СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ ОПТИМИЗАЦИИ РАБОТ ГИДРОРАЗРЫВА ПЛАСТА

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Область техники изобретения

[0001] Варианты осуществления настоящего изобретения относятся к системам и способам оптимизации гидроразрыва пласта с помощью итеративной оптимизации проектного решения по забойному давлению (BHP) и температуре, проектного решения по перфорации, проектного решения по импульсам и скорости закачки жидкости гидроразрыва и проектного решения по проппанту на основе свойств пласта и проппанта, выбора кандидата, моделирования потоков и геомеханического моделирования и технических расчетов.

[0002] Конкретнее, варианты осуществления настоящего изобретения относятся к системам и способам оптимизации гидроразрыва пласта с помощью итеративной оптимизации проектного решения по забойной температуре, проектного решения по перфорации, проектного решения по импульсам и скорости закачки жидкости гидроразрыва, и проектного решения по проппанту на основе свойств пласта и проппанта, выбора кандидата, моделирования потоков и геомеханического моделирования и технических расчетов, где системы включают (a) подсистему, которая собирает или вводит свойства и характеристики пласта и/или зоны, (b) подсистему, которая выбирает композицию проппанта, (c) подсистему, которая выбирает импульсы и скорости закачки жидкости гидроразрыва для подачи композиции проппанта в пласт и/или пластовую зону, (d) подсистему, которая выбирает проектное решение по перфорации, (e) подсистему, которая выбирает решение по забойному давлению (BHP), и (f) подсистему, которая итеративно оптимизирует проектное решение по композиции проппанта, по импульсам и скорости закачки жидкости гидроразрыва, проектное решение по перфорации, и проектное решения по BHP для получения оптимальных параметров применения гидроразрыва на основе свойств и характеристик пласта и/или пластовой зоны и/или проппанта.

2. Описание известного уровня техники

[0003] Гидравлический разрыв является основным инструментом для улучшения продуктивности скважины с помощью создания трещин в пласте из ствола скважины, проходящего через пласт, для улучшения добычи из пласта или нагнетания в пласт. Гидравлический разрыв обычно выполняют с помощью нагнетания жидкости гидроразрыва в ствол скважины, проходящей через подземный пласт, под давлением выше пластового давления, образующей или расширяющей трещины и/или разрывы в пласте. Во время гидроразрыва пласта проппант также нагнетают в пласт и в трещины для уменьшения или предотвращения закрытия трещин после гидроразрыва, и таким образом, обеспечивая улучшенный приток в них из пласта или его зоны.

[0004] Успех обработки гидравлическим разрывом связан с удельной проводимостью в трещине, которая является способностью текучих сред проходить из пласта или в пласт через пачку проппанта, нагнетаемого в трещины для сохранения трещины открытой. Другими словами, пачка проппанта или матрица должна иметь высокую удельную проводимость текучей среды или проницаемость относительно пласта для прохода текучей среды с низким сопротивлением в ствол или из ствола скважины.

[0005] В традиционных работах гидроразрыва применяют методики увеличения удельной проводимости текучей среды или проницаемости пачки проппанта посредством увеличения пористости поровых каналов между смежными частицами проппанта в матрице проппанта. Данные традиционные работы имеют целью распределить пористость и поровые каналы по возможности равномерно в консолидированной матрице проппанта, заполняющей трещину. В гидроразрыве используют процедуры гомогенной укладки проппанта, по существу, для равномерного распределения проппанта и не являющихся проппантом материалов, создающих пористость в трещинах.

[0006] В патенте United States Pat. No. 6,776,235 (England), предложен способ гидравлического разрыва подземного пласта, включающий чередующиеся стадии закачки содержащих проппант жидкостей гидроразрыва, контрастных по скорости выпадения проппанта, для образования кластеров проппанта, как опор, которые предотвращают закрытие трещины для улучшения удельной проводимости трещины гидроразрыва. В данном способе можно, например, чередовать стадии закачки несущих проппант и лишенных проппанта жидкостей гидроразрыва для создания кластеров проппанта в трещинах и открытых каналов между ними для прохода пластовых текучих сред. Таким образом, обработки гидроразрыва приводят к гетерогенной укладке проппанта (HPP) и конфигурации "пустот и столбиков" в трещинах, а не гомогенной укладке проппанта и консолидированной пачки проппанта. Количество проппанта, осажденного в трещине во время каждой стадии HPP, модулируют варьированием несущих характеристик текучей среды (таких как вязкость и упругость), плотностей проппанта, диаметров и концентрации и скорости нагнетания жидкости гидроразрыва.

