Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБЫ И СОСТАВЫ ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ ПРОЧНОСТИ УПЛОТНЕНИЯ РАСКЛИНИВАЮЩЕГО НАПОЛНИТЕЛЯ В ПОДЗЕМНЫХ РАЗРЫВАХ

Область техники изобретения

Настоящее изобретение относится к способам формирования одного или более разрывов в подземной зоне с небольшим давлением закрытия или без него и уплотнения в них частиц расклинивающего наполнителя.

Уровень техники изобретения

Скважины по добыче углеводородов часто стимулируются путем обработки их гидроразрывом. При гидроразрыве вязкий загущенный разрывающий флюид, который также выполняет функцию флюида-носителя, закачивается в разрываемую подземную зону с такой скоростью и давлением, что в этой зоне формируются одна или более трещин. Частицы расклинивающего наполнителя, например сортированного песка, для расклинивания открытых разрывов суспендированы в разрывающем флюиде. После формирования трещины (трещин) используется разрушитель вязкости для возвращения разрывающего флюида в легкоподвижный флюид, т.е. происходит «разрушение» вязкости, после которой разрывающий флюид может быть возвращен на поверхность. Как только вязкость разрывающего флюида разрушена, частицы расклинивающего наполнителя осаждаются в разрывах и препятствуют закрытию разрывов, так что формируются проводящие каналы, через которые флюиды могут течь без задержки.

Для предотвращения последующего обратного вытекания частиц расклинивающего наполнителя, так же, как и свободных или слабо связанных мелких частиц флюидами, добываемыми из подземной зоны, частицы расклинивающего наполнителя предварительно покрываются составом отверждаемой смолы, который приводит к отверждению и уплотнению частиц расклинивающего наполнителя в зоне. Основным правилом является то, что для уплотнения требуется, чтобы к зернам расклинивающего наполнителя приложили усилие закрытия для обеспечения контакта между покрытыми смолой частицами. Однако многие гидравлические разрывы закрываются неполностью в течение первых 24 часов после операций разрыва, особенно в формациях со слабой проницаемостью. Это приводит к недостаточному уплотнению. Недостаточное уплотнение позволяет частицам расклинивающего наполнителя и мелким частицам формации вытекать обратно вместе с добываемыми флюидами формации. Обратное вытекание частиц расклинивающего наполнителя и мелких частиц является очень вредным, так как это приводит к эрозии металлических частей, закупориванию трубопровода и сосудов, приводит к повреждению клапанов, инструментов и другого добывающего оборудования.

Слой смолы предварительно покрытой смолой частицы является уже частично затвердевшим (застывшим), что обеспечивает хранение и обращение, так что только часть смолы доступна для затвердевания в подземной зоне и, тем самым, обеспечивает основную прочность уплотнения. Так как покрытый смолой расклинивающий наполнитель осаждается в разрыве (разрывах) и подвергается воздействию более высоких температур формации, то процесс затвердевания начинается заново. Чем сильнее твердеет покрытие из смолы до того, как покрытые смолой частицы расклинивающего наполнителя придут в соприкосновение друг с другом, тем ниже прочность уплотнения.

Трудность в достижении такого соприкосновения возникает частично из-за загущенного флюида-носителя, который формирует пленку загущенного флюида-носителя на поверхности покрытых смолой частиц расклинивающего наполнителя. Эта пленка значительно затрудняет соприкосновение между покрытыми смолой частицами расклинивающего наполнителя, и, тем самым, уменьшает прочность уплотнения, которая может быть достигнута.

Таким образом, существует необходимость в улучшенных способах уплотнения частиц расклинивающего наполнителя в подземных разрывах, посредством которых формируются проницаемые пакеты уплотненных частиц расклинивающего наполнителя.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение обеспечивает улучшенные способы и составы для уплотнения расклинивающего наполнителя в разрывах, формированных в подземных зонах, которые удовлетворяют потребностям, описанным выше, и преодолевают недостатки предшествующего уровня техники. Способы, предварительно покрытые частицы расклинивающего наполнителя и покрывающие составы настоящего изобретения включают в себя разрушитель геля, который облегчает удаление загущенного флюида-носителя с поверхности частиц расклинивающего наполнителя, покрытых отверждаемой смолой, и позволяет осуществить контактирование между покрытыми смолой частицами, улучшая таким образом прочность уплотнения.

