тем, что гелирующий агент выбирается из группы, содержащей гуар, поли(акриламид-со-акриловую кислоту), карбоксиметилцеллюлозу, гидроксиэтилцеллюлозу, боратовые сшитые гели, органометаллические сшитые гели и их комбинации.

20. Способ по п.17, отличающийся тем, что заданная температура находится в интервале от около 100°C и до около 250°C.