[0007] В патенте United States Pat. No. 7,451,812 (Cooper et al.), раскрыты система и способ гетерогенной укладки проппанта в трещине в подземном пласте. Система включает систему для подачи проппанта и текучей среды обработки в трещину, датчик для измерения геометрии трещины и компьютер, поддерживающий связь с датчиком. Компьютер имеет инструмент программного обеспечения для разработки в режиме реального времени модели для гетерогенной укладки проппанта в трещине на основе данных измерений датчика и инструмент программного обеспечения для разработки и обновления графика укладки проппанта для подачи проппанта и текучей среды обработки в трещину, соответствующих модели. Звено управления между компьютером и системой подачи обеспечивает системе подачи регулирование подачи проппанта и текучей среды обработки согласно обновленному графику укладки проппанта.

[0008] Хотя на сегодня имеется ряд систем и способов модификации или регулирования гидроразрывов пласта, многие из данных систем и способов страдают от учета только одного или двух аспектов гидроразрыва пласта, таким образом, требуется разработка в технике систем и способов с функциональными возможностями создания оптимального гидроразрыва пласта на основе пластовых свойств и характеристик с помощью итеративной оптимизации всех граней/аспектов гидроразрыва пласта.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[009] Варианты осуществления данного изобретения обеспечивают способы, реализуемые на или в одном цифровом устройстве обработки данных или множестве цифровых устройств обработки данных для получения оптимизированных работ гидроразрыва пласта, включающие итеративно оптимизированные проектные решения по композиции проппанта, импульсам и скорости закачки жидкости гидроразрыва, проектное решение по перфорации и проектное решение по BHP. Способы включают сбор свойств и характеристик пласта, например, глубины, градиента порового давления, проницаемости, и т.д. в подсистеме или модуле ввода данных. Способы также включают сбор геомеханических свойств и характеристик, например, модуля продольной упругости, коэффициента поперечной деформации, градиента минимального горизонтального основного напряжения (S_hmin), и т.д. в подсистему или модуль ввода данных. Способы также включают сбор специфической информации по площадке работ и по скважине, например, траектории, графику закачки, и т.д. в подсистеме или модуле ввода данных. Способы также включают определение механических свойств столбика проппанта из данных опытов для построения и калибровки модели материала с определенными опытным путем механическими свойствами столбика проппанта в подсистеме или модуле ввода данных.

[0010] Способы также включают выполнение моделирования геометрии трещины гидроразрыва и получение на выходе протяженности трещины, например, высоты, длины, отверстия, ориентации и т.д. в подсистеме или модуле выбора пласта-кандидата. Способы также включают на основе калиброванных свойств столбиков и смоделированной геометрии трещины генерирование характеристических поверхностей для отличающихся конфигураций столбиков и применение характеристических поверхностей, как надежной методики отсеивания для выбора кандидатов. Характеристические поверхности можно генерировать аналитическим или цифровым средством, где характеристические поверхности обеспечивают предварительный анализ комбинации пластовых свойств, характеристик столбиков /проппанта, глубины исследования, промежутков между столбиками, оптимальной депрессии и т.д. Характеристические поверхности действуют, как вспомогательное средство в оценке, весовой оценке и/или сравнении кандидата. Способы также включают тестирование эффективности пласта или скважины или скважин-кандидатов (среди многочисленных скважин). Если кандидат определен, как неприемлемый, тогда способы включают выбор отличающегося пласта, скважины, скважин, пластов, и/или проппанта /столбика отличающегося типа и повторение этапа генерирования характеристической поверхности и этапа тестирования эффективности до генерирования одного или нескольких приемлемых кандидатов. Если один или несколько кандидатов определены, как приемлемые, тогда кандидат передается на геомеханический анализ и анализ добычи с улучшенными операциями подсистемы или модуля.

[0011] Способы также включают имитацию транспортировки столбика проппанта и квантифицирование геометрии очертаний столбика с помощью моделей вычислительной гидродинамики (CFD) и передачу конфигураций столбиков в геомеханические модели в подсистему или модуль технических расчетов. Способы также включают имитацию динамики деформации столбика (вдавливания и разрушения) и смыкания трещины с применением геомеханических моделей для отличающихся конфигураций столбиков, а также вывод данных на карту удельной проводимости для имитаций пласта. Способы также включают выполнение анализа добычи и экономики для оценки успеха каждого предложенного проектного решения для определения оптимального проектного решения по конкретному пласту, такому как в сланцевой залежи. Если решение отвечает целевым требованиям добычи и экономики, тогда способы включают получение на выходе оптимизированных параметров технических расчетов. Если решение не отвечает целевым требованиям добычи и экономики, способы включают модификацию и/или корректировку параметров технических расчетов (например, проектного решения по BHP, проектного решения по перфорации, проектного решения по композиции проппанта, импульсу, в том числе композиции импульсов, частоте импульсов, скорости нагнетания насосом, и т.д.) и повторное проведение геомеханического анализа и анализа добычи с улучшенными операциями до получения оптимизированного проектного решения. Если проектное решение отвечает целевым требованиям добычи и экономики, способы включают вывод данных оптимизированных параметров технических расчетов в выходную подсистему или модуль оптимального проектного решения, где параметры проектного решения включают график обработки, проектное решение по перфорации, частоте импульсов, скорости нагнетания насосом, композиции проппанта, оптимальному BHP и т.д. Способы также включают обеспечение параметров проектного решения, подлежащих применению на промысле, как рекомендации по эксплуатации промысла/ проектным решениям для направления работ на промысле. Способы могут также включать выполнение модификаций одного, некоторых или всех параметров проектного решения в режиме, по существу, реального времени (RT) на основе полученных в режиме, по существу, реального времени данных работ гидроразрыва пласта.