Улучшенный способ настоящего изобретения для формирования одного или более разрывов в подземной зоне, пройденной стволом скважины, и уплотнения в них частиц расклинивающего наполнителя содержит следующие стадии. Получают частицы расклинивающего наполнителя, предварительно покрытые покрывающим составом отверждаемой смолы. Покрывающий состав содержит отверждаемую органическую смолу, силановое связующее и разрушитель геля. Также получают загущенный жидкий разрывающий флюид и закачивают его в подземную зону для формирования в ней одного или более разрывов. Предварительно покрытые частицы расклинивающего наполнителя смешивают с закачиваемым разрывающим флюидом, посредством чего предварительно покрытые частицы расклинивающего наполнителя суспендируются в нем. Когда предварительно покрытые частицы расклинивающего наполнителя достигают разрыва (разрывов), закачивание разрывающего флюида прекращается, и предварительно покрытые частицы расклинивающего наполнителя там осаждаются. После этого покрывающий состав на предварительно покрытых частицах расклинивающего наполнителя может отверждаться под воздействием тепла и уплотнять частицы расклинивающего наполнителя в один или более проницаемые пакеты.

Другой улучшенный способ настоящего изобретения для формирования одного или более разрывов в подземной зоне, пройденной стволом скважины, и уплотнения в них частиц расклинивающего наполнителя, содержит следующие стадии. Получают частицы расклинивающего наполнителя, предварительно покрытые покрывающим составом отверждаемой смолы. Покрывающий состав содержит отверждаемую органическую смолу, выбранную из группы, состоящей из фенольной смолы, фурановой смолы, смеси фенольной смолы и фурановой смолы, тройного сополимера фенола, продукта реакции фурфурилового спирта с альдегидом, резолов, резол/новолачной смеси, бисфенол-альдегидного новолачного полимера и бисфенольного гомополимера, силановое связующее и диметилглутаратовый разрушитель геля. Также получают загущенный жидкий разрывающий флюид и закачивают в подземную зону для формирования в ней одного или более разрывов. Предварительно покрытые частицы расклинивающего наполнителя смешивают с закачиваемым разрывающим флюидом, посредством чего предварительно покрытые частицы расклинивающего наполнителя суспендируются в нем. Когда предварительно покрытые частицы расклинивающего наполнителя достигают разрыва (разрывов), закачивание разрывающего флюида прекращается, и предварительно покрытые частицы расклинивающего наполнителя там осаждаются. После этого покрывающий состав на предварительно покрытых частицах расклинивающего наполнителя может отверждаться под воздействием тепла и уплотнять частицы расклинивающего наполнителя в один или более проницаемые пакеты.

Предварительно покрытые частицы расклинивающего наполнителя настоящего изобретения содержат частицы расклинивающего наполнителя и покрывающий состав, содержащий отверждаемую органическую смолу, силановое связующее и разрушитель геля. Улучшенный покрывающий состав настоящего изобретения для предварительно покрытых частиц расклинивающего наполнителя содержит отверждаемую органическую смолу, силановое связующее и разрушитель геля.

Задачи, признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными для специалистов в данной области техники после прочтения нижеследующего описания предпочтительных вариантов осуществления.

Описание предпочтительных вариантов осуществления

Настоящее изобретение относится к улучшенным способам и составам для формирования одного или более разрывов в подземных зонах и уплотнения в них частиц расклинивающего наполнителя. Предпочтительный способ настоящего изобретения для формирования одного или более разрыва в подземной зоне и уплотнения в них частиц расклинивающего наполнителя, предварительно покрытого отверждаемой смолой, содержит следующие стадии. Получают частицы расклинивающего наполнителя, предварительно покрытые покрывающим составом отверждаемой смолы. Покрывающий состав содержит отверждаемую органическую смолу, силановое связующее и разрушитель геля. Также получают загущенный жидкий разрывающий флюид и закачивают в подземную зону для формирования в ней одного или более разрывов. Предварительно покрытые частицы расклинивающего наполнителя смешивают с закачиваемым разрывающим флюидом, посредством чего предварительно покрытые частицы расклинивающего наполнителя суспендируются в нем. Когда предварительно покрытые частицы расклинивающего наполнителя достигают разрыва (разрывов), закачивание разрывающего флюида прекращается, и предварительно покрытые частицы расклинивающего наполнителя там осаждаются. После этого покрывающий состав на предварительно покрытых частицах расклинивающего наполнителя может отверждаться под воздействием тепла и уплотнять частицы расклинивающего наполнителя в один или более проницаемые пакеты.

