СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ И ПОДАЧИ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННОЙ ЖИДКОСТИ ДЛЯ ГИДРОРАЗРЫВА ПЛАСТА Российский патент 2020 года по МПК C09K8/594 C09K8/80 C09K8/84 E21B43/267 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу получения высококачественной жидкости для гидроразрыва пласта, используемой для разрыва подземного пласта. Более конкретно, изобретение относится к содержащей расклинивающий наполнитель жидкости для гидроразрыва пласта, включающей диоксид углерода и имеющей Митчелл-характеристику, по меньшей мере, 50%.

Предпосылки создания изобретения

Использование жидкого диоксида углерода (СО₂) в качестве жидкости для гидроразрыва пласта для воздействия на пласты, содержащие нефть и газ, хорошо известно в технике. Использование жидкого диоксида углерода (ЖСО₂) в обработке гидравлического разрыва нефтяных и газовых пластов имеет преимущества в водочувствительных и низкого давления пластах. Во-первых, использование ЖСО₂ обеспечивает значительное снижение используемой водной нагрузки (объема), что минимизирует образование разрушения, вызываемого водой. Во-вторых, ЖСО₂ сообщает энергию жидкости для гидроразрыва пласта и промотирует обратный поток воды посредством парообразования и расширения, когда давление удаляется из гидроразорванного пласта.

ЖСО₂, используемый в обработках гидравлического разрыва, обычно вводится в потоке высокого давления, содержащем воду и расклинивающий наполнитель, в устье скважины. С помощью добавок, таких как поверхностно-активные вещества и гели, стабильная эмульсия ЖСО₂ в воде образуется в или вблизи точки введения. Расклинивающий наполнитель также диспергируется в воде и вместе с ЖСО₂ образует, как известно в технике, внутреннюю фазу эмульсии с водой, образующей внешнюю фазу. Объемный процент сообщающего энергию компонента (ЖСО₂) относительно общей жидкой фазы обычно называется «Митчелл-характеристикой», тогда как объемный процент общей внутренней фазы (ЖСО₂ и расклинивающий наполнитель) в общей жидкости обычно называется «характеристикой суспензии». Указанные характеристики являются равными, когда расклинивающий наполнитель не присутствует, и Митчелл-характеристика является ниже характеристики суспензии, когда расклинивающий наполнитель присутствует. ЖСО₂-содержащие жидкости для гидроразрыва пласта с Митчелл-характеристикой менее примерно 53%, обычно называются «энергизированными», тогда как с характеристикой в приблизительном интервале 53-95% обычно называются «эмульсиями», хотя они являются еще энергизированными ЖСО₂. Указанные эмульсии имеют увеличенную кажущуюся вязкость благодаря взаимодействию друг с другом дискретных ЖСО₂ дисперсных фаз. Подобным образом присутствие расклинивающего наполнителя как части внутренней фазы также вносит вклад в указанное увеличение кажущей вязкости. Высокая вязкость жидкости для гидроразрыва пласта может иметь несколько преимуществ, таких как улучшение транспортирования расклинивающего наполнителя в стволе скважины и гидравлических разрывах, увеличивая ширину гидравлического разрыва и снижая утечку на поверхность из гидравлического разрыва.

Одной проблемой, касающейся традиционных систем образования высококачественных жидкостей для гидроразрыва пласта, когда расклинивающий наполнитель вводится в водную часть, является то, что, когда Митчелл-характеристика (или характеристика суспензии) увеличивается выше 50%, имеется относительно низкая скорость потока воды, доступной для введения расклинивающего наполнителя. Это ограничивает концентрацию расклинивающего наполнителя, которая может быть в конечном счете достигнута в высококачественной жидкости для гидроразрыва пласта и может привести к большему количеству жидкости для гидроразрыва пласта, требуемому вместо фиксированного количества расклинивающего наполнителя во время обработки гидравлического разрыва. Соответственно, это влечет за собой более высокие затраты на обработку с потенциально увеличенной опасностью разрушения пласта благодаря дополнительной водной нагрузке.

Патент США № 5515920 (Luk et al.) рассматривает способ создания высокой концентрации расклинивающего наполнителя, потока гидравлического разрыва с высоким содержанием СО₂, при одновременном введении расклинивающего наполнителя как в водную часть, так и ЖСО₂-часть. Это требует как традиционного смесителя расклинивающего наполнителя, так и смесителя ЖСО₂-расклинивающего наполнителя для введения расклинивающего наполнителя в соответствующие части, и, как может быть отмечено, традиционный смеситель будет иногда недостаточно эффективно используемым для целей введения расклинивающего наполнителя при получении высококачественных жидкостей для гидроразрыва пласта, когда скорость потока воды является относительно низкой по сравнению со скоростью потока ЖСО₂.