[0012] Варианты осуществления данного изобретения также обеспечивают системы, реализованные в одном цифровом устройстве обработки данных или множество цифровых устройств обработки данных для проведения оптимизированных работ гидроразрыва, включающих итеративно оптимизированные проектные решения по композиции проппанта, по импульсам и скорости закачки жидкости гидроразрыва, проектное решение по перфорации и проектное решение по BHP. Системы данного изобретения включают подсистему ввода данных или модуль. Модуль ввода данных принимает или собирает свойства и характеристики пласта, в том числе глубину, градиент порового давления, проницаемость, и т.д. Вводной модуль также принимает или собирает геомеханические свойства и характеристики, в том числе модуль продольной упругости, коэффициент поперечной деформации, градиент минимального горизонтальное основного напряжения (S_hmin), и т.д. и площадки работ и специфическую информацию по скважине, в том числе, траекторию, график закачки, реологические свойства текучей среды и свойства текучего материала и т.д. Вводной модуль также принимает и допускает механические свойства столбика проппанта, полученные из данных опытов, и генерирует и калибрует модели материала столбика проппанта. Системы также включают подсистему или модуль выбора скважины или пласта-кандидата, где кандидатами могут быть многочисленными сланцевые пласты или залежи или многочисленные скважины в конкретной сланцевой залежи или любой другой пласт или скважина в пласте. Модуль выбора кандидата выполняет моделирование геометрии трещины гидроразрыва и передает на выход свойства трещины, в том числе, высоту, длину, отверстие, ориентацию и т.д. На основе калиброванных свойств столбиков и смоделированной геометрии трещины модуль выбора кандидата генерирует характеристические поверхности для отличающихся конфигураций столбиков и применяет характеристические поверхности для отсеивания кандидатов. Характеристические поверхности можно генерировать с помощью аналитической машины или цифрового средства. Характеристические поверхности обеспечивают предварительный анализ пластовых свойств, характеристик столбиков /проппанта, глубины исследования, промежутка между столбиками (промежутков), оптимальной депрессии, и т.д. для помощи в оценках и сравнениях выбора отличающихся кандидатов. Если кандидат не выбирается, модуль выбора кандидата выбирает пласт отличающегося типа и/или проппант/столбик отличающегося типа и проводит через предварительный анализ/инструмент отсеивания. Данный процесс повторяется до выбора приемлемого кандидата при этом, выбранного кандидата дополнительно анализируют в подсистеме или модуле геомеханического анализа и анализа добычи с улучшенными операциями. Подсистема или модуль геомеханического анализа и анализа добычи с улучшенными операциями имитирует транспортировку столбика проппанта и квантифицирует геометрию очертаний столбика с помощью моделей вычислительной гидродинамики (CFD) и передает конфигурации столбиков в геомеханическую модель. Подсистема или модуль анализа также имитирует деформации столбика (вдавливания и разрушения) и смыкание трещины с геомеханическими моделями для отличающихся конфигураций столбиков и получает на выходе карту удельных проводимостей для имитаций. Подсистема или модуль анализа также выполняет анализ добычи и экономики для оценки предлагаемого проектного решения и для поиска оптимизированного проектного решения для конкретного пласта. Если проектное решение имеет показатели ниже целевых показателей добычи и экономики, тогда подсистема или модуль анализа модифицирует технические параметры проектного решения, такие как BHP, перфорации, частота импульсов, расход импульсов, композиции импульсов и т.д. и повторно проводит геомеханический анализ и анализ добычи с улучшенными операциями до достижения оптимизированного проектного решения. Когда оптимальное проектное решение, в котором получены целевые показатели по добыче и экономике найдено, тогда подсистема или модуль анализа получает на выходе оптимизированные параметры технического решения. Системы также включают выходную подсистему или модуль, который принимает параметры проектного решения, в том числе, график обработки, проектное решение по перфорации, проектное решение по импульсу (частоту, расход, композицию и т.д.), оптимальный BHP, оптимальную композицию проппанта, и подъем добычи, подлежащие реализации на промысле. Системы также включают операционную подсистему или модуль, который обеспечивает рекомендации по эксплуатации промысла/ проектным решениям для направления работ гидроразрыва на промысле. Системы могут также включать в режиме, по существу, реального времени (RT) подсистему или модуль модификации в режиме, по существу, реального времени (RT), который генерирует модифицированные параметры проектного решения на основе собранных по существу в режиме RT данных во время гидроразрыва пласта и ввода в подсистему или модуль модификации в режиме, по существу, реального времени (RT), обеспечивая по ходу работы оптимизацию работ гидроразрыва для достижения оптимального гидроразрыва пласта и расклинивания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0013] Изобретение можно лучше понять со ссылкой на следующее подробное описание вместе с прилагаемыми чертежами, на которых одинаковые элементы пронумерованы одинаковыми позициями.

