УКРЕПЛЕННЫЕ ПРОППАНТНЫЕ КЛАСТЕРЫ ДЛЯ ГИДРОРАЗРЫВА ПЛАСТА Российский патент 2019 года по МПК C09K8/80 C09K8/92 E21B43/267 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Описание по существу относится к способам, материалам и системам для гидроразрыва пластов с целью повышения объемов добычи из них.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Некоторые трещины в породе образуются естественным путем - примерами являются некоторые жилы или жилы-трещины в породе. Индуцированный гидроразрыв пласта (также «гидроразрыв» или ГРП) представляет собой способ интенсификации притока в скважину, при котором жидкость под высоким давлением закачивается в ствол скважины для создания новых трещин (типичная ширина которых достигает 5,0 мм) в пластах породы, залегающих на большой глубине, чтобы затем природный газ, нефть, соляной раствор и другие жидкости по этим трещинам поступали в скважину.

[0003] Для того чтобы трещины оставались раскрытыми даже после снижения давления, в скважину вместе с жидкостью закачивают небольшие гранулы твердого материала, которые называют проппантом (или расклинивающим агентом). Проппант (как правило, песок или керамический материал) поддерживает небольшие трещины в открытом (расклиненном) состоянии после того, как порода, залегающая на большой глубине, достигает геологического равновесия. В настоящем документе такой тип обработки пласта рассматривается как «обычный» гидроразрыв, и проппант размещается внутри трещины в виде «однородной» проппантной упаковки.

[0004] На Фиг. 1 показана схема процесса гидроразрыва пласта (ГРП). Смесь под высоким давлением закачивают в скважину, и давление в скважине вызывает образование трещин в пластовой породе. Жидкая смесь (жидкость ГРП) проникает из скважины в трещины и способствует их росту. После этого полученную жидкость гидроразрыва и углеводородную жидкость можно добывать из пласта, отделять и перерабатывать.

[0005] Несмотря на то, что каждая зона нефтегазоносного пласта имеет свои особенности и требует определенной схемы гидроразрыва для конкретных условий пласта, ГРП зачастую включает четыре основные стадии закачки:

[0006] 1. Стадия кислотной обработки, которая включает несколько тысяч галлонов воды, смешанной с разбавленной кислотой, такой как соляная, или хлористоводородная, кислота. Данная стадия служит для удаления обломков породы или устранения повреждений в каналах перфорации ствола скважины и для создания открытого канала для других жидкостей гидроразрыва путем растворения карбонатов и очистки трещин в призабойной зоне.

[0007] 2. Стадия без проппанта (pad), которая включает примерно 100000 галлонов водного полимерного реагента, линейный (несшитый) гель или сшитый гель без проппанта. Стадия жидкости без проппанта вначале заполняет ствол скважины и начинает процесс формирования трещин ГРП, что способствует транспорту проппанта в трещину.

[0008] 3. Стадия ГРП, которая может включать несколько подстадий закачки проппанта в несущей жидкости, выбираемой из класса воды, линейного или сшитого геля (загустителя). В целом, на этой стадии может использоваться несколько сотен тысяч галлонов воды. В течение этой стадии на различных подстадиях используют проппант различного размера - от мелких до более крупных частиц.

[0009] 4. Стадия промывки скважины, которая включает определенный объем чистой воды, достаточный для удаления излишка проппанта из ствола скважины. Далее после этой стадии переходят к добыче углеводородной жидкости.

[0010] В некоторых вариантах осуществления жидкость гидроразрыва должна:

- обеспечивать перенос проппанта в трещину;

- быть совместимой с пластовой породой и пластовой жидкостью;

- обеспечивать достаточный перепад давления для расширения трещины;

- минимизировать гидравлическое сопротивление при закачке жидкости ГРП;

- компоненты жидкости ГРП должны соответствовать существующим нормативам по защите окружающей среды;

- высоковязкая среда должна деградировать до низковязкой жидкой среды для облегчения стадии очистки;

- быть рентабельной.

[0011] Жидкости гидроразрыва на водной основе стали преобладающим типом жидкости гидроразрыва при добыче метана из угольного пласта. Однако могут также использовать жидкости гидроразрыва на основе нефти, метанола или сочетании воды и метанола. Для повышения эффективности извлечения жидкостей, вместо воды или в сочетании с ней используют метанол.

[0012] В некоторых случаях для формирования пенной жидкости в качестве несущей жидкости в процессе ГРП в водную среду добавляют азот или углекислый газ. Для перемещения эквивалентного количества проппанта требуются меньшие объемы пены. Дизельное топливо является еще одним компонентом некоторых жидкостей гидроразрыва, хотя оно не используется в качестве добавки во время операций по гидроразрыву пласта. Часто его используют в качестве добавки для снижения потери жидкости.

[0013] Для выполнения основных задач, таких как очистка пласта, стабилизация пены, предотвращение утечек или снижение поверхностного или межфазного натяжения, в смесь жидкости гидроразрыва могут включать разные жидкие добавки (в дополнение к проппантам). Такие добавки включают биоциды, агенты для снижения потери жидкости, разрушители геля (кислотные, окислительные, на основе ферментов), агенты для снижения трения и поверхностно-активные вещества, такие как эмульгаторы и вещества, не создающие эмульсию. Каждая из этих категорий может включать несколько продуктов. На разных стадиях любого гидроразрыва могут использовать различные жидкости как в сочетании, так и по отдельности. Часто полевые инженеры разрабатывают наиболее эффективные схемы гидроразрыва на основе характеристик пласта, используя сочетания жидкостей гидроразрыва, которые они считают наиболее эффективными.

[0014] Вязкость жидкости гидроразрыва является точкой дифференциации как в отношении выполнения ГРП, так и в отношении прогнозируемой геометрии трещин. В случае обработки при помощи реагента на водной основе (понизитель трения) используют низковязкие жидкости, которые закачивают с большой скоростью для создания узких и сложных трещин, при этом в несущей низковязкой жидкости присутствует проппант в низкой концентрации (0,2-5 фунтов проппанта на галлон жидкости - РРА). Для минимизации риска преждевременного осаждения проппанта, скорость закачки суспензии поддерживается достаточно высокой, чтобы проппант перемещался на большие расстояния (часто по горизонтальным стволам скважин) перед входом в трещину. Для сравнения: для классических широких трещин (с двумя крыльями от ствола скважины), несущая жидкость используется достаточно вязкой (как правило, вязкость в интервале от 50 до 1000 сП измеренной при скорости сдвига 40-100 с^-1); вязкость нужна для транспорта проппанта при более высокой концентрации (1-10 РРА). Такие смеси закачивают при более низкой скорости, и они могут создавать более широкие трещины ГРП (от 0,2 до 1,0 дюйма).

[0015] Плотность несущей жидкости в жидкости ГРП также актуальна. Плотность жидкости влияет давление закачки в устье скважины и на способность жидкости ГРП вытекать обратно после завершения ГРП. Жидкости на водной основе имеют плотность около 8,4 фунт/галлон. Плотность жидкости на нефтяной основе составляет от 70 до 80% от плотности водной жидкости, а плотность вспененной жидкости может быть существенно ниже плотности водной жидкости. В пластах с низким давлением для улучшения очистки ствола скважины могут использовать жидкости с низкой плотностью, такие как пена. С другой стороны, в некоторых глубоких пластах (включая ГРП с применением проппанта на шельфе) существует потребность в жидкостях ГРП с более высокой плотностью, выше 16 фунт/галлон.