Другой проблемой, касающейся традиционных систем образования высококачественных жидкостей для гидроразрыва пласта, когда расклинивающий наполнитель вводится в водную часть, является то, что, когда концентрация расклинивающего наполнителя варьируется в процессе обработки, отношение внутренней фазы (т.е. характеристика суспензии) в жидкости будет иметь тенденцию варьироваться, и, следовательно, вязкость жидкости для гидроразрыва пласта будет также иметь тенденцию варьироваться. Это может быть значительной проблемой, когда концентрация расклинивающего наполнителя постепенно увеличивается от низкой к высокой концентрации в процессе обработки гидравлического разрыва. Для того, чтобы поддержать по существу постоянным отношение внутренней фазы (характеристику суспензии), а поэтому вязкость, объемная фракция ЖСО₂ в жидкости должна быть динамически сниженной, чтобы быть в соответствии с увеличением объемной фракции расклинивающего наполнителя. Это требует (i) идентификации указанной проблемы на части поставщика сервиса, обеспечивающего обработку гидравлического разрыва и (ii) осуществления схемы контроля для точного измерения концентрации расклинивающего наполнителя в водной части с соответствующим контролем скорости потока ЖСО₂-части. Как можно отметить, это может потребовать изменения заданных высоких скоростей течения различных потоков питания, иногда первоначального контроля потока, связанного со скважинами высокого давления, которые регулируют поток водной и ЖСО₂ частей, и то, что другие важные параметры, такие как давление нисходящей скважины, также изменяются в процессе обработки.

Патент США № 4627495 (Harris et al.) распознает указанную проблему и рассматривает способ регулирования объема ЖСО_2, когда объем материала расклинивающего наполнителя, введенного в водную часть, варьируется, но имеет вышеуказанные требования.

Таким образом, для преодоления недостатков прототипа одной из целей настоящего изобретения является образование высококачественной жидкости для гидроразрыва пласта, имеющей более высокую концентрацию расклинивающего наполнителя в процессе обработки гидравлического разрыва, чем традиционная высококачественная жидкость для гидроразрыва пласта, и, таким образом, использующей меньшую водную нагрузку.

Другой целью настоящего изобретения является смешение потока жидкого СО₂ высокого давления и расклинивающего наполнителя с потоком высокого давления, содержащим воду в форме высококачественной жидкости для гидроразрыва пласта, которая направляется в подземный пласт для его гидравлического разрыва, и которая имеет более высокий уровень концентрации расклинивающего наполнителя в процессе обработки гидравлического разрыва, чем традиционная высококачественная жидкость для гидроразрыва пласта.

Другой целью настоящего изобретения является создание способа получения высококачественной жидкости для гидроразрыва пласта, в котором расклинивающий наполнитель вводится только в СО₂-часть, поэтому разделяя компоненты внутренней фазы на опрессовываемые и текущие с помощью одной группы насосов гидроразрыва высокого давления, так что объемный поток СО₂ автоматически снижается в пропорции с увеличением объемного потока расклинивающего наполнителя, когда указанные насосы СО₂ высокого давления работают с постоянной скоростью потока, поэтому облегчая относительно постоянное соотношение внутренней фазы (характеристика суспензии) и поэтому кажущуюся вязкость высококачественной жидкости для гидроразрыва пласта.

Другие цели и аспекты настоящего изобретения станут очевидными специалисту в данной области техники при рассмотрении описания, чертежей и прилагаемой формулы изобретения.

Краткое описание изобретения

В одном аспекте настоящего изобретения предусматривается способ получения высококачественной жидкости для гидроразрыва пласта с высокой концентрацией расклинивающего наполнителя. Способ содержит (а) обеспечение первого потока, содержащего жидкий СО₂; (b) образование второго потока, содержащего воду и другие добавки, и повышение давления до давления, требуемого для операции гидравлического разрыва; (с) введение расклинивающего наполнителя только в первый поток, содержащий жидкий СО₂ при концентрации до 20 фунт/галлон (2,4 кг/дм³) и повышение давления до давления, требуемого для операции гидравлического разрыва; (d) смешение первого и второго потоков, включая расклинивающий наполнитель со стадии (с), образуя высококачественную жидкость для гидроразрыва пласта, имеющую Митчелл-характеристику, по меньшей мере, 50%.

В другом аспекте настоящего изобретения предусматривается способ непрерывного получения высококачественной жидкости для гидроразрыва пласта с высокой концентрацией расклинивающего наполнителя, используемой в операции гидравлического разрыва. Способ содержит (а) подачу первого потока, содержащего жидкий СО₂, необязательное опрессовывание первого потока, содержащего жидкий СО₂, с помощью, по меньшей мере, одного бустерного насоса, расположенного в первом главном трубопроводе; (b) непрерывное введение расклинивающего наполнителя только в первый поток, содержащий жидкий СО₂ при концентрации до 20 фунт/галлон (2,4 кг/дм³), и направление объединенного первого потока с помощью насоса высокого давления, расположенного в трубопроводе, в устье скважины; (с) непрерывную подачу второго потока, содержащего воду, с помощью, по меньшей мере, одного насоса высокого давления и направление указанного второго потока в устье скважины; (d) смешение первого и второго потоков с образованием высококачественной жидкости для гидроразрыва пласта, имеющей Митчелл-характеристику, по меньшей мере, 50%.