[0014] На фиг. 1 схематично показана блок-схема способов и систем настоящего изобретения.

[0015] На фиг. 2 показана иллюстративная последовательность импульсов гидроразрыва и полученная результат укладка проппанта в трещине.

[0016] На фиг. 3 показан график зависимости проницаемости от давления смыкания трещины и числовой пример, показывающий открытые каналы между островками проппанта и напряжение смыкания трещины.

[0017] На фиг. 4 показан график зависимости k_iw от типа слоя проппанта, иллюстрирующий разницу между конфигурациями с однослойной укладкой проппанта и частично однослойной укладкой проппанта.

[0018] На фиг. 5 показана блок-схема способа, результатом которого является оптимальное решения по BHP, решение по перфорации, импульсу текучей среды и проектное решение по проппанту.

[0019] На фиг. 6 показана другая блок-схема способа, иллюстрирующая этапы способа.

[0020] На фиг. 7 показана последовательность укладки проппанта в трещину и полученная в результате конфигурация проппанта в начальном импульсе проппанта.

[0021] На фиг. 8A показана характеристическая поверхность площади открытой трещины, как процент начальной площади трещины в зависимости от S_hmin в зависимости от E пласта.

[0022] На фиг. 8B показана характеристическая поверхность площади открытой трещины, как процент начальной площади трещины в зависимости от величины депрессии в зависимости от D/R.

[0023] На фиг. 9A и 9B показана не оптимизированная конфигурация укладки проппанта в сравнении с оптимизированной укладкой проппанта в трещину.

[0024] На фиг. 10A-D показано нагнетание с высоким расходом/скоростью, результатом которого является неоптимальная конфигурация укладки проппанта в сравнении с нагнетанием со средним расходом/скоростью, результатом которого является улучшенная конфигурация укладки проппанта.

[0025] На фиг. 11A-D показан более длинный перфорационный интервал, дающий улучшенную конфигурацию укладки проппанта в в сравнении с более коротким перфорационным интервалом, дающим неоптимальную конфигурацию укладки проппанта.

[0026] На фиг. 12 показаны три отличающихся решения по импульсу: решение по низкочастотному импульсу, решение по среднечастотному или оптимальному импульсу и решение по высокочастотному импульсу на основе связанного графика отклика.

[0027] На фиг. 13A-D показана конфигурация укладки проппанта для проектного решения по низкочастотному импульсу и по среднечастотному или оптимальному импульсу фиг. 12.

[0028] На фиг. 14 показано проектное решение по оптимизированному импульсу в сравнении с проектным решением по не оптимизированному импульсу и обычным проектным решением без импульса и график соответствующих вычисленных дебитов на основе удельной проводимости трещины.

[0029] На фиг. 15 показана номограмма величин дзета-потенциала в mV в зависимости от склонностей к агрегации или агломерации и график дзета-потенциалов для необработанного диоксида кремния, обработанного SandAid™ диоксида кремния, необработанного угля и обработанного SandAid™ угля.

[0030] На фиг. 16 показана обычная работа гидроразрыва, включающая в себя этап закачки жидкости гидроразрыва без проппанта, этап укладки проппанта и этап заканчивания после ГРП.

[0031] На фиг. 17A-D показаны пласты отличающихся типов на различных глубинах и их соответствующее напряженное состояние в виде графика на характеристических поверхностях.

[0032] На фиг. 18 показаны параметры оптимизированного проектного решения для конкретного пласта.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕРМИНОВ ПРИМЕНЯЕМЫХ В ИЗОБРЕТЕНИИ

[0033] Следующие определения предложены для помощи специалисту в данной области в понимании подробного описания настоящего изобретения.

[0034] Термин "около" означает, что величина находится в пределах около 10% от указанной величины. В некоторых вариантах осуществления величина находится в пределах около 5% от указанной величины. В некоторых вариантах осуществления величина находится в пределах около 2,5% от указанной величины. В некоторых вариантах осуществления величина находится в пределах около 1% от указанной величины. В некоторых вариантах осуществления величина находится в пределах около 0,5% от указанной величины.

[0035] Термин "по существу" означает, что величина находится в пределах около 10% от указанной величины. В некоторых вариантах осуществления величина находится в пределах около 5% от указанной величины. В некоторых вариантах осуществления величина находится в пределах около 2,5% от указанной величины. В некоторых вариантах осуществления величина находится в пределах около 1% от указанной величины. В некоторых вариантах осуществления величина находится в пределах около 0,5% находится в пределах.