Частицы расклинивающего наполнителя, используемые в соответствии с настоящим изобретением, обычно имеют размеры, позволяющие предотвратить добычу из подземной зоны твердых макрочастиц, которые перемещаются вместе с добываемыми флюидами. Могут быть использованы различные виды частиц расклинивающего наполнителя, включающие в себя сортированный песок, боксит, керамические материалы, стеклянные материалы, скорлупу грецкого ореха, гранулы полимера и тому подобное. Обычно частицы расклинивающего наполнителя имеют размер в диапазоне от примерно 2 до примерно 400 меш, Система Сит, США. Предпочтительным расклинивающим наполнителем является сортированный песок, имеющий размер частицы в диапазоне от примерно 10 до примерно 70 меш, Система Сит, США. Предпочтительными диапазонами распределения размеров частиц песка являются один или более из 10-20 меш, 20-40 меш, 40-60 меш или 50-70 меш, в зависимости от конкретного размера и распределения макрочастиц формации, которые должны быть экранированы уплотненными частицами расклинивающего наполнителя.

Отверждаемые смолы, подходящие для использования в настоящем изобретении, включают в себя, но не ограничены ими, фенольную смолу, фурановую смолу, смесь фенольной смолы и фурановой смолы, тройной сополимер фенола, продукт реакции фурфурилового спирта с альдегидом, резолы, резол/новолачные смеси, бисфенол-альдегидный новолачный полимер и бисфенольный гомополимер. Предпочтительно отверждаемая смола является фенольной или фурановой смолой, и, более предпочтительно, отверждаемая смола является смесью фенольной и фурановой смолы. Подходящая смесь фенольной и фурановой смолы поставляется на рынок Durez Corporation of Grand Island, NY.

Отверждаемая смола является основным компонентом состава отверждаемой смолы и обычно присутствует в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 40% до примерно 70% по весу покрывающего состава, и, более предпочтительно, в количестве от примерно 50% до примерно 60%.

Силановые связующие используются для обеспечения хорошего соединения между отверждаемой органической смолой и частицей расклинивающего наполнителя. Примеры силановых связующих, которые могут быть использованы в составе отверждаемой смолы, включают в себя, но не ограничены ими, N-2-(аминоэтил)-3-аминопропилтриметоксисилан, 3-глицидоксипропилтриметоксисилан и н-бета-(аминоэтил)-гамма-аминопропилтриметоксисилан. Из них н-бета-(аминоэтил)-гамма-аминопропилтриметоксисилан является предпочтительным. Силановые связующие включаются в покрывающий состав в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 0,1% до примерно 3% по весу состава и, более предпочтительно, в количестве от примерно 0,5% до примерно 2%.

Разрушители геля включены в покрывающий состав для облегчения удаления пленки загущенного флюида-носителя, которая формируется на поверхности покрытых смолой частиц расклинивающего наполнителя. Разрушитель геля и включение разрушителя геля в покрывающий состав уменьшают вязкость пленки геля, разделяющей смежные покрытые смолой частицы расклинивающего наполнителя, и позволяют покрытым смолой частицам расклинивающего наполнителя соединяться друг с другом до того, как слой смолы полностью затвердеет. Компонентом разрушителя геля, используемым в инкапсулированном разрушителе геля, могут быть, но не ограничены ими, окисляющие разрушители, кислоты с замедленным высвобождением, энзимы с замедленным высвобождением, температурно-активируемые разрушители и гидролизуемые сложные эфиры.

Примеры окисляющих разрушителей, подходящих для использования в покрывающем составе настоящего изобретения, включают в себя, но не ограничены ими, органические пероксиды, персульфаты щелочных металлов и хлориты, броматы, хлораты, гипохлориты и перманганаты щелочных металлов.

Примеры разрушителей-кислот с замедленным высвобождением, подходящих для использования в покрывающем составе настоящего изобретения, включают в себя, но не ограничены ими, уксусный ангидрид и органические и неорганические кислоты, такие как фумаровая кислота, бензойная кислота, сульфоновая кислота, фосфорная кислота, алифатические сложные полиэфиры, полимолочная кислота, полилактиды, полиангидриды и полиаминокислоты.

Разрушители-энзимы с замедленным высвобождением могут использоваться для катализирования гидролиза гликозидных связей между мономерными звеньями полисахарида в геле, уменьшая, таким образом, вязкость геля. Примеры подходящих разрушителей-энзимов с замедленным высвобождением для использования в покрывающем составе включают в себя, но не ограничены ими, альфа и бета амилазы, экзо- и эндо-глюкозидазы, амилоглюкозидазу, олигоглюкозидазу, инвертазу, мальтазу, целлюлазу, гемицеллюлазу, эндо-ксиланазу и экзо-ксиланазу. Более предпочтительными разрушителями-энзимами являются энзимы или комбинации энзимов, которые разрушают глюкозидные связи основной полимерной цепи целлюлозы и разрушают полимер до, главным образом, моносахаридных и дисахаридных звеньев. Примеры таких разрушителей-энзимов включают в себя, но не ограничены ими, целлюлазу, гемицеллюлазу, эндо-глюкозидазу, экзо-глюкозидазу, экзо-ксиланазу и тому подобное. Двумя наиболее предпочтительными разрушителями-энзимами являются экзо- и эндо-глюкозидазы.