В другом аспекте настоящего изобретения предусматривается способ получения высококачественной жидкости для гидроразрыва пласта с высокой концентрацией расклинивающего наполнителя и по существу постоянной характеристикой суспензии. Способ содержит (а) образование первого потока, содержащего жидкий СО₂, имеющего первую фиксированную скорость потока; (b) образование второго потока, содержащего воду, имеющего вторую фиксированную скорость потока; (с) смешение первого и второго потоков с образованием высококачественной жидкости для гидроразрыва пласта, имеющей Митчелл-характеристику, по меньшей мере, 50%; (d) введение расклинивающего наполнителя в первый поток, содержащий жидкий СО₂ при концентрации до 20 фунт/галлон (2,4 кг/дм³), в объемном замещении жидкого СО₂, так что первая фиксированная скорость потока, который в данный момент содержит ЖСО₂ и расклинивающий наполнитель, поддерживается при по существу постоянном значении.

Краткое описание чертежа

Вышеуказанные и другие аспекты, характеристики и преимущества настоящего изобретения будут более очевидными из следующего чертежа, на котором:

на фигуре 1 схематически представлен способ получения высококачественной жидкости для гидроразрыва пласта, где расклинивающий наполнитель вводится в ЖСО₂-поток перед смешением с водным потоком в устье скважины.

Подробное описание изобретения

Настоящее изобретение относится к вышеуказанным недостаткам введения расклинивающего наполнителя в водную часть при образовании высококачественной жидкости для гидроразрыва пласта или через водную часть и ЖСО₂-часть при образовании высококачественной жидкости для гидроразрыва пласта. Расклинивающий наполнитель вводится только через ЖСО₂-часть, которая затем объединяется с водной частью. Таким образом, водочувствительные пласты могут быть обработаны при обеспечении высококачественной жидкости для гидроразрыва пласта с высокой концентрацией расклинивающего наполнителя, где низкая водная нагрузка вводится в пласт. Кроме того, кажущаяся вязкость жидкости может более легко регулироваться при поддержании постоянной характеристики суспензии, что облегчается при введении расклинивающего наполнителя в ЖСО₂-часть. Термин «высококачественная жидкость для гидроразрыва пласта», как использовано здесь, относится к жидкости для гидроразрыва пласта, имеющей, по меньшей мере, 50% об. ЖСО₂ (т.е. Митчелл-характеристику, по меньшей мере, 50%).

Согласно настоящему изобретению предусматривается способ образования высококачественной жидкости для гидроразрыва пласта, имеющей Митчелл-характеристику, по меньшей мере, 50%, в котором расклинивающий наполнитель вводится в ЖСО₂-часть при концентрации до 20 фунт/галлон (2,4 кг/дм³). Предпочтительно, настоящее изобретение образует высококачественную жидкость для гидроразрыва пласта, имеющую Митчелл-характеристику 50-95% и концентрацию расклинивающего наполнителя в интервале 0-18 фунт/галлон (0-2,16 кг/дм³), так что характеристика суспензии не превышает приблизительно 95%. Более предпочтительно, настоящее изобретение образует высококачественную жидкость для гидроразрыва пласта, имеющую Митчелл-характеристику 70-90% и концентрацию расклинивающего наполнителя в интервале 0-10 фунт/галлон (0-1,2 кг/дм³), так что характеристика суспензии не превышает приблизительно 90%. Настоящее изобретение может образовать высококачественную жидкость для гидроразрыва пласта, имеющую начальную Митчелл-характеристику 90% и начальную концентрацию расклинивающего наполнителя 0 фунт/галлон (0 кг/дм³), и конечную Митчелл-характеристику приблизительно 88% и конечную концентрацию расклинивающего наполнителя приблизительно 3,75 фунт/галлон (0,45 кг/дм³). В данном случае характеристика суспензии остается постоянной при приблизительно 90%.

Настоящее изобретение, описанное в вариантах ниже, предусматривает более простой способ регулирования концентрации внутренней фазы (характеристики суспензии) высококачественной жидкости для гидроразрыва пласта путем объединения двух компонентов внутренней фазы, т.е. введения расклинивающего наполнителя в ЖСО₂-поток перед объединением с опрессованным водным потоком.

Возвращаясь к фигуре 1, на ней представлен типичный вариант способа и устройства. Жидкий СО₂ (ЖСО₂) хранится как объемная охлажденная жидкость в, по меньшей мере, одной отдельной емкости для хранения 100 при давлении в приблизительном интервале 150-400 фунт/дюйм² (1035-2760 кПа) и при температуре при или ниже его точки кипения. Это обычно находится в интервале от -40 до 20°F (от -40 до -6,7°C) в зависимости от давления (т.е. от подохлажденного до насыщенного). Поток ЖСО₂ подают к бустерному насосу 110 по трубопроводу 101, где его давление повышают на примерно 50 фунт/дюйм² (345 кПа) или более перед подачей к насосу 130 высокого давления гидравлического разрыва по трубопроводу 111. Бустерный насос 110 обеспечивает, чтобы давление ЖСО₂-потока, проходящего к насосу 130 высокого давления гидравлического разрыва, было в достаточной мере выше давления его пара с ослаблением кавитации или блокировки пара в указанном насосе. Одна или более различных желательных химических добавок могут быть введены в ЖСО₂-поток перед смешением указанного потока в устье скважины. Например, ЖСО₂-поток может быть загущен гелеобразующим агентом, или загустителем, что улучшает способность ЖСО₂-потока нести расклинивающий наполнитель через различное поверхностное оборудование перед смешением в устье скважины.