[0036] Термин "столбик проппанта, островок проппанта, кластер проппанта, агрегат проппанта или агломерат проппанта" означает, что множество частиц проппанта агрегированы, собраны в кластеры, агломерированы или иначе склеены вместе для образования дискретных структур.

[0037] Термин "подвижный столбик проппанта, островок проппанта, кластер проппанта, агрегат проппанта или агломерат проппанта" означает столбик проппанта, островок проппанта, кластер проппанта, агрегат проппанта или агломерат проппанта, которые способны к перестановке во время работ гидроразрыва, добычи или нагнетания.

[0038] Термин "самовосстанавливающийся столбик проппанта, островок проппанта, кластер проппанта, агрегат проппанта или агломерат проппанта" означает столбик проппанта, островок проппанта, кластер проппанта, агрегат проппанта или агломерат проппанта, способный распадаться и восстанавливаться во время работ гидроразрыва, добычи или нагнетания.

[0039] Термин "амфотерный" относится к поверхностно-активным веществам, которые имеют как положительные, так и отрицательные заряды. Результирующий заряд поверхностно-активного вещества может быть положительным, отрицательным или нулевым в зависимости от pH раствора.

[0040] Термин "анионный" относится к таким вязкоупругим поверхностно-активным веществам, которые обладают результирующим отрицательным зарядом.

[0041] Термин "гидроразрыв" относится к процессу и способам разрушения геологического пласта, т.e. пласта горной породы вокруг ствола скважины, с помощью нагнетания насосом текучей среды под очень высокими давлениями, для увеличения дебитов добычи из углеводородного коллектора. В способах гидроразрыва данного изобретения применяют иначе обычные методики известные в технике.

[0042] Термин "проппант" относится к зернистому веществу, суспендированному в жидкости гидроразрыва во время работ гидроразрыва, которое служит препятствием для самопроизвольного смыкания трещин в пласте после сброса давления. Проппанты, рассматриваемые в настоящем изобретении, включают, но без ограничения этим, обычные проппанты, известные специалисту в данной области техники, такие как песок, песок с крупностью 20-40 меш, песок с покрытием смолой, спеченный боксит, стеклянная дробь и подобные материалы.

[0043] Аббревиатура "RPM" относится к модификаторам относительной проницаемости.

[0044] Термин "поверхностно-активное вещество" относится к растворимому, или частично растворимому соединению, которое уменьшает поверхностное натяжение жидкостей, или уменьшает натяжение межфазовой поверхности между двумя жидкостями, или жидкостью и твердым веществом посредством конгрегации и самоориентирования на данных интерфейсах.

[0045] Термин "вязкоупругий" относится к вязким текучим средам с упругими свойствами, т.e. жидкости, по меньшей мере частично возвращающейся в свою исходную форму, когда приложенное напряжение снято.

[0046] Фраза "вязкоупругие поверхностно-активные вещества" или "VES" относится к классу соединений, которые могут образовывать мицеллы (сферолитовые, анизометрические, многослойные или жидкокристаллические) в присутствии противоионов в водных растворах, при этом придавая вязкость текучей среде. Анизометрические мицеллы в частности являются предпочтительными, поскольку их поведение в растворе больше всего напоминает поведение полимера.

[0047] Аббревиатура "VAS" относится к вязкоупругому анионному поверхностно-активному веществу, полезному для работ гидроразрыва и ГРП с установкой сетчатого фильтра. Как рассмотрено в данном документе, они имеют анионную природу с предпочтительными противоионами калия, аммония, натрия, кальция или магния.

[0048] Термин "вспенивающийся" означает композицию, которая при смешивании с газом образует устойчивую пену.

[0049] Термин "реальное время" означает, что корректировки параметров гидроразрыва во время гидроразрыва пласта выполняются без временной задержки вследствие корректировки, обработки, передачи скважинных данных и реализации регулирования.

[0050] Термин "по существу, реальное время" означает, что корректировки параметров гидроразрыва во время гидроразрыва пласта выполняются по существу без временной задержки вследствие корректировки, обработки, передачи скважинных данных и реализации регулирования, по существу, здесь означает, что задержка меньше или равна 2 дням. В некоторых вариантах осуществления задержка меньше или равна 1 дню. В некоторых вариантах осуществления задержка меньше или равна 8 часам. В некоторых вариантах осуществления задержка меньше или равна 4 часам. В некоторых вариантах осуществления задержка меньше или равна 2 часам. В некоторых вариантах осуществления задержка меньше или равна 1 часу. В некоторых вариантах осуществления задержка меньше или равна 30 минутам. В некоторых вариантах осуществления задержка меньше или равна 15 минутам. В некоторых вариантах осуществления задержка меньше или равна 10 минутам. В некоторых вариантах осуществления задержка меньше или равна 5 минутам. В некоторых вариантах осуществления задержка меньше или равна 1 минуте. В некоторых вариантах осуществления задержка меньше или равна 30 секундам. В некоторых вариантах осуществления задержка меньше или равна 10 секундам. В некоторых вариантах осуществления задержка меньше или равна 5 секундам.