Температурно-активируемые разрушители активируются, когда предварительно покрытые частицы расклинивающего наполнителя нагреваются подземной зоной, в которую они помещены, до температуры активации разрушителя. Примеры подходящих температурно-активируемых разрушителей для использования в покрывающем составе включают в себя, но не ограничены ими, пероксиды щелочно-земельных металлов, такие как пероксид кальция и пероксид магния, пероксид цинка и их смеси.

Предпочтительно, настоящее изобретение использует разрушители геля, которые могут образовывать комплексы со сшивающим агентом геля в полимерном геле. Примеры таких разрушителей геля включают в себя, но не ограничены ими, гидролизуемые сложные эфиры, такие как сорбит, катехин, диметилглутарат и смеси диметилглутарата, диметилсукцината и диметиладипата. Более предпочтительно, чтобы разрушитель геля был диметилглутаратом.

Разрушитель геля, используемый в настоящем изобретении, возможно инкапсулирован в водорастворимом материале или другом инкапсулирующем материале с использованием методик, известных специалистам в данной области техники. Инкапсулирующий материал медленно высвобождает разрушитель геля. Примеры инкапсулирующих материалов, которые могут быть использованы, включают в себя, но не ограничены ими, поливиниловый спирт, полимолочную кислоту, EPDM каучук (этилен-пропилен-диеновый мономер), поливинилиденхлорид, нейлон, воски, полиуретаны, сшитые частично гидролизованные акриловые смолы и поверхностно-активные вещества.

Предпочтительно, разрушитель геля присутствует в покрывающем составе в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 0,1% до примерно 10% по весу, и, более предпочтительно, от примерно 1% до примерно 4%. Разрушитель геля может быть добавлен к покрывающему составу перед покрытием частиц расклинивающего наполнителя, что приводит к довольно однородному распределению разрушителя геля в покрывающем составе. Разрушитель геля может также быть добавлен в смеситель сразу после того, как частицы расклинивающего наполнителя были покрыты и пока смола остается частично затвердевшей. В этом случае разрушитель геля распределен ближе к внешней поверхности покрытия. В качестве альтернативы разрушитель геля может быть нанесен на частицы расклинивающего наполнителя, предварительно покрытые смолой, которая уже частично затвердела. Разрушитель геля может быть также нанесен на предварительно покрытый смолой расклинивающий наполнитель непосредственно на буровой площадке, в процессе закачивания предварительно покрытого расклинивающего наполнителя в скважину во время обработки гидроразрывом. Эти два последних способа приводят к тому, что разрушитель геля присутствует, главным образом, в качестве внешнего слоя покрывающего состава.

В покрывающий состав могут быть добавлены некоторые другие компоненты. Например, к смоле может быть добавлен катализатор для уменьшения времени и температуры, необходимой для частичного затвердевания смолы в покрытии и производства отдельных, свободно текущих предварительно покрытых смолой частиц расклинивающего наполнителя. Подходящие катализаторы обычно включают в себя водорастворимые соли ионов поливалентных металлов, такие как нитраты и хлориды, кислоты с pKa (показатель кислотности) примерно 4,0 или ниже, аммиак и амминовые соли кислот с pKa примерно 4,0 или ниже. Примеры подходящих кислот с pKa примерно 4,0 или ниже включают в себя, но не ограничены ими, фосфорную, серную, азотную, бензолсульфоновую, толуолсульфоновую, ксилолсульфоновую, сульфаминовую, щавелевую и салициловую кислоты. Примеры подходящих аминовых солей кислот с pKa примерно 4,0 или ниже включают в себя, но не ограничены ими, нитраты амина, такие как нитрат аммония, хлориды амина, сульфаты амина и фториды амина.

Покрывающий состав предпочтительно предварительно наносится на частицы расклинивающего наполнителя в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 0,1% до примерно 5% по весу частиц расклинивающего наполнителя, и, более предпочтительно, от примерно 2% до примерно 4%.