Один или более насосов 130 высокого давления гидравлического разрыва повышают давление потока до значения обычно в интервале 2000-10000 фунт/дюйм² (13800-69000 кПа) в зависимости от потребностей конкретной обработки гидравлического разрыва. Опрессованный ЖСО₂-поток затем пропускают в устье скважины 140 по трубопроводу 131. Расклинивающий наполнитель, которым может быть сортовой кремнеземный песок или другой подходящий материал, хранится в ёмкости 120 периодического смесителя вместе с жидким СО₂, и он дозируется из ёмкости периодического смесителя по трубопроводу 121 в трубопровод 111. Специалистам в данной области техники будет понятно, что может использоваться расклинивающий наполнитель с различной плотностью, что будет влиять на загрузку (фунт/галлон) ЖСО₂-потока, рассмотренного здесь. Расклинивающий наполнитель хранится при по существу таких же давлении и температуре, как ЖСО₂, проходящий через бустерный насос, для того, чтобы осуществлять перенос расклинивающего наполнителя в ЖСО₂ и минимальное введение тепла в указанный ЖСО₂-поток, и, хотя это не показано, это может быть удобно достигнуто при введении ЖСО₂ в ёмкость 120 периодического смесителя до и в процессе введения расклинивающего наполнителя, хотя другое устройство является также возможным. Дозирование из ёмкости 120 периодического смесителя может быть достигнуто шнеком, эдуктором, насосом с нарастающим объемом, клапаном или другим подходящим устройством. Однако, в другом типичном варианту могут последовательно использоваться множественные периодические смесители 120 и пополняться независимо для того, чтобы обеспечить непрерывное введение расклинивающего наполнителя без ограничения партии. Альтернативно, периодический смеситель 120 заменяется насосом для сыпучих материалов для обеспечения непрерывного введения расклинивающего наполнителя без ограничения партии. В настоящем изобретении термин «непрерывный» используется для определения способа или оборудования, которые могут непрерывно подавать или принимать подаваемый материал, и которые могут непрерывно выпускать получаемый материал без опоры на значительное имеющееся в наличии количество материала, содержащегося в указанном оборудовании или в указанном способе. Для ясности термин «непрерывеый» отличается от термина «периодический», когда способ или оборудование опираются на значительное имеющееся в наличии количество материала, содержащегося в указанном оборудовании или в указанном способе, с подачей выпускаемого продукта, и отсутствует непрерывная подача подаваемого материала, который затем превращается в выпускаемый продукт. Как отметят специалисты в данной области техники, непрерывные способы или оборудование могут изменять скорости или композиции и могут останавливаться и запускаться намеренно или неумышленно, однако, указанные варианты работы еще считаются подпадающими под определение непрерывных.

Параллельно поток 201 водного питания подается к насосу (насосам) 230 высокого давления гидравлического разрыва, который повышает давление воды до по существу такого же давления, как давление опрессованного ЖСО₂-потока. Опрессованный поток воды затем подается в устье скважины по трубопроводу 231, где он объединяется с ЖСО₂-потоком высокого давления с образованием эмульсии, которая затем пропускается через устье скважины к пласту для его обработки гидравлического разрыва. Если требуется, взамен указанное объединение может иметь место в трубопроводе до устья скважины. Хотя это не показано, различные химические вещества обычно вводятся в поток 201 водного питания, например, с помощью погрузчиков химических веществ и устройств гидратации. Указанные химические вещества могут включать в себя (но не ограничиваясь этим) поверхностно-активные вещества, которые снижают поверхностное натяжение между водой и ЖСО₂ в эмульсии; гель, который загущает воду и способствует стабилизации эмульсии; глину регулирующие агенты, которые минимизируют набухание глины и миграцию благодаря контакту с водой; биоциды, агенты регулирования образования накипи и ингибиторы коррозии.

Ход обработки гидравлического разрыва обычно содержит стадию подушки, где чистая (не содержащая расклинивающий наполнитель) жидкость инициирует и начинает развитие гидравлических разрывов. В данном случае расклинивающий наполнитель не вводится посредством ёмкости 120 периодического смесителя, и жидкость для гидроразрыва пласта содержит ЖСО₂, воду и вышеуказанные химические вещества. Схема гидравлического разрыва определяет общую скорость потока текучей среды и качество жидкости, и насосы 130 и 230 высокого давления регулируют скорости потоков опрессованного ЖСО₂ и опрессованной воды, соответственно, с удовлетворением указанных двух параметров. Как только гидравлический разрыв начинает развиваться, желательно заменять расклинивающий наполнитель в гидравлическом разрыве, и расклинивающий наполнитель дозируется из ёмкости 120 периодического смесителя со скоростью, которая будет создавать требуемую концентрацию в высококачественной жидкости для гидроразрыва пласта. Концентрация расклинивающего наполнителя в высококачественной жидкости для гидроразрыва пласта обычно увеличивается небольшими приращениями, такими как 0,5 или 1,0 фунт/галлон (0,06 или 0,12 кг/дм³) или более, и когда расклинивающий наполнитель вводится в жидкость для гидроразрыва пласта, получается дополнительный объем, например, 5 фунт/галлон (0,6 кг/дм³) кремнеземного песка занимает приблизительно 19% об. жидкости для гидроразрыва пласта.