[0051] Термин "gpt" означает галлоны на тысячу галлонов.

[0052] Термин "ppt" означает фунты на тысячу галлонов.

[0053] Термин "SRV" означает объем горной породы, обработанной для интенсификации притока.

[0054] Термин "spf" означает выстрелов на фут длины.

[0055] Термин "барр/мин" означает баррелей в минуту.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ OF ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0056] Изобретатели открыли, что системы и способы можно построить и реализовать на одном цифровом устройстве обработки данных или множестве цифровых устройств обработки данных для оптимизированного гидроразрыва пласта с помощью итеративной оптимизации проектного решения по забойному давлению (BHP) и температуре, проектного решения по перфорации, проектного решения по скорости и импульсам закачки текучей среды и проппанта, и проектного решения по проппанту на основе пластовых свойств, выбора кандидата, моделирования потоков а также геомеханического моделирования и технических расчетов. Системы и способы дают оптимизированные параметры работ гидроразрыва на основе свойств и характеристик проппанта или пласта/коллектора. Один значительный аспект данного изобретения состоит в том факте, что оптимизированные параметры работ гидроразрыва, которые включают оптимизированный выбор проппанта, оптимизированное проектное решение по перфорации, оптимизированное проектное решение по BHP и оптимизированное проектное решение по последовательности импульсов генерируются и подаются на площадку работ до начала работ гидроразрыва. Данные оптимизированные параметры работ гидроразрыва могут применяться автономно для содействия оптимизированному гидроразрыву пласта и оптимизированной укладке проппанта для получения оптимизированных трещин с высокой удельной проводимостью. Изобретатели также открыли, что по собранным во время гидроразрыва пласта скважинным данным, один, некоторый или все генерируемые оптимизированные параметры работ гидроразрыва пласта можно модифицировать или корректировать для дополнительного улучшения гидроразрыва и укладки проппанта и развития трещин с высокой удельной проводимостью в прошедшем гидроразрыв пласте, где трещины с высокой удельной проводимостью включают конфигурацию или сеть островков или столбиков проппанта и каналы потока, генерируемых с помощью оптимизированных параметров работ гидроразрыва, генерируемых с помощью моделирования способов и систем данного изобретения.

[0057] Системы и способы данного изобретения включают модуль и этапы, на которых собирают все необходимые свойства и характеристики коллектора (например, глубину, градиент порового давления, пористость, проницаемость, свойства текучей среды коллектора, температура, естественная трещиноватость, и т.д.) и свойства и характеристики геомеханики (например, модуль продольной упругости, коэффициент поперечной деформации, градиенты напряжений, когезионная прочность, угол внутреннего трения, анизотропия породы и т.д.) пласта, зоны пласта, сланцевой залежи (залежей) и площадки, а также специфическую информацию по скважине (траектория, график закачки) и получают механические свойства столбика проппанта из данных опытов для построения и калибровки модели материала по результатам опытов. Системы и способы также включают модуль и этапы, на которых выполняют моделирование трещины гидроразрыва и выходное распространение трещины (высота, длина и отверстие) и, на основе калиброванных свойств столбиков и смоделированной геометрии трещины, генерируют характеристические поверхности для отличающихся конфигураций столбиков и применяют их, как надежный инструмент анализа/отсева для выбора надлежащих кандидатов. Характеристические поверхности можно генерировать с помощью аналитического или цифрового средства. Характеристические поверхности обеспечивают предварительный анализ (комбинаций пластовых свойств, характеристик столбиков /проппанта, глубины исследования, промежутка между столбиками (промежутков), оптимальной депрессии). Характеристические поверхности помогают оценить относительные шансы на успех, сравнивая месторождения или скважины-кандидаты. Если кандидат оказывается приемлемым, приступают к этапу PASS и проводят углубленный модуль анализа геомеханики и эксплуатации. Если кандидат оказывается неприемлемым, выбирают отличающееся месторождение или тип проппанта /столбика и проводят через предварительный анализ/отсеивание. Системы и способы также включают повторение данных этапов до выбора приемлемого кандидата (месторождения или скважины). Способы и системы также включают модуль и этапы, на которых имитируют транспортировку столбика проппанта и квантифицируют геометрию очертаний столбика посредством моделей CFD (вычислительная гидродинамика) и переводят конфигурации столбиков в модель геомеханики и имитируют деформации столбика (задавливание и разрушение) и смыкание трещины в моделях геомеханики для отличающихся конфигураций столбиков и получают на выходе карту удельной проводимости для имитаций коллектора. В модуле имитации также выполняют анализ добычи и экономики для оценки успеха предложенного проектного решения и поиска оптимизированного проектного решения для конкретного месторождения. Если достигнуты цели по добыче и экономике: получают на выходе параметры оптимизированных технических расчетов. Если проектные решения имеют показатели ниже целевых уровней добычи и экономики: модифицируют проектные технические расчеты по параметрам (например, BHP, перфорации, частота импульсов, расход импульсов, и т.д.) и повторно проводят геомеханический анализа и анализ добычи с улучшенными операциями до достижения оптимизированного проектного решения. Системы и способы также включают модуль и этапы, дающие на выходе все параметры проектного решения, в том числе, график обработки, проектное решение по перфорации, проектное решение по импульсам текучей среды, оптимальное BHP, выбор проппанта и подъем добычи, подлежащие применению на промысле. Системы и способы могут также включать модуль и этапы, которые обеспечивают рекомендации по эксплуатации/проектным решениям промысла для направления работ на промысле. Системы и способы могут также включать модуль и этапы выполнения модификаций оптимальных параметров гидроразрыва в режиме, по существу, реального времени на основе данных, собранных во время гидроразрыва.