[0016] Неоднородное размещение проппанта, или кластерная технология проведения ГРП, представляет собой способ, применяемый в промышленном масштабе Технологической Компанией Шлюмберже. Патент US 6776235 содержит общую информацию и включен в настоящий документ посредством ссылки. Кластерный ГРП включает последовательную закачку в ствол скважины чередующимися фазами порций жидкости, различающихся либо по своей способности транспортировать проппанты в трещину, либо по концентрации проппанта. Полученные расклиненные трещины характеризуются наличием кластеров проппанта, размещенных по всей длине трещины. Другими словами, кластеры твердых частиц (проппанта) образуют «опоры», которые не дают стенкам трещины сомкнуться и при этом между опорами существуют свободные каналы для протока пластовой жидкости.

[0017] Существует потребность в дополнительных способах и материалах для проведения кластерного ГРП.

СУЩНОСТЬ

[0018] В настоящей заявке раскрываются способы гидроразрыва подземного пласта, которые повышают гидравлическую проводимость трещин путем образования более прочных кластеров проппанта с использованием способов, касающихся состава кластеров проппанта, химических веществ и изменений схем закачки материала.

[0019] В заявке US 20120125618 раскрывают способы гидроразрыва подземного пласта, которые включают первую стадию (без проппанта) жидкости ГРП, содержащей гель для создания трещины в пласте, и вторую стадию, которая включает добавление проппанта в закачиваемую жидкость гидроразрыва для предотвращения смыкания образовавшейся трещины, а также дополнительно добавку волокон в жидкость гидроразрыва для формирования кластеров проппанта в образовавшейся трещине и создания каналах для движения пластовой жидкости. Добавленные волокна способны разлагаться в жидкости гидроразрыва на водной основе или в скважинной жидкости, например, это волокна на основе полимолочной кислоты (ПМК), полигликолевой кислоты, полиэтилентерефталата (ПЭТФ), поливинилового спирта и их сополимеров и т.п.

[0020] В отличие от этого, настоящее описание касается укрепляющих агентов с более продолжительным сроком использования. Укрепление (консолидация) кластеров проппанта может быть полезным приемом для уменьшения выноса проппанта, на стадии добычи углеводородов и/или закачки. Вынос проппанта является основной причиной уменьшения объема добычи из скважины, повреждения оборудования и закрытия скважины для ремонта. Некоторые из описанных вариантов осуществления не только консолидируют проппантные кластеры, но также допускают смещение проппантной упаковки без нарушения целостности.

[0021] Один вариант осуществления повышает прочность проппантной упаковки путем введения укрепляющих агентов в несущую жидкость. Например, в несущую жидкость ГРП вводят неразлагаемые волокна; при осаждении суспензии в трещине эти волокна формируют сетку, которые переплетаются внутри и/или вокруг проппантной порции и внутри сформированного кластера. Сетка из волокон укрепляет кластеры и создает структуру, на которой осаждается или к которой присоединяется проппант.

[0022] Другие добавки могут использовать для заполнения пустого пространства между проппантом для увеличения площади контакта между частицами проппанта, между частицами проппанта и породой, и/или между частицами проппанта и волокнами. Данные наполнители пустого пространства могут быть частицами, гранулами, волокнами и их модифицируют для усиления взаимодействия между проппантом и другими компонентами. Другим преимуществом приема заполнения межпроппантого пространства является уплотнение структуры упаковки через удаление «карманов» несущей жидкости, которая будет вымываться на более поздних стадиях.

[0023] В некоторых вариантах осуществления данные добавки добавляют одновременно при приготовлении суспензии проппанта в несущей жидкости. При этом возможно добавление добавок в отдельную порцию закачки между порциями проппантной жидкости. Неразлагаемые волокна и агенты-наполнители пустот могут иметь покрытие, или же их поверхность может быть обработана иным способом для улучшения сцепления с другими добавками, проппантом или пластовой породой.

[0024] Волокна и наполнители пустот также могут иметь разлагаемое покрытие для предотвращения их взаимодействия во время закачки. В результате внешнее покрытие может разлагаться в условиях пласта (например, разлагаться при температуре пласта тепла или растворяться в углеводородной жидкости), позволяя волокнам образовывать желаемую сетку уже в трещине ГРП на нужной глубине.

[0025] Неразлагаемые волокна также могут обладать свойствами «памяти формы». Их могут закачивать в измененной форме; затем, после воздействия определенного фактора окружающей среды, такого как тепло, рН, изменение состава жидкости или давление и т.д., волокна принимают свою исходную форму. В результате неразлагаемые волокна могут закачивать, например, в виде компактных шариков или скрученными, но они принимают более распрямленную форму уже в пласте (или наоборот). Волокна могут закачивать «прямыми» так, чтобы на забое они сокращались и обеспечивали укрепление проппантного кластера. Данный эффект можно достичь не только благодаря памяти формы, но также из-за необратимого изменения структуры материала.

[0026] Другими инициирующими изменениями могут быть увеличение объема волокна при воздействии более высокой температуры или воздействии растворителей или реагентов на волокно при его распрямлении. Примеры таких волокон с возможностью разбухания включают составные волокна, такие как волокна из полимолочной кислоты (ПМК) (или смола, полиуретан, стекло) с включениями из набухающего наполнителя (например, суперабсорбент, глина). Несмотря на то, что матрица из полимолочной кислоты может разлагаться, наполнитель остается на месте. Покрытие для задержки набухания может наносится на такие составные волокна. Другими пригодными полимерами, которые разбухают при контакте с водой, являются полиакриловые кислоты, описанные в патентных документах US 3066118 или US 3426004, или сополимеры этилена и малеинового ангидрида, описанные в патенте US 3951926. Все три патента включены в настоящий документ в виде ссылки.

[0027] Примеры разбухания частиц при изменении рН среды - это химически сшитая поли(аспарагиновая кислота) (PASP), химически сшитый поли(N-винилимидазол) (PVI), комплексы полианиона/желатина, включая поли(метакриловую кислоту) (РМАА)/желатин, поли(акриловую кислоту) (РАА)/желатин и гепарин/желатин. Кроме того, любой полиэлектролит имеет склонность к набуханию при уменьшении концентрации соли в несущем солевом растворе.

[0028] В других вариантах, проппантный кластер или проппантная упаковка имеют защитный наружный слой. К такому слою предъявляют следующие требования: долговременная способность выдерживать внешний поток жидкости и его реакционную способность (или способность слоя к самовосстановлению на стадии добычи нефтяного флюида), сродство с проппантной упаковкой и возможность защиты проппантной упаковки без ухудшения параметров пласта.

[0029] Защитный слой на упаковку наносят на последних стадиях обработки, после начальной расклинивающей стадии или во время закачки проппанта. Например, вещество покрытия могут инкапсулировать и добавлять в проппантную упаковку. Таким образом, после образования кластера из проппанта и удаления несущей жидкости, вещество покрытия может высвобождаться после растворения инкапсулирующего материала или снятия давления или диффундировать через покрывающий материал. Высвобождение реагента можно задерживать, если покрытие нужно создать на поздних стадиях ГРП.

[0030] В одном варианте осуществления, инкапсулированные и не отвержденные смолы размещают одновременно с размещением проппанта. Реагенты для отверждения смолы размещают в капсулах различного рода и их закачивают вместе с проппантной жидкостью или после нее. Капсулы, содержащие смолу и агент - отвердитель, также могут содержать дополнительно наполнитель, который не работает на отверждение двухкомпонентной смолы, но способствует укреплению проппантного кластера.