В процессе обработки гидравлического разрыва часто желательно поддерживать постоянную скорость жидкости для гидроразрыва пласта (например, 35 баррель/мин (5600 дм³/мин) и постоянную вязкость в стволе скважины (например, 100 сПз или более эмульсией). Настоящее изобретение автоматически достигает этого при введении расклинивающего наполнителя в ЖСО₂-часть, т.к. расклинивающий наполнитель вводится в ЖСО₂ низкого давления, он замещает эквивалентный объем ЖСО₂. И когда объемная скорость потока посредством насосов 130 и 230 высокого давления гидравлического разрыва поддерживается постоянной, содержащая расклинивающий наполнитель эмульсия, образованная в стволе скважины, будет иметь постоянную концентрацию внутренней фазы во времени несмотря на то, что концентрация расклинивающего наполнителя повышается во времени.

В альтернативном варианте сосуды 100 для хранения ЖСО₂ заменяются устройством генерирования ЖСО₂ на месте или подачей по трубопроводу СО₂, который является жидкостью или сжижается перед использованием. В другом альтернативном варианте ЖСО₂-поток высокого давления и поток воды высокого давления объединяются в трубопроводе перед подачей в устье скважины.

В еще другом альтернативном варианте ЖСО₂ заменяется, по меньшей мере, частично другим сжиженным газом, таким как жидкий азот или сжиженный нефтяной газ, или поток воды заменяется, по меньшей мере, частично другой жидкостью при атмосферном давлении, такой как пропиленгликоль, сырая нефть или растительное масло.

Настоящее изобретение дополнительно описывается посредством последующих примеров, которые не должны истолковываться как ограничение изобретения, но в большей степени предназначены для дополнительной иллюстрации сравнительных различий между традиционным способом и способом и устройством настоящего изобретения.

Сравнительные примеры

Описываются три примера обработки водочувствительного пласта, пронизанного стволом скважины, причем в каждом используется высококачественная жидкость для гидроразрыва пласта, содержащая СО₂, воду и кремнеземный песочный расклинивающий наполнитель. Пласт обрабатывается на глубине 7000 фут (2100 м) с помощью вертикальной скважины и имеет проницаемость примерно 0,01 милли-Дарси, пористость 15% с температурой отверстия основания и давлением приблизительно 150 ºF (65,6°C) и 5800 фунт/дюйм² (40020 кПа), соответственно. Ствол скважины содержится с использованием корпуса диаметром 5,5 дюйм (140 мм) с перфорациями, центрированными на глубине 7000 фут (2100 м).

В первом примере, описывающем настоящее изобретение, используется жидкость с характеристикой суспензии 90%, где расклинивающий наполнитель вводится в СО₂-часть; тогда как во втором примере используется жидкость с характеристикой суспензии 90%, где расклинивающий наполнитель вводится в водную часть (т.е. традиционная настройка), и в третьем примере (также традиционная настройка) используется жидкость с характеристикой суспензии 70%, где расклинивающий наполнитель также вводится в водную часть. Во всех трех примерах обработки предназначены для размещения 60000 фунт (27000 кг) расклинивающего наполнителя с характеристикой суспензии (объемный процент внутренней фазы), выдерживаемой постоянной на протяжении всей обработки. В каждом примере необходимые химические вещества вводятся в водную часть и могут включать, например, 2% мас. хлорида калия для регулирования глины, 2 галлон на тысячу (7,6 дм³ на тысячу) альфа-олефинсульфонатного поверхностно-активного вещества, 22 фунт на тысячу галлонов (0,0025 кг/дм³) карбоксипропилового гара в качестве гелеобразующего агента, а также биоцид и гелевый брекер.

Что касается таблицы 1, в примере 1 пласт обрабатывается с постоянной скоростью 35 баррель/мин (5600 дм³/мин) и постоянной характеристикой суспензии 90% на основе условий отверстия основания. Обработка начинается с подушки 9000 галлон (34200 дм³) жидкости, подаваемой насосом в пласт без расклинивающего наполнителя для того, чтобы инициировать гидравлический разрыв. Далее расклинивающий наполнитель вводят в жидкость, начиная с концентрации 0,25 фунт/галлон (0,03 кг/дм³) жидкости для гидроразрыва пласта и увеличивая до 3,75 фунт/галлон (0,45 кг/дм³) в конце обработки. Это достигается при введении опрессованного предварительно охлажденного расклинивающего наполнителя в СО₂-часть жидкости для гидроразрыва пласта при концентрациях, начиная при приблизительно 0,3 фунт/галлон (0,036 кг/дм³) и кончая при приблизительно 4,3 фунт/галлон (0,516 кг/дм³), на основе условий поверхности. Как можно заметить, только средние концентрации расклинивающего наполнителя требуются для введения в СО₂-часть для того, чтобы получить желаемые концентрации расклинивающего наполнителя в жидкости для гидроразрыва пласта, т.к. относительно небольшое разбавление имеет место, когда водная часть вводится в жидкость для гидроразрыва пласта. Из таблицы 1 можно видеть, что т.к. концентрация расклинивающего наполнителя увеличивается в процессе обработки, Митчелл-характеристика естественно падает, хотя характеристика суспензии остается постоянной. Это объясняется тем, что общая скорость жидкости для гидроразрыва пласта выдерживается постоянной при 35 баррель/мин (5600 дм³/мин), и расклинивающий наполнитель вводится за счет СО₂ для того, чтобы поддерживать постоянной характеристику суспензии. Когда расклинивающий наполнитель вводится в СО₂-часть, как в данном случае, скорость объединенных СО₂ и расклинивающего наполнителя остается приблизительно постоянной в ходе всей обработки, как скорость воды, несмотря на увеличение концентрации расклинивающего наполнителя, что помогает регулировать желаемую постоянную характеристику суспензии.