[0058] Системы и способы данного изобретения выполнены с возможностью создания трещин с высокой удельной проводимостью в пласте с применением моделирования потока и геомеханики и технически спроектированного химического состава, который представляют по умолчанию включенными в геомеханику, поток и вспомогательные потоки разработанного химического состава. Например, оптимальные параметры гидроразрыва являются выходными данными геомеханического анализа.

[0059] Системы и способы данного изобретения направлены на создание гидроразрыва со столбиками для производства трещины высокой удельной проводимости с увеличенными эффективными отрезками длины с применением периодического нагнетания насосом содержащих проппант текучих сред и лишенных проппанта текучих сред, где проппанты могут включать необработанные проппанты, обработанные проппанты, включающие в себя покрытия агрегирующих композиций или проппанты, включающие в себя покрытия из сшитых агрегирующих композиций и где текучая среда может включать агрегирующие композиции, сшивающие покрытие композиции, то и другое. Оптимальные параметры гидроразрыва реализуют для оптимизации промежутков высокой удельной проводимости между островками проппанта для обеспечения каналов потока и для создания более длинных эффективных и с более высокой удельной проводимостью отрезков длины трещины для получения нефти и газа из пласта или для нагнетания текучих сред в пласт. Подъем добычи при данной методики получают вследствие комбинации созданных каналов высокой удельной проводимости и увеличенных эффективный отрезков длины трещины (посредством импульсов текучей среды, которые могут проталкивать островки проппанта дополнительно в трещину). То есть, важны не только каналы потока, но также дальность перемещения проппанта в данные трещины или сеть трещин. Геомеханический анализ и анализ потока обеспечивают специально разработанные технические расчеты для оптимизации проектного решения по перфорации, проектного решения по импульсам текучей среды, проектного решения по проппанту и решения по BHP.

[0060] Варианты осуществления изобретения относятся к способам оптимизированной укладки проппанта в подземном пласте, содержащим этапы (a) получения свойств и характеристик пласта, проппанта, жидкости гидроразрыва, площадки и скважины в модуле ввода данных; (b) выбора кандидатов на основе моделирования геометрии трещины гидроразрыва в модуле выбора кандидата; (c) генерирования характеристических поверхностей для отличающихся конфигураций столбиков проппанта в модуле выбора кандидата; (d) тестирования каждого выбранного кандидата с этапа (c) для определения, удовлетворяет ли кандидат критериям выбора кандидата; (e) повторения этапов (c-d), если выбранный кандидат не проходит тест этапа (d); (f) направления прошедшего тест кандидата на модуль геомеханического анализа и анализа добычи с улучшенными операциями; (g) имитации транспортных свойств столбика с применением вычислительной гидродинамики в модуле геомеханического анализа и анализа добычи с улучшенными операциями; (h) имитации свойств вдавливания столбика и смыкания трещины с применением геомеханики в модуле геомеханического анализа и анализа добычи с улучшенными операциями; (i) генерирования параметров работ гидроразрыва пласта; (j) предварительного выполнения анализа добычи и экономики по генерируемым параметрам работ гидроразрыва пласта; (k) тестирования генерируемых параметров работ гидроразрыва пласта для определeния, удовлетворяют ли генерируемые параметры работ гидроразрыва пласта критериям для параметров работ гидроразрыва пласта; (l) если генерируемые параметры работ гидроразрыва пласта не проходят тестирование этапа (k), модификация технических параметров проектного решения и корректировка проектного решения по BHP, проектного решения по перфорации и проектного решения по расходу и импульсам подачи текучей среды; (m) повторения этапов (g) - (l), до того, как генерируемые параметры работ гидроразрыва пласта станут удовлетворять критериям для параметров работ гидроразрыва пласта, и направления оптимизированных параметров работ гидроразрыва пласта в выходной модуль и генерирования графика обработки, и (n) передачи графика обработки на промысловую площадку для реализации. В некоторых вариантах осуществления способы дополнительно содержат этап (o) сбора данных в режиме, по существу, реального времени во время реализации гидроразрыва и корректировки одного, некоторых или всех оптимизированных параметров работ гидроразрыва пласта. В других вариантах осуществления параметры для модели содержат механические свойства пласта, выбранные из группы, состоящей из модуля продольной упругости, коэффициента поперечной деформации, эффективных напряжений пласта и их комбинаций.