Загущенный жидкий разрывающий флюид получен или обеспечен. Загущенный жидкий разрывающий флюид содержит воду и загуститель. Подходящие загустители включают в себя, но не ограничены ими, гуаровую смолу, производные гуаровой смолы и производные целлюлозы. Загуститель в разрывающем флюиде обычно присутствует в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 0,01% до примерно 4% по весу воды в нем, и, более предпочтительно, в количестве от примерно 0,1% до примерно 2%. Загущенный жидкий разрывающий флюид может включать в себя сшивающий агент для увеличения вязкости разрывающего флюида. Примеры подходящих сшивающих агентов включают в себя, но не ограничены ими, бораты щелочных металлов, буру, борную кислоту и соединения, способные высвобождать ионы поливалентных металлов в водных растворах. При использовании сшивающего агента он включается в разрывающий флюид в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 0,01% до примерно 3% по весу воды в нем, и, более предпочтительно, в количестве от примерно 0,1% до примерно 2%.

Разрывающий флюид обычно также включает в себя замедленный разрушитель вязкости, который уменьшает вязкость разрывающего флюида и заставляет покрытые составом смолы частицы расклинивающего наполнителя, суспендированные в разрывающем флюиде, осаждаться в разрывах. Замедленные разрушители вязкости, которые могут быть использованы, включают в себя, но не ограничены ими, окислители и энзимы. При использовании замедленного разрушителя вязкости он включается в разрывающий флюид в количестве, находящемся в диапазоне от примерно 0,01% до примерно 5% по весу воды в нем.

Особенно подходящий вариант осуществления настоящего изобретения для формирования одного или более разрывов в подземной зоне, пройденной стволом скважины, и уплотнения в них предварительно покрытых частиц расклинивающего наполнителя содержит следующие стадии. Частицы расклинивающего наполнителя, предварительно покрытые покрывающим составом отверждаемой смолы, получены или обеспечены. Покрывающий состав содержит отверждаемую органическую смолу, выбранную из группы, состоящей из смеси фенольной смолы и фурановой смолы, тройного сополимера фенола, фурфурилового спирта и альдегида, резолов, резол/новолачных смесей, бисфенол-альдегидного новолачного полимера и бисфенольного гомополимера, силановое связующее и разрушитель геля, содержащий смесь гидролизуемых сложных эфиров. Загущенный жидкий разрывающий флюид также получают и закачивают в подземную зону для формирования в ней одного или более разрывов. Предварительно покрытые частицы расклинивающего наполнителя смешаны с закачиваемым разрывающим флюидом, посредством чего предварительно покрытые частицы расклинивающего наполнителя суспендируются в нем. Когда предварительно покрытые частицы расклинивающего наполнителя достигают разрыва (разрывов), закачивание разрывающего флюида прекращается, и предварительно покрытые частицы расклинивающего наполнителя там осаждаются. После этого покрывающий состав на предварительно покрытых частицах расклинивающего наполнителя может отверждаться под воздействием тепла и уплотнять частицы расклинивающего наполнителя в один или более проницаемые пакеты.

Предпочтительные предварительно покрытые частицы расклинивающего наполнителя настоящего изобретения содержат частицы расклинивающего наполнителя, покрытые покрывающим составом, содержащим отверждаемую смолу, силановое связующее и разрушитель геля. Предварительно покрытые частицы расклинивающего наполнителя описаны выше при обсуждении способов настоящего изобретения.

Предпочтительные покрывающие составы настоящего изобретения содержат отверждаемую органическую смолу, силановое связующее и разрушитель геля. Предпочтительные составы описаны выше при обсуждении способов настоящего изобретения.

Предпочтительный способ формирования одного или более разрывов в подземной зоне, пройденной стволом скважины, и уплотнения в них частиц расклинивающего наполнителя содержит стадии, на которых: (а) получают частицы расклинивающего наполнителя, предварительно покрытые покрывающим составом, содержащим отверждаемую органическую смолу, силановое связующее и разрушитель геля; (b) получают загущенный жидкий разрывающий флюид; (c) закачивают загущенный жидкий разрывающий флюид в подземную зону для формирования одного или более разрывов; (d) смешивают частицы расклинивающего наполнителя, предварительно покрытые покрывающим составом, с закачиваемым разрывающим флюидом в соответствии со стадией (c), посредством чего предварительно покрытые частицы расклинивающего наполнителя суспендируются в нем; (e) когда предварительно покрытые частицы расклинивающего наполнителя достигают одного или более разрывов, прекращают закачивание разрывающего флюида; и (f) отверждают покрывающий состав на предварительно покрытых частицах расклинивающего наполнителя под воздействием температуры и уплотняют частицы расклинивающего наполнителя в один или более проницаемые пакеты.

Таким образом, настоящее изобретение позволяет решить упомянутые задачи и получить преимущества. Несмотря на то, что изменения могут быть сделаны специалистами в данной области техники, такие изменения охватываются сущностью этого изобретения, как это определено прилагаемой формулой изобретения.