Что касается таблицы 4, в которой подсчитаны главные компоненты жидкости, можно видеть, что после времени обработки 29,5 мин общая загрузка воды, введенной в пласт, составляет 4400 галлон (16720 дм³) с 154 т используемого СО₂.

В сравнительном примере 2 и со ссылкой на таблицу 2 пласт обрабатывается при постоянной скорости жидкости 65 баррель/мин (10400 дм³/мин) и постоянной характеристикой суспензии 90% на основе условий отверстия основания с расклинивающим наполнителем, введенным в водную часть жидкости для гидроразрыва пласта. Обработка снова начинается с подушки 9000 галлон (34200 дм³) жидкости, подаваемой насосом в пласт без расклинивающего наполнителя для того, чтобы инициировать гидравлический разрыв. Затем расклинивающий наполнитель вводится в жидкость, начиная при концентрации 0,25 фунт/галлон (0,03 кг/дм³) жидкости для гидроразрыва пласта и увеличивая только до 1,25 фунт/галлон (0,15 кг/дм³) в конце обработки. Концентрация расклинивающего наполнителя в жидкости для гидроразрыва пласта ограничивается 1,25 фунт/галлон (0,15 кг/дм³), т.к. это выполняется при введении в водную часть жидкости для гидроразрыва пласта, что в данном случае является намного ниже пропорции общей скорости жидкости для гидроразрыва пласта (10% об.). 12,5 фунт/галлон (1,5 кг/дм³) составляют приблизительно 36% об. объединенного потока, и намного более высокие загрузки являются более трудными для транспортирования в водную часть без значительного риска, хотя может быть возможно вводить 20 фунт/галлон (2,4 кг/дм³), когда достаточная скорость потока и гель используется для облегчения транспортирования расклинивающего наполнителя. В сравнительном примере 2 более высокая скорость обработки 65 баррель/мин (10400 дм³/мин) используется в течение общего периода времени 30,7 мин для компенсации более низкой загрузки расклинивающего наполнителя и в конце обработки гидравлического разрыва дает общую загрузку воды, введенной в пласт, 8100 галлон (30780 дм³), что является на свыше 80% больше, чем в примере 1. Также требуется 309 т СО₂ по сравнению с 154 т в примере 1. Из таблицы 2 также можно видеть, что скорость СО₂ должна быть снижена, и скорость воды увеличена в процессе обработки для того, чтобы поддерживать постоянной характеристику суспензии, что повышает сложность регулирования.

В сравнительном примере 3 и со ссылкой на таблицу 3 пласт снова обрабатывается при постоянной скорости жидкости 35 баррель/мин (5600 дм³/мин), но при более низкой постоянной характеристике суспензии 70% на основе условий отверстия основания с расклинивающим наполнителем, введенным в водную часть жидкости для гидроразрыва пласта, как в сравнительном примере 2. Обработка снова начинается с подушки 9000 галлон (34200 дм³) жидкости, подаваемой насосом в пласт без расклинивающего наполнителя для того, чтобы инициировать гидравлический разрыв. Затем расклинивающий наполнитель вводится в жидкость, начиная при концентрации 0,25 фунт/галлон (0,03 кг/дм³) жидкости для гидроразрыва пласта и увеличивая только до 4,0 фунт/галлон (0,48 кг/дм³) в конце обработки. Концентрация расклинивающего наполнителя в жидкости для гидроразрыва пласта ограничивается 4,0 фунт/галлон (0,48 кг/дм³), т.к. это выполняется при введении в водную часть жидкости для гидроразрыва пласта, что в данном случае является еще ниже пропорции общей скорости жидкости для гидроразрыва пласта (30% об.). 13,3 фунт/галлон (1,596 кг/дм³) составляют приблизительно 37% об. объединенного потока, и снова намного более высокие загрузки являются более трудными для транспортирования в водную часть без значительного риска. Хотя в сравнительном примере 3 скорость обработки 35 баррель/мин (5600 дм³/мин) может использоваться в течение общего периода времени 27,8 мин, но в конце обработки гидравлического разрыва дает общую загрузку воды, введенной в пласт, 11400 галлон (43320 дм³), что является на 150% больше, чем в примере 1. В данном случае используется 113 т СО₂ по сравнению с 159 т в примере 1. Из таблицы 3 снова можно видеть, что скорость СО₂ должна быть снижена, и скорость воды увеличена в процессе обработки для того, чтобы поддерживать постоянной характеристику суспензии, что повышает сложность регулирования.