[0061] Варианты осуществления изобретения относятся к системам для оптимизированной укладки проппанта в трещине в подземном пласте, содержащим подсистему генерирования параметров гидроразрыва, реализованную в блоке цифровой и/или аналоговой обработки данных, включающую в себя вводной модуль, модуль выбора кандидата, модуль геомеханического анализа и анализа добычи с улучшенными операциями, выходной модуль и исполнительный модуль, где подсистему реализуют в способах, изложенных в данном документе и генерируют оптимизированные параметры гидроразрыва для пласта, подлежащего гидроразрыву, и подсистему подачи, которая подает лишенные проппанта текучие среды и содержащие проппант текучие среды в пласт во время гидроразрыва пласта согласно оптимизированным параметрам гидроразрыва пласта, генерируемым подсистемой генерирования параметров гидроразрыва; подсистему управления, поддерживающую связь с подсистемой генерирования параметров гидроразрыва и системой подачи, которая подает оптимизированные параметры гидроразрыва пласта в подсистему подачи. В некоторых вариантах осуществления системы дополнительно содержат подсистему датчиков, включающую в себя множество датчиков, которые измеряют один, некоторые или все параметры работ гидроразрыва пласт в режиме реального времени или, по существу, реального времени, подсистему корректировки параметров, реализованную в блоке цифровой или аналоговой обработки данных, которая принимает данные с датчиков и модифицирует или корректирует один, некоторые или все оптимизированные параметры гидроразрыва пласта на основе данных с датчиков, где подсистема датчиков и подсистема корректировки параметров поддерживают связь с подсистемой управления. В некоторых вариантах осуществления подсистема подачи содержит насос. В некоторых вариантах осуществления подсистему подачи содержит миксер. В некоторых вариантах осуществления подсистема подачи содержит дозатор. В некоторых вариантах осуществления дозатор представляет собой дозатор с программируемой оптимальной плотностью (POD). В некоторых вариантах осуществления дозатор представляет собой дозатор с вертикальной открытой чашей. В некоторых вариантах осуществления датчики выбраны из группы, состоящей из датчика давления, сейсмического датчика, датчика наклона, датчика радиоактивности, магнитного датчика и электромагнитного датчика. В некоторых вариантах осуществления датчик представляет собой группу датчиков. В некоторых вариантах осуществления датчик содержит шумовой зернистый материал и датчик для обнаружения детонации, воспламенения или экзотермической реакции шумового зернистого материала. В некоторых вариантах осуществления системы дополнительно содержат устройство для активной передачи данных для локации положения передающего устройства и датчик представляет собой датчик для приема передаваемых данных местоположения.

[0062] Варианты осуществления изобретения относятся к способам, которые содержат (a) генерирование оптимизированных параметров работ гидроразрыва пласта с применением способа по п. 1 формулы изобретения, где оптимизированные параметры работ гидроразрыва оптимизируют для получения столбиков проппанта в виде оптимизированной сети открытых каналов в трещинах пласта, и (b) реализацию оптимизированных параметров работ гидроразрыва пласта для подачи лишенных проппанта текучих сред и содержащих проппант текучих сред в трещины. В некоторых вариантах осуществления способы дополнительно содержат (c) взятие в режиме реального времени или в режиме, по существу, реального времени измерений одного, некоторых или всех параметров гидроразрыва; (d) модификацию или изменение одного, некоторых или всех параметров гидроразрыва на основе измерений; и (e) повторение этапов (d) - (f) в режиме реального времени до завершения подачи проппанта. В других вариантах осуществления сеть содержит столбики проппанта в трещине, способ дополнительно содержит обеспечение смыкания трещины, мониторинг микросейсмических событий в пласте, определение геометрии трещины, согласно микросейсмическим событиям, и обновление начальной модели, согласно геометрии трещины.

[0063] В отличие от обычных способов гидроразрыва, в общем, дающих к пачки проппанта с высоким сопротивлением потоку и требующие много проппанта и текучих сред обработки, настоящее изобретение основано на способе, в котором используют свойства и и характеристики пласта и проппанта для генерирования оптимальных параметров гидроразрыва, включающие оптимизированное проектное решение по BHP, оптимизированное проектное решение по перфорации, оптимизированное проектное решение по подаче текучей среды и оптимизированное проектное решение по проппанту для получения