[0031] В некоторых вариантах осуществления исходная смола содержит по меньшей мере один тип смолы, который выбирают из группы, состоящей из двухкомпонентной смолы на эпоксидной основе, смолы на фурановой основе, смолы на основе фенола, высокотемпературной смолы на эпоксидной основе, смолы на основе фенола / фенолформальдегида / фурфурилового спирта, смолы на основе акрила и их комбинации. Агент - отвердитель содержит по меньшей мере один инициатор, который выбирают из группы, состоящей из перекиси бензоила, 2,2'-азо-бис-изобутирилнитрила или их комбинации. Если смола представляет собой двухкомпонентную смолу, каждый из данных компонентов следует помещать в капсулы отдельно. В альтернативном варианте осуществления, материал для отверждения смолы могут закачивать в качестве жидкой добавки, которая либо растворяется в жидкости гидроразрыва, либо добавляется в жидкость в форме эмульсии. В последнем случае материал для отверждения смолы (реагент-отвердитель) реагирует со смолой при высвобождении из капсулы на границе кластера или в его пределах. Термоотверждающиеся смолы также могут использоваться, если не используется добавка отвердителя.

[0032] В еще одном аспекте, модифицируют сами частицы проппанта для улучшения взаимодействия между частицами проппанта, с пластом или с укрепляющим агентом. Например, изменяют поверхность проппанта или наносят покрытие для улучшения химической связи, механической связи, трения/сцепления или смачиваемости. В патентном документе US 20050244641, включенном в настоящий документ путем ссылки, приведено описание способов нанесения гидрофобного покрытия на поверхность проппанта перед закачкой в скважину. При непрерывной закачке проппантной суспензии, используют проппант с различными характеристиками поверхности.

[0033] На последнем этапе для проппантной упаковке используют проппанты с разными свойствами. В качестве добавок для упаковки используют «мягкие» минеральные вещества (например, тальк, слюду, карбонат кальция, хлорид натрия (NaCl)). Идеальный «мягкий» минеральный материал имеет твердость ниже твердости проппанта и является инертным по отношению к жидкости ГРП/закачивания/добычи, что используется в течение продолжительного срока. Смесь песка и соли NaCl является более стабильной упаковкой, нежели упаковка из чистого песка (при одинаковых условиях потока жидкости).

[0034] Проппанты, имеющие упругие свойства, также могут быть использованы для создания упаковки в дополнение к традиционным проппантам. Для обеспечения данных упругих свойств, используют частицы из полимеров, металла или других соединений с высоким коэффициентом Пуассона. В этом случае частицы могут менять форму и быть пригодными для скважинных условий и при напряжениях в пределах кластера. Например, упругий проппант может менять форму и сплющиваться при нагрузке от стенок трещины. Несмотря на то, что деформация проппанта является нежелательным эффектом, выбор делают между проводимостью упаковки и снижением вымывания проппантного материала потоком жидкости. Несмотря на то, что ширина трещины может быть малой, сплющенный проппант может контактировать с другими расклинивающими агентами, что увеличивает площадь контакта проппанта при имеющемся напряженном состоянии.

[0035] Частицы с упругими свойствами включают часть закаченного проппанта. Хотя традиционный (твердый) проппант хорошо выдерживает нагрузку, но упругие частицы проппанта будут заполнять часть порового пространства в проппантной упаковке. Такое заполнение свободного пространства достигает несколько целей: (i) обеспечивается лучшее распределение напряжения между частицами проппанта и проппантом и породой (понижает разрушение частиц проппанта под нагрузками); и (ii) увеличивается сцепление между гранулами проппанта и между проппантом и породой, что помогает укрепить «проппантные дуги». Последнее уменьшает деформацию проппантного кластера при нагрузках и снижает потоковую эрозию упаковки. Кроме того, при заполнении пустот в упаковке, сплющенный упругий проппант укрепляет упаковку, подобно цементу.

[0036] Если проппант с упругими свойствами сплющивается слишком сильно и каналы закрываются, то можно закачать дополнительный жесткий проппант или добавить в упаковку некоторое количество песка или керамического материала для уменьшения степени сплющивания. Добавление песка / керамического материала в проппантную упаковку также обеспечивает минимальную толщину упаковки (в зависимости от содержания и свойств расклинивающего песка/ керамического материала).

[0037] Варианты осуществления вышеуказанных аспектов как по отдельности, так и в сочетании, повышают гидравлическую проводимость в трещине ГРП. Взаимосвязанные сетки из волокон и наполнители пустот укрепляют проппантные кластеры без вязких гелей, которые загрязняют упаковку. Покрытие отклоняет поток жидкости от проппантной упаковки, что уменьшает вымывание проппанта. Кроме того, такие улучшения направлены на целостность упаковки, что позволяет регулировать ее осаждение в трещине или перемещение по трещине с помощью чистой (беспроппантной) жидкости.

[0038] Варианты осуществления, описанные в настоящем документе, в целом относятся к суспензии проппанта, содержащей множество частиц проппанта в несущей жидкости; причем суспензию проппанта закачивают таким образом, чтобы сформировать кластеры проппанта в трещине ГРП; причем в улучшенную суспензию добавляют стабилизирующую добавку, включающую следующие компоненты или их комбинацию: неразлагаемые волокна; наполнители пустого пространства; вторая жидкость, устойчивая к потоку и более плотная, чем базовая жидкость; полужесткие волокна для покрытия проппантых кластеров первым слоем, имеющим частично включенные в него полужесткие волокна, для отклонения потока жидкости от проппантных кластеров; покрывающий материал для покрытия проппантных кластеров и отклонения от него потока; при этом покрывающий материал может быть гидрофильным материалом; гидрофобным материалом; материалом с низким трением; мягким материалом; термоотверждающимся материалом; отверждающимся материалом; или адгезионным материалом; и такие покрывающие материалы также могут инкапсулировать и иметь для задержку в активации реагента. Также описана суспензия проппанта, проппантные кластеры и проппантные упаковки, содержащие материалы для укрепления (стабилизации) кластеров.

[0039] Другим вариантом осуществления является проппантная упаковка, имеющая множество частиц проппанта в форме кластеров в трещине ГРП, проппантный кластер для расклинивания трещины, а также усовершенствования, включающие неразлагаемые волокна внутри или вокруг проппантных кластеров. Проппантная упаковка может включать песок, легкий проппант (проппант с низкой плотностью), проппант средней прочности или проппант высокой прочности и 0,1-5% неразлагаемых волокон или 0,5-1,5% по весу.

[0040] Другим вариантом осуществления является проппантная упаковка, включающий множество частиц проппанта, которые образуют проппантные кластеры для расклинивания открытой трещины, и добавление любых материалов для стабилизации кластеров, описанных в настоящем документе, добавляемых в проппантную упаковку.

[0041] Также описаны способы повышения проводимости трещины в пласте при помощи проппантной суспензии и проппантной упаковки, описанных в настоящем документе.

[0042] Дополнительные сведения, способы обработки или гидроразрыва подземного пласта включают: а) обеспечение состава для ГРП, включающего несущую жидкость, частицы проппанта, и любые добавки, описанные в настоящем документе; причем добавку закачивают либо вместе с несущей жидкостью и частицами проппанта, либо после них; b) закачку состава для ГРП; и с) добычу углеводородов через трещины ГРП. Как известно в этой области техники, способы закачки несущей жидкости и суспензии проппанта могут меняться для оптимизации размещения и размера кластеров.