Из приведенных примеров можно видеть, что введение расклинивающего наполнителя в СО₂-часть высококачестенной жидкости для гидроразрыва пласта дает значительное снижение загрузки воды, вводимой в пласт, по сравнению с тем, когда расклинивающий наполнитель вводится в водную часть, а также облегчает более простое регулирование постоянной характеристики суспензии, когда концентрация расклинивающего наполнителя увеличивается, т.к. скорости потока СО₂-части и водной части все время остаются относительно постоянными.

Таблица 1
Пример 1. Расклинивающий наполнитель, введенный в СО₂-часть – Характеристика суспензии 90%     Условия отверстия основания Условия поверхности Стадия (№) Время (мин) Скорость жидкости (баррель/мин)/
(дм³/мин) Характеристика суспензии (%) Содержание расклинивающего наполнителя (фунт/галлон)/
(кг/дм³) Митчелл-характеристика (%) Скорость СО₂ (баррель/мин)/
(дм³/мин) Содержание СО₂ расклинивающего наполнителя (фунт/галлон)/
(кг/м³) Скорость СО₂ и расклинивающего наполнителя (баррель/мин)/
(дм³/мин) Скорость воды (баррель/мин)/
(дм³/мин) 1 6.1 35 90% 0.00 90.0 31.4 0.0 31.4 3.5 2 8.2 35 90% 0.25 89.9 31.0 0.3 31.4 3.5 3 10.3 35 90% 0.50 89.8 30.6 0.6 31.4 3.5 4 12.4 35 90% 0.75 89.7 30.2 0.8 31.4 3.5 5 14.5 35 90% 1.00 89.6 29.9 1.1 31.4 3.5 6 17.1 35 90% 1.50 89.3 29.1 1.7 31.3 3.5 7 19.7 35 90% 2.00 89.1 28.5 2.3 31.4 3.5 8 22.1 35 90% 2.50 88.9 27.8 2.8 31.4 3.5 9 24.8 35 90% 3.00 88.7 27.2 3.4 31.4 3.5 10 27.2 35 90% 3.50 88.4 26.6 4.0 31.4 3.5 11 29.5 35 90% 3.75 88.3 26.3 4.3 31.4 3.5

Таблица 2
Сравнительный пример 2. Расклинивающий наполнитель, введенный в водную часть – Характеристика суспензии 90%     Условия отверстия основания Условия поверхности Стадия (№) Время (мин) Скорость жидкости (баррель/мин)/
(дм³/мин) Характеристика суспензии (%) Содержание расклинивающего наполнителя (фунт/галлон)/
(кг/м³) (кг/дм³) Митчелл-характеристика (%) Скорость СО₂ (баррель/мин)/
(дм³/мин) Скорость воды (баррель/мин)/
(дм³/мин) Содержание воды расклинивающего наполнителя (фунт/галлон)/
(кг/м³) Скорость воды и расклинивающего наполнителя (баррель/мин)/
(дм³/мин) 1 3,3 65 90% 0,00 90,0 58,2 6,5 0,0 6,5 2 7,0 65 90% 0,25 89,9 57,5 6,4 2,5 7,2 3 11,1 65 89% 0,50 88,8 56,9 6,4 5,0 7,8 4 16,8 65 90% 0,75 89,6 56,3 6,3 7,5 8,4 5 23,3 65 90% 1,00 89,5 55,7 6,2 10,0 9,0 6 30,7 65 90% 1,25 89,4 55,1 6,1 12,5 9,6

Таблица 3
Сравнительный пример 2. Расклинивающий наполнитель, введенный в водную часть – Характеристика суспензии 70%     Условия отверстия основания Условия поверхности Стадия (№) Время (мин) Скорость жидкости (баррель/мин)/
(дм³/мин) Характеристика суспензии (%) Содержание расклинивающего наполнителя (фунт/ галлон)/
(кг/м³) (кг/дм³) Митчелл-характеристика (%) Скорость СО₂ (баррель/мин)/
(дм³/мин) Скорость воды (баррель/мин)/
(дм³/мин) Содержание воды расклинивающего наполнителя (фунт/галлон)/
(кг/м³) Скорость воды и расклинивающего наполнителя (баррель/мин)/
(дм³/мин) 1 6,1 35 70% 0,00 70,0 24,4 10,5 0,0 10,5 2 7,8 35 70% 0,25 69,7 24,1 10,4 0,8 10,8 3 9,9 35 70% 0,50 69,3 23,8 10,3 1,7 11,0 4 12,1 35 70% 1,00 68,6 23,3 10,0 3,3 11,6 5 13,9 35 70% 1,50 68,1 22,8 9,8 5,0 12,1 6 15,7 35 70% 1,75 67,6 22,6 9,7 5,8 12,3 7 17,9 35 70% 2,00 67,3 22,3 9,6 6,7 12,5 8 20,3 35 70% 2,50 66,5 21,9 9,4 8,3 13,0 9 23,0 35 70% 3,00 65,9 21,5 9,3 10,0 13,4 10 25,4 35 70% 3,50 65,2 21,0 9,1 11,7 13,9 11 27,8 35 70% 4,00 64,6 20,6 8,9 13,3 14,3

Таблица 4
Совокупные результаты примера 1 и сравнительных примеров 2 и 3 Пример Введенный расклини-вающий наполни-тель Характе-ристика суспензии (%) Общая загрузка воды (галлон/дм³) Общий СО₂ (т) Общий расклини-вающий наполни-тель (фунт/кг) 1 СО₂-часть 90% 4,400 154 60,000 2 Водная часть 90% 8,100 309 60,000 3 Водная часть 70% 11,400 113 60,000

Хотя были показаны и описаны различные варианты, настоящее изобретение ими не ограничивается, и должно быть понятно, что оно включает все такие модификации и вариации, как очевидно для специалиста в данной области техники.