[0043] Термины «проппант» и «частица» используются в качестве взаимозаменяемых, когда речь идет о дисперсных или твердых частицах, пригодных для скважинных работ. Пригодные твердые частицы включают без ограничений: песок; бокситы; керамические материалы; стекло; полимерные материалы; материалы Teflon®; скорлупу орехов; шелуху семян; отвердевшие частицы смолы, включающие скорлупу орехов; отвердевшие смолистые частицы, включающие шелуху семян; фруктовые косточки; отвердевшие смолистые частицы, включающие фруктовые косточки; дерево; композитные частицы и их комбинации.

[0044] Композитные частицы также могут быть пригодными в качестве проппантного материала; пригодные композитные частицы могут включать связующий агент и материал-наполнитель, причем пригодные материалы- наполнители включают оксид кремния, глинозем, мореный уголь, углеродную сажу, графит, слюду, диоксид титана, метасиликат, силикат кальция, каолин, тальк, диоксид циркония, бор, летучую золу, полые стеклянные микросферы, плотное стекло и их комбинации. Проппантная упаковка с содержанием вышеуказанных материалов может быть однородной или неоднородной (кластерной).

[0045] Волокно описано как любое физическое тело, в котором соотношение длины между любым из трех пространственных размеров превышает соотношение длин одного или двух других размеров по меньшей мере 5:1, или по меньшей мере 10:1, или по меньшей мере 50:1. Это означает, что отношение ширины к толщине тела превышает пропорции 5:1, 10:1 или 50:1. Волокно может быть выбрано в виде полосок или пластин.

[0046] Неразлагаемые свойства относятся к стабильности материала, которая оценивается путем добавления неразлагаемого материала в проппант и измерения его стабильности. Стабильность материала должна по меньшей мере в 1,5 раза (на 50% больше) превышать стабильность таких же проппантов без добавки неразлагаемого материала (и предпочтительно, по меньшей мере, в 2 раза, 5 раз или 10 раз). Испытанные неразлагаемые волокна (укрепляющий агент), которые описаны ниже, продемонстрировали увеличение стабильности упаковки более чем в 10 раз при лабораторных условиях испытаний.

[0047] Суспензия проппанта представлена в виде смеси жидкости и твердых частиц, например, проппант и воду или несущую жидкость. Суспензию часто смешивают с несущей жидкостью для формирования окончательной жидкости проппанта. В альтернативном варианте осуществления, в зависимости от оборудования, проппант могут смешивать прямо в несущую жидкость без первоначального превращения в суспензию.

[0048] Проппантная упаковка - это совокупность частиц проппанта в трещине ГРП, который расклинивает трещину ГРП для обеспечения потока жидкости через трещину. После размещения проппанта в трещине ГРП, несущая жидкость и добавки могут частично оставаться в упаковке.

[0049] Проппантный кластер включает группу (или совокупность) частиц проппанта, которые образуют связанное тело при размещении в трещине или отдельной области с плотностью частиц, превышающей плотность окружающей области, часто принимая форму опоры или кластера. Открытое пространство между проппантом формирует сеть соединяющихся открытых каналов, через которые жидкость поступает в ствол скважины. Это приводит к повышению эффективной гидравлической проницаемости и пористости всей трещины.

[0050] Материал для укрепления (стабилизации) проппантных кластеров включает любые неразлагаемые волокна, наполнители пустого пространства, покрывающие материалы и т.п., которые повышают стабильность кластера проппанта по отношению к потоку жидкости стандартного пласта; при этом проппантный кластер имеет более продолжительный срок службы при стандартных условиях потока, таких как воздействие скважинных условий. Стабилизацию можно измерить при помощи способов, описанных в настоящем документе, или других пригодных исследований потока; причем она должна быть по меньшей мере на 25% выше стабильности относительно стандартного уровня потока, предпочтительно 50-100% или более. В некоторых вариантах осуществления срок службы проппантных кластеров (опоры внутри трещины ГРП) может увеличиваться в два раза, три раза, пять раз, десять раз и более.

[0051] Покрытие или покрывающий материал проппанта включают фазу, которая не смешивается с жидкостью гидроразрыва и добываемой жидкостью, и после нанесения на проппант или проппантный кластер с трудом отслаивается, растворяется или иным образом разлагается на поверхности проппанта или кластера (в пластовых условиях или во время операции гидроразрыва).

[0052] Наполнители пустого пространства включают твердые или полутвердые частицы, материал которых отличается от материала частиц проппанта; они наполняют часть пространства между кластерами и/или частицами проппанта. В некоторых вариантах осуществления, концентрация общего наполнителя пустого пространства составляет от 0,1 до 20 процентов от веса проппантной упаковки.

[0053] Мягкие или полужесткие материалы включают материал, который обладает вязкоупругими свойствами и/или высоким пределом текучести и не смешивается с жидкостью гидроразрыва. Упругие свойства присутствуют в диапазоне, который обеспечивает свойства, позволяющие выдерживать напряжение в пластовых условиях. Степень снижения упругости компонентов с течением времени должна быть такой, чтобы обеспечивать выдерживание напряжений в течение по меньшей мере 1 года. Кроме того, мягкие или полужесткие материалы обладают меньшей твердостью по сравнению с другими проппантами.

[0054] Несущая жидкость (или базовая жидкость) ГРП включают любую загущенную и/или плотную жидкость, которая переносит проппант в условиях применения. Несущие жидкости ГРП включают гели, пены, вязкоэластичные сурфактанты, эмульсии, мицеллярные растворы и т.п., которые переносят проппант в трещины. Типичные несущие жидкости и способы их использования представлены в таблице 1.

[0055] Далее для упрощения описания описаны простые жидкости гидроразрыва, но, в настоящий документ могут быть включены любые добавки, такие как антикоррозионные вещества, средств против выпадения осадка, понизители трения, кислоты, соли, антибактериальные вещества, смачивающие агенты, буферные жидкости и т.п. Типичные добавки представлены в таблице 2. Такие добавки могут добавлять в жидкость на любом этапе во время смешивания, закачки или при работе в скважине в зависимости от скважинных условий.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0056] ФИГ. 1 (отражает уровень техники) - схема, на которой показан стандартный порядок гидроразрыва пласта.

[0057] ФИГ. 2А-В (отражает уровень техники) - распределение проппанта после гидроразрыва с использованием воды и формирование однородной упаковки из проппанта.

[0058] ФИГ. 3А-В (отражает уровень техники) - распределение проппанта в результате чередования стадий с проппантом и без проппанта для размещения неоднородной упаковки из проппанта.

[0059] ФИГ. 4 - изображения упаковки из проппанта после воздействия потока жидкости в течение 2 часов: а) 0 вес % неразлагаемых волокон; b) 0,7 вес % неразлагаемых волокон; с) 1,4 вес % неразлагаемых волокон. Неразлагаемые волокна представляли собой волокна из полимолочной кислоты; опыт проводился при комнатной температуре.

[0060] ФИГ. 5 показывает график для массы вымытого проппанта в зависимости от концентрации неразлагаемых волокон.

[0061] ФИГ. 6 показывает график для массы вымытого проппанта в зависимости от линейной скорости жидкости.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0062] Поддержание целостности упаковки из проппанта в течение срока эксплуатации скважины актуальна для долговременной проводимости. Данное описание касается множества устройств, способов и составов для укрепления упаковки из проппанта и увеличения срока его использования. Они могут использоваться отдельно или в любой комбинации и порядке для обеспечения размещения, прочности, стабильности и устойчивости к вымыванию кластеров проппанта. Кроме того, они также повышают проводимость трещины. Проводимость трещины - это произведение ширины трещины и проницаемости проппанта. Проницаемость всех широко используемых проппантов (песок, проппант средней прочности и керамические расклинивающие агенты) составляет от 100 до 200+Дарси (при отсутствии нагрузки на проппант). Однако проводимость трещины может снижаться в течение срока эксплуатации скважины по следующим причинам:

- увеличение нагрузки на проппантную упаковку;

- напряжение при коррозии, которое влияет на прочность проппанта;

- разрушение частиц проппанта;

- вдавливание частиц проппанта в породу;

- загрязнение упаковки из-за остатков геля или добавок для снижения потери жидкости;

- вымывание проппанта или проппантного кластера.

[0063] Следует отметить, что при проработке любых вариантов осуществления, выбирают конкретные решения, зависящие от конкретных обстоятельств, и направленных на достижения конкретных целей пользователя, которые формулируются в рамках ограничений, связанных с бизнес-задачами и особенностями нефтеносного пласта. Следует понимать, что, выбор конкретного решения может быть сложным и продолжительных процессом, но понятным этапом для специалиста, обладающего стандартными навыками в данной области.

[0064] ФИГ. 2А - схематический вид трещины ГРП с использованием однородной упаковки проппанта. Ствол скважины 1, пробуренный через подземную зону 2, из которой по прогнозам можно добывать углеводороды, имеет обсадную колонну и цементную оболочку 3, размещенное в затрубном пространстве между обсадной колонной и стенками ствола скважины. Каналы перфорации 4 в обсадной колонне выполнены для соединения пласта со скважиной. Жидкость гидроразрыва закачивают в ствол скважины со скоростью и под давлением, достаточными для создания трещины 5 (вид сбоку). При таком гидроразрыве с использованием водной среды, однородный проппант 6 собирается в нижней части трещины рядом с каналами перфорации.

[0065] Считается, что клин из проппантного материала образуется из-за высокой скорости осаждения в некачественной несущей жидкости или малой ширины трещины (в результате низкого напряжения породы в пласте и низкой вязкости жидкости). Проппант осаждается в узких местах и со временем скапливается. До завершения работ гидравлическая ширина (ширина трещины при закачке) позволяет скапливаться основному количеству материала. После завершения работ и прекращения закачки трещина закрывается из-за снижения давления в трещине ГРП. Трещина ГРП остается приоткрытой благодаря скоплению проппанта, как показано на следующей ФИГ. 2А.

[0066] После снижения давления, как показано на ФИГ. 2В, трещина 15 уменьшается по длине и высоте и незначительно уплотняет проппант 16, который остается в том же самом месте рядом с каналами перфорации. Ограничение при такой обработке заключается в том, что трещина закрывается после закачки, «клин проппанта» может поддерживать трещину в открытом состоянии (проводящая трещина) на некотором расстояние выше и в сторону. Это расстояние зависит от свойств пласта (модуль Юнга, напряжение в пласте и т.д.) и свойств проппанта (тип, размер, концентрация и т.д.).

[0067] Считается, что способ использования неоднородной проппантной упаковки при этом способствует перераспределению проппанта путем динамического воздействия на клин во время обработки. Для данного примера низковязкая жидкость чередуется с низковязкой вязкоупругой жидкостью, которая имеет высокие транспортные характеристики. При вхождении стадии вязкоупругой жидкости, эта жидкость поднимет, повторно диспергирует и переносит некоторого клина проппанта, который образовался рядом со стволом скважины из-за осаждения на первой стадии. Благодаря вязкоупругим свойствам жидкости при таком чередовании таких стадий происходит образование локализованных кластеров (аналогичных клиньям) и их перераспределение далее в гидроразрыве.

[0068] Это показано на ФИГ. 3А и 3В, которые еще раз представляют трещину во время закачки (ФИГ. 3А) и после нее (ФИГ. 3В) и где кластеры 8 проппанта расположены вдоль большой части (если не всей) длины трещины. В результате при сбросе давления кластеры 28 остаются расположенными по всей длине трещины и минимизируют сжатие трещины 25.

[0069] В некоторых вариантах осуществления для неоднородного размещения поочередно используют низковязкие и высоковязкие жидкости. Жидкости с высокой вязкостью и высоким содержанием проппанта могут также чередовать с жидкостями с высокой вязкостью и низким (включая нулевое) содержанием проппанта.

[0070] Добавки, используемые при операциях по кластерному ГРП для формирования кластеров (опор) проппанта, которые могут считаться добавками для предотвращения диспергирования пробок, для укрепления кластеров или для консолидирования кластеров, часто представляют собой разлагаемые (деградирующие) волокна. Однако разлагаемые волокна являются эффективными до стадии промывки скважины или на начальном периоде добычи (до тех пор, пока волокна не потеряют прочность). Укрепляющий эффект от волокон пропадает задолго до полного разложения волокон, как правило, при деградации на уровне 20-30 процентов по весу волокон.

[0071] В настоящей заявке раскрывается описание нескольких подходов (которые могут использоваться отдельно или в любой комбинации) к укреплению кластеров проппанта, которые могут быть эффективны на стадии промывки скважины, закачки и/или при добыче жидких углеводородов. По существу, в настоящем документе описаны два подхода к укреплению кластеров: 1) снижение усилий, действующих на проппантную упаковку или 2) повышение стойкости кластеров к нагрузке. Ниже перечислены несколько подходов к укреплению проппантной упаковки.

ДОБАВКИ ДЛЯ УКРЕПЛЕНИЯ КЛАСТЕРОВ

[0072] Имеются два основных типа добавок, которые можно добавлять в проппантные кластеры. Первым типом являются добавки, которые образуют сетку, переплетающуюся внутри проппантной упаковки и таким образом укрепляющим расклинивающую структуру изнутри. Второй подход заключается в добавлении добавок, которые наполняют пустое пространство в проппантной упаковке, что укрепляет кластеры.

[0073] Неразлагаемые волокна являются одним из примеров добавки, которая укрепляют кластеры проппанта изнутри. В отличие от разлагаемых волокон, которые традиционно используются для операций по кластерному ГРП, неразлагаемые волокна могут усиливать проппантную упаковку во время всего срока эксплуатации скважины. Данный эффект достигается путем формирования постоянной сетки волокон, которая проникает или окутывает весь проппантный кластер. Неразлагаемые волокна добавляют во время расклинивающей стадии ГРП.

[0074] Неразлагаемые волокна включают углерод, арамиды, металлические и стеклянные волокна, а также волокна на керамической и минеральной основе и нанотрубки из галлуазита. Волокна на основе целлюлозы также являются неразлагаемыми, например, волокна нанокристаллической целлюлозы, нанофибриллированной целлюлозы, микроволокна целлюлозы, кристаллы целлюлозы, волокна из аморфной целлюлозы. Волокна могут модифицировать для добавления функциональных групп с целью улучшения образования сетки и индуцирования взаимодействия / связи сетки / проппанта в скважинных условиях.

[0075] Примеры неразлагаемых волокон включают: углеродное волокно, одинарные или многостенные углеродные нанотрубки; ароматические полиамиды (арамиды), такие как полипарафенилен-терефталамид (фирменное название Twaron компании Teijin Aramid и Kevlar® компании DuPont), полиметафенилен-терефталамид (фирменное название Nomex® компании DuPont) и нейлон; полиэфиры, такие как полиэтилентерефталат (ПЭТФ) или полибутилентерефталат (ПБТ); волокна из фенолформальдегидной смолы, поливинилхлоридное волокно, полиолефины (полиэтилен и полипропилен), волокно из олефинов, акриловые полиэфиры, акриловое волокно и полиуретановое волокно; алюмооксидные волокна, волокна из карбида кремния; и варианты асбеста.

[0076] Частицы полимеров имеют подходящий размер, например больше, по меньшей мере, 25, 50, 75 или 100 микрон. Кроме того, полимер не должен растворяться в жидкости гидроразрыва / добываемой жидкости / закачиваемой жидкости и должен быть стойким к химическому составу материалов для гидроразрыва (т.е. не должен расщепляться, растворяться и т.д.). Поглощающая способность выбранного полимера зависит от состава и назначения упаковки из проппанта, однако предполагается, что поглощающий полимер будет способствовать стабильности кластера.

[0077] Особым преимуществом использования неразлагаемых волокон является улучшенный перенос частиц проппанта независимо от вязкости несущей жидкости. Если не учитывать соображения вязкости несущей жидкости, проппантная упаковка можно легко адаптировать к пластовым условиям для оптимизации геометрии трещины. Кроме того, для несущей (базовой) жидкости требуется меньшая концентрация загущающих полимеров, что улучшает проницаемость углеводородной жидкости через проппантную упаковку и общий объем добычи.

[0078] Влияние концентрации неразлагаемых волокон на стабильность упаковки можно продемонстрировать путем воздействия потока жидкости на проппантную упаковку с различной концентрацией волокон. Мы провели исследование трех проппантных упаковок, в которые были включены волокна из ПМК, тестирование проводилось при комнатной температуре (неразлагамые волокна при данной температуре):

- Прочный проппант сито 20/40+0% по весу неразлагаемых волокон.

- Прочный проппант сито 20/40+0,7% по весу неразлагаемых волокон.

- Прочный проппант сито 20/40+1,4% по весу неразлагаемых волокон.

[0079] Проппантные упаковки формировались в виде опор и подвергались воздействию напряжения 10-12 тыс. фунт/ кв. дюйм. После этого на упаковку направлялся поток жидкости, отрегулированный таким образом, чтобы линейная скорость жидкости рядом с упаковкой составляла 0,5-1,0 м/с.На ФИГ. 4А-С показан проппантная упаковка после воздействия потока жидкости в течение 2 часов; при этом на ФИГ. 4А - 0 вес. % неразлагаемых волокон, на ФИГ. 4 В - 0,7 вес. % неразлагаемых волокон и на ФИГ. 4С - 1,4 вес. % неразлагаемых волокон.

[0080] Как видно на ФИГ. 4, стабильность проппантной упаковки при воздействии потока жидкости повышается при добавлении неразлагаемых волокон. На ФИГ. 5 показано, что количество проппанта, вымываемого из упаковки, уменьшается при увеличении концентрации неразлагаемых волокон. На ФИГ. 6 показана зависимость стабильности упаковки (упаковка с неразлагаемыми волокнами и без волокон) от линейной скорости жидкости.

[0081] Можно увидеть, что эффективность неразлагаемых волокон становится заметной при определенной скорости жидкости, что, в свою очередь, соответствует скорости добычи. Таким образом, следует рассматривать закачивание неразлагаемых волокон в скважины со средним и высоким объемом добычи для повышения их производительности.

[0082] Результаты стабильности упаковки из проппанта, обеспечиваемой неразлагаемыми волокнами, показывают, что стабилизирующие добавки (когда стабилизация имеет место благодаря соединению частиц проппанта и увеличению площади контакта между частицами) могут влиять на операции кластерного ГРП, поддерживая каналы открытыми и предотвращая вынос проппанта и осаждение в трещине.

[0083] Другим примером стабилизирующих агентов для кластеров являются добавки, которые наполняют пустое пространство. Добавки, которые наполняют пустое пространство в проппантной упаковке мягче проппанта. Такие добавки могут создавать из органических или неорганических материалов или их комбинации. Такие добавки могут создавать из кристаллических или аморфных материалов или их комбинации. Например, такие добавки могут содержать синтетические полимеры (полиэтилен, полиуретан и другие эластомеры и т.д.) или органические материалы, включая полимеры или волокна (хлопок, скорлупа грецких орехов и т.д.), металлические частицы или их комбинацию.

[0084] Добавки для наполнения пустот также могут создавать из мягких неорганических материалов природного характера, таких как минералы или порода (мел, карбонаты, графит, асбест и т.д.), либо синтезированных искусственно, или из их комбинации. Такие добавки для наполнения пустот могут иметь форму частиц, гранул, волокон, иголок, кристаллов или пластин малого размера, агрегированных/связанных структур или их комбинаций. Такие добавки могут использовать в первоначальном виде или изменять химическим/механическим способом, и/или модифицировать, и/или очищать или перерабатывать для обеспечения дополнительных свойств (например, повышенное сходство с частицами проппанта или поверхностью пластовой породы, повышенные прочность или мягкость или упругие свойства, измененные свойства соответствия пространству, измененная смачиваемость и т.д.).

[0085] Пористость упаковки из проппанта связана, по меньшей мере частично, со взаимосвязанным поровым пространством между соседними частицами проппанта. Такие мягкие частицы, которые наполняют пустоты между гранулами проппанта, увеличивают площадь контакта между частицами проппанта и/или между частицами и пластовой породой и обеспечивают повышенное сходство между самими частицами или сходство частиц и пластовой породы, что приводит к созданию усиленной структуры упаковки, уплотненной мягкими (или полумягкими) частицами.

[0086] С учетом того, что наполнители пустого пространства предназначены для наполнения пустот внутри кластеров (т.е. пор внутри упаковок), их могут закачивать непрерывно, так как это упрощает выполнение операции. Принимают в расчет поток жидкости, однако большая часть потока проходит по каналам, где волокна не находятся постоянно. За пределами кластеров наполнители пустого пространства могут ухудшать проводимость и объем добычи. Кроме того, не все пустое пространство проппантной упаковки заполняется, поэтому некоторая степень проводимости в кластере может сохраняться.

[0087] Имеется большое количество материалов, которые могут использоваться в дополнение к вышеуказанным. Рекомендации для выбора соответствующих наполнителей пустого пространства включают:

a. Твердость ниже твердости проппанта.

b. Устойчивость к разрушению при пластовых нагрузках.

c. Стойкость к химическому составу жидкости ГРП (т.е. не гидролизируются и не растворяются в жидкости).

d. Размер гранул выше 50 микрон (предпочтительно 50-75% или 80-100% размера гранул проппанта).

[0088] Наполнители пустого пространства также могут содержать агенты повышения эффективности, такие как добавки в виде нановолокон, нанокристаллов, нанопластин или их комбинации. Концентрация таких нанодобавок составляет от 0,01% до 20% по весу наполнителя пустого пространства.

МОДИФИКАЦИЯ ЧАСТИЦ В КЛАСТЕРЕ

[0089] Другой подход к укреплению упаковки из проппанта путем повышения стойкости кластера заключается в улучшении взаимодействия между частицами самого проппанта. Поверхность частиц проппанта можно изменять для образования дополнительных связей между ними. К такому покрытию предъявляют следующие требования: долговременная способность выдерживать поток жидкости и его реакционную способность (или способность слоя к самовосстановлению/регенерации в условиях добычи) и достаточное сходство с поверхностью зерен проппанта.

[0090] Различные способы, которые можно использовать для достижения этих целей, включают:

[0091] Химическая связь. Гранулы проппанта покрывают материалом, который не вступает в реакцию в условиях на поверхности, но обеспечивает дополнительное сходство самих частиц материала и/или сходство частиц материала с гранулыми проппанта в скважинных условиях при помощи химических средств. Другим подходом является химическая обработка уже размещенного упаковки из проппанта для повышения сходства между гранулами проппанта.

[0092] Проппант (расклинивающий агент) также модифицируют для снижения химической активности проппанта по отношению к материалам, которые встречаются при обработке пласта или скважины, включая следующие материалы: нефть, газ, вода, соляной раствор, жидкость гидроразрыва, остаточные средства кислотной обработки, щелочные жидкости (которые, как правило, связаны с закачкой пара или воды), биологические агенты или их побочные продукты, такие как углекислый газ и сероводород. Например, покрытия, которые снижают степень химических реакций между проппантом и окружающими жидкостями, могут уменыпать образование осадка в упаковке из проппанта.

[0093] Механическая связь. Слой мягкого материала, который осаждается или выпадает на гранулы проппанта, может увеличивать степень проникновения одной частицы в другую, повышая таким образом коэффициент трения между частицами. Примерами таких материалов могут быть смолы, различные негибкие полимеры (например, полиэтилен, полиуретан, полипропилен, мягкие пластмассы), осаждающиеся карбонаты/сульфаты щелочной земли и т.д. Проппанты с покрытием из отверждаемой смолы имеются на рынке с 1980-х годов. После отверждения оболочки, покрытые проппанты образуют гибкую сетку, которая перераспределяет напряжение путем снижения отдельных нагрузок на частиц проппанта. Такие материалы могут использовать с любым из вышеуказанных способов улучшения для образования прочных кластеров. Однако формирование неоднородной упаковки из проппанта становится трудным после отверждения смоляного покрытия.

[0094] Смачиваемость частиц. Когда островки проппанта смачивают жидкостью, которая не смешивается полностью с добываемой жидкостью, то между частицами проппанта формируются перемычки из этой смачивающей жидкости. Такие перемычки создают капиллярные силы притяжения между частицами. Поэтому, желательно изменять смачиваемость частиц следующим образом. При добыче жидких углеводородов используют гидрофильные частицы проппанта; при добыче или закачке воды или паров воды/пара используют гидрофобные частицы проппанта.

[0095] Структура на поверхности гранулы. Для увеличения трения или сцепления между частицами, их поверхность модифицируют известными способами.

[0096] Поверхность частиц могут обрабатывать (во время производства, перед обработкой или на последних стадиях обработки) для увеличения сил сцепления и/или шероховатости, что таким образом будет повышать коэффициент трения между частицами. Примеры такого подхода включают без ограничений: использование проппанта высокой прочности вместо легкого проппанта; использование проппанта с низкой округлостью и сферичностью; использование проппанта с протравленной поверхностью и т.д. Эффект сцепления также достигают путем модификации частиц следующим образом: изменение формы гранулы проппанта со сферической на удлиненную, на форму тонкого диска, располагающегося параллельно потоку, на форму «шара для гольфа» с вмятинами и т.д.

[0097] Повышение упругости/пластичности частиц проппанта. Частицы проппанта могут изготавливать из материала (например, частицы, состоящие из полимеров, металла или любого материала с достаточным коэффициентом Пуассона), который может менять свою форму (сплющиваться) в скважинных условиях. Гранулы стандартного проппанта потенциально могут обрабатывать для обеспечения таких свойств. В результате пластичные/упругие свойства зерен проппанта улучшаются по сравнению с исходным проппантом. Такие свойства обеспечивают больший контакт между частицами под воздействием приложенного напряжения. Кроме того, форма частиц приближается к форме тонкого диска. Оба эти фактора способствуют укреплению упаковки из проппанта.

[0098] Улучшение взаимодействия частиц благодаря изменению поверхности или покрытия не усиливает сами отдельные частицы, но улучшает распределение напряжения между ними. Это, в свою очередь, повышает прочность упаковки из проппанта.

[0099] Способы нанесения покрытия для химического или механического изменения включают распыление, погружение или пропитывание проппанта в нужном покрывающем материале, гальванопокрытие, плазменное распыление, набрызгивание, флюидизирование, нанесение порошка или наплавление материала на проппант. В некоторых обстоятельствах, химическое протравливание используют для лучшего сродства покрытия к поверхности.

[00100] Кроме того, частицы проппанта могут иметь несколько слоев с различными характеристиками. В некоторых вариантах осуществления наружный слой может служить одной конкретной цели и может разрушаться в пластовых условиях, открывая для воздействия следующий слой. Например, проппант с одним наружным слоем, который обеспечивает смазку между частицами проппанта, может способствовать более эффективному размещению проппанта. После размещения данный наружный слой может разрушаться и открывать следующий слой, который может содержать реагирующие химические вещества, способствующие созданию химических связей между частицами проппанта.

ЗАЩИТНЫЕ ПОКРЫТИЯ ДЛЯ КЛАСТЕРОВ

[00101] На проппантную упаковку может воздействовать (на последних стадиях обработки) слой материала, который укрепляет упаковку снаружи. К такому слою предъявляют следующие требования: долговременная способность выдерживать поток жидкости и его реакционную способность (или способность слоя к самовосстановлению в условиях добычи), достаточное структурное сходство с проппантной упаковкой и способность покрывать проппантную упаковку без риска ухудшения параметров пласта.

[00102] Ухудшение параметров пласта можно предотвращать, к примеру, следующим образом: (i) покрытие наносят в период времени, когда трещина защищена фильтровальной коркой; (ii) проппант подвергают предварительной обработке при помощи слоя (слоев), который обеспечивает дополнительное сходство с химическими реагентами защитного покрытия; (iii) химические реагенты защитного покрытия обеспечивают дополнительное сродство с проппантом (при помощи химических средств); (iv) проппант может высвобождать химические реагентов для покрытия в скважинных условиях; и (v) химические реагенты покрытия в виде капсул добавляют в стадии проппанта; и химические реагенты при разрушении/растворении капсул высвобождаются.

[00103] Любой материал для повышения прочности кластера или покрывающий материал, которые высвобождаются при смыкании трещины или закачиваются после размещения проппанта, имеют достаточное сходство с поверхностями на основе кремния. Если материал не смешивается с жидкостью гидроразрыва, это должна быть фаза смачивания или же на поверхностях на основе кремния имеет место сильная адсорбция. Вследствие этого имеется опасность покрытия всей поверхности трещины данными добавками, что может иметь катастрофические последствия для добычи. Поэтому фильтрационная корка, отложившаяся на поверхности трещины, может быть полезной, так как она будет предотвращать взаимодействие поверхности породы с покрытием. Например, поверхности каналов не будут иметь покрытия, так как фильтрационная корка будет препятствовать взаимодействию. Фильтрационная корка может образовываться в самый первый период закачки жидкости (жидкость может содержать полимерную фильтрационную корку). Однако данные полимеры не всегда присутствуют в стадиях проппанта. Поэтому проппант не покрывается полимером и покрытие может взаимодействовать только с проппантом в кластерах.

[00104] Покрывающий материал, например термопластичный материал, можно закачивать с жидкостью гидроразрыва. Такой материал могут инкапсулировать для задержки действия покрытия. При соответствующих условиях покрывающий материал может покрывать проппант и кластеры. Покрывающий материал присутствует в количестве примерно от 0,1 до 40 процентов по весу частиц проппанта, предпочтительно от 0,1 до 30 процентов по весу и наиболее предпочтительно от 0,1 до 20 процентов по весу.

[00105] Альтернативными вариантами защитного покрытия являются, без ограничений, следующие.

[00106] Жесткий слой. Жесткий слой, описанный ниже, представляет собой слой, более плотный или более вязкий чем для несущей жидкости, и при этом может противостоять потоку жидкости. Это уплотнительный слой, непроницаемый для жидкости (он полностью защищает проппантную упаковку от воздействия жидкости на границе жидкость-упаковка). Жесткий слой могут формировать путем сшивания полимеров (в пласте) или отверждения под воздействием температуры, или в результате взаимодействия добавки с двумя/несколькими компонентами, например двухкомпонентных смол, самоотверждающихся смол, смол, содержащих агент, задерживающий отверждение, или при закачивании агента - отвердителя в последнюю очередь.

[00107] Отклоняющий слой. Тип слоя (не обязательно жесткий), который обладает способностью отклонять поток от упаковки. Например, данного эффекта могут достигать при помощи специальной архитектуры поверхности слоя (например, полужесткие волокна, частично внедренные в слой). Волокна из нейлона и полипропилена могут внедрять в покрытие проппанта (из смолы, полиэтилена и т.д.). В свою очередь, на такие частицы могут наносить другое покрытие (разлагаемое, например, полимолочную кислоту) для временной защиты волокон во время закачки.

[00108] Химический отводящий слой. Другой подход для отклонения структуры потока от упаковки заключается в повышении эффективности защитного покрытия (не обязательно жесткого) с, например, гидрофильными свойствами (для пластов, из которых добывается гидрофобная жидкость).

[00109] Слой для понижения трения. Слой (не обязательно жесткий), который имеет коэффициент трения между собой и жидкостью меньше, чем коэффициент трения между проппантом и жидкостью.

[00110] Несмотря на то, что выше были подробно описаны несколько примеров осуществления данного решения, специалисты в данной области легко поймут, что возможны многие модификации приведенных вариантов без существенного отклонения от настоящего решения. Соответственно, все подобные модификации включены в объем настоящего решения, как определено в нижеследующей формуле изобретения. В формуле изобретения пункты «средство плюс функция» представляют структуры, раскрытые в настоящем документе как выполняющие описываемую функцию, и не только как структурные эквиваленты, но и как эквивалентные структуры. Следовательно, хотя гвоздь и винт не могут быть структурными эквивалентами, поскольку гвоздь использует цилиндрическую поверхность для скрепления деревянных деталей, тогда как винт использует спиральную поверхность в среде крепления деревянных деталей, гвоздь и винт могут быть эквивалентными структурами.

[00111] Нижеприведенные документы включены в настоящий документ путем ссылки во всей их целостности для всех целей.

- US 3066118, Cross-linked carboxylic polymers of triallyl cyanurate and alkenoic acids.

- US 3426004, Crosslinked acrylic acid interpolymers.

- US 3951926, Cross-linked ethylene-maleic anhydride interpolymers.

- US 6776235, Hydraulic fracturing method.

- US 8061424, US 8584755, US 20090044945, US 20120125618, Methods for hydraulic fracturing of subterranean formation.

- US 7281581, US 7325608, Methods of hydraulic fracturing and of propping fractures in subterranean formations.

- US 7044220, Compositions and methods for improving proppant pack permeability and fracture conductivity in a subterranean well.

- US 20080135242, Heterogeneous proppant placement in a fracture with removable channelant fill.

- US 20120247764, Proppant pillar placement in a fracture with high solid content fluid.

- US 20080128131, Methods for enhancing fracture conductivity in subterranean formations.

- SPE-149390-MS: Anup Viswanathan A., et al, Completion Evaluation of the Eagle Ford Formation With Heterogeneous Proppant Placement (2011).

- GYENES T, et al, Synthesis and swelling properties of novel pH-sensitive poly(aspartic acid) gels. Acta Biomater. 2008 4(3):733-44.

- ARTURO HORTA, M. et al, The pH Inside a pH-Sensitive Gel Swollen in Aqueous Salt Solutions: Poly(N-vinylimidazole). Macromolecules 2009 42 (4), 1285-1292.

- JIANG, H.L. and ZHU, K. J., Polyanion/gelatin complexes as pH-sensitive gels for controlled protein release. J. Appl. Polym. Sci., 2001 80: 1416-1425.

[00112] Использование слов «один» или «определенный» в сочетании с термином «содержащий» в формуле изобретения или спецификации означает один или несколько, если в контексте не указано иное.

[00113] Термин «приблизительно» означает указанное значение плюс или минус предел погрешности измерения или плюс или минус 10% (если не указан способ измерения).

[00114] Термин «или» в формулах изобретения используется для обозначения «и/или», кроме тех случаев, когда имеется однозначная ссылка только на альтернативные варианты или альтернативные варианты взаимно исключены.

[00115] Термины «составляет», «имеет», «включает» и «содержит» (и их варианты) представляют собой общие связывающие глаголы; при их использовании в формуле изобретения к ним можно добавлять другие элементы.

[00116] Фраза «состоящий из» является закрытой и исключает дополнительные элементы.

[00117] Фраза «состоящий по существу из» исключает дополнительные существенные элементы, но позволяет включать несущественные элементы, которые по существу не меняют характер изобретения, такие как инструкции по использованию, буферные жидкости и т.п.

[00118] В настоящем документе используются следующие сокращения:

Изобретение относится к способам гидроразрыва пластов для повышения объемов добычи из них. Способ разрыва подземного пласта содержит закачку несущей жидкости в пласт под давлением, достаточным для создания трещины в пласте, закачку несущей жидкости и частиц проппанта и гранул укрепляющей добавки в трещину, удаление несущей жидкости для формирования множества проппантных кластеров, причем каждый проппантный кластер содержит частицы проппанта и укрепляющую добавку, где проппантный кластер на 50% стабильнее по сравнению с кластером без укрепляющей добавки, размер гранул укрепляющей добавки находится в интервале от 80 до 100% от среднего размера частиц проппанта. Технический результат – повышение эффективности обработки. 3 з.п. ф-лы, 2 табл., 6 ил.

1. Способ разрыва подземного пласта, содержащий:

закачку несущей жидкости в пласт под давлением, достаточным для создания трещины в пласте;

закачку несущей жидкости и частиц проппанта и гранул укрепляющей добавки в трещину;

удаление несущей жидкости для формирования множества проппантных кластеров,

причем каждый проппантный кластер содержит частицы проппанта и укрепляющую добавку; причем проппантный кластер на 50% стабильнее по сравнению с кластером без укрепляющей добавки,

при этом размер гранул укрепляющей добавки находится в интервале от 80 до 100% от среднего размера частиц проппанта.

2. Способ по п. 1, в котором укрепляющая добавка для кластера представляет собой наполнитель пустого пространства в кластерах проппанта.

3. Способ по п. 2, в котором наполнитель пустого пространства представляет собой частицы, выбранные из группы, состоящей из синтетического полимера с твердостью ниже твердости частиц проппанта, природного полимера, который не смешивается с базовой жидкостью, минерала и их комбинаций.

4. Способ по п. 1, в котором дополнительно вводят неразлагаемое волокно, выбираемое из группы, состоящей из волокон углерода, целлюлозы, арамидов, металла, минералов, стекла и их комбинаций.