Изобретение относится к получению жидкости для гидроразырыва, используемой при гидроразрыве подземного пласта. Способ получения высококачественной жидкости для гидроразрыва пласта, содержащий обеспечение первого потока, содержащего жидкий СО₂, образование второго потока, содержащего воду и другие добавки, и повышение давления до давления, требуемого для операции гидравлического разрыва, введение расклинивающего наполнителя только в первый поток, содержащий жидкий СО₂, при концентрации до 20 фунт/галлон (2,4 кг/дм³) и повышение давления до давления, требуемого для операции гидравлического разрыва, смешение находящихся под давлением первого и второго потоков, включая расклинивающий наполнитель с первой указанной стадии, образуя высококачественную жидкость для гидроразрыва пласта, имеющую Митчелл-характеристику по меньшей мере 50% и характеристику суспензии менее 95%, где первый и второй потоки обеспечивают при постоянном предварительно определенном соотношении объемного потока для поддержания постоянной характеристики суспензии в образующейся жидкости для гидроразрыва пласта, и концентрация расклинивающего наполнителя в жидкости для гидроразрыва пласта независимо варьируется посредством скорости добавления расклинивающего наполнителя в первый указанный поток на стадии. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы. Технический результат - обеспечение использования высокой концентрации расклинивающего наполнителя в процессе обработки гидроразрывом и снижение водной нагрузки. 8 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 табл., 3 пр.

1. Способ получения высококачественной жидкости для гидроразрыва пласта, который содержит:

(а) обеспечение первого потока, содержащего жидкий СО₂;

(b) образование второго потока, содержащего воду и другие добавки, и повышение давления до давления, требуемого для операции гидравлического разрыва;

(с) введение расклинивающего наполнителя только в первый поток, содержащий жидкий СО₂ при концентрации до 20 фунт/галлон (2,4 кг/дм³), и повышение давления до давления, требуемого для операции гидравлического разрыва;

(d) смешение находящихся под давлением первого и второго потоков, включая расклинивающий наполнитель со стадии (с), образуя высококачественную жидкость для гидроразрыва пласта, имеющую Митчелл-характеристику по меньшей мере 50% и характеристику суспензии менее 95%, где первый и второй потоки обеспечивают при постоянном предварительно определенном соотношении объемного потока для поддержания постоянной характеристики суспензии в образующейся жидкости для гидроразрыва пласта, и концентрация расклинивающего наполнителя в жидкости для гидроразрыва пласта независимо варьируется посредством скорости добавления расклинивающего наполнителя в первый поток на стадии (с).

2. Способ по п. 1, который дополнительно содержит варьирование концентрации расклинивающего наполнителя в высококачественной жидкости для гидроразрыва пласта во времени и одновременное регулирование содержания жидкого СО₂ в высококачественной жидкости для гидроразрыва пласта с поддержанием по существу постоянной характеристики суспензии в интервале 70-95%.

3. Способ по п. 1, который дополнительно содержит введение гелеобразующего агента, или загустителя, в первый поток, содержащий жидкий СО₂.

4. Способ по п. 1, в котором СО₂ в первом потоке, содержащем жидкий СО₂, частично заменен другим сжиженным газом.

5. Способ по п. 1, в котором вода во втором потоке частично заменена другой жидкостью при атмосферном давлении.

6. Способ по п. 5, в котором жидкость при атмосферном давлении выбрана из группы, состоящей из пропиленгликоля, нефти и растительных масел или их смесей.

7. Способ по п. 1, в котором высококачественная жидкость для гидроразрыва пласта имеет Митчелл-характеристику примерно 50-95% и содержание расклинивающего наполнителя примерно 0-18 фунт/галлон (0-2,16 кг/дм³), так что характеристика суспензии не превышает приблизительно 95%.

8. Способ по п. 1, в котором высококачественная жидкость для гидроразрыва пласта имеет Митчелл-характеристику примерно 70-90% и содержание расклинивающего наполнителя примерно 0-10 фунт/галлон (0-1,2 кг/дм³), так что характеристика суспензии не превышает приблизительно 90%.

9. Способ по п. 1, в котором высококачественная жидкость для гидроразрыва пласта имеет начальную Митчелл-характеристику 90% и начальное содержание расклинивающего наполнителя 0 фунт/галлон (0 кг/м³) и конечную Митчелл-характеристику 88% и конечное содержание расклинивающего наполнителя примерно 3,75 фунт/галлон (0,45 кг/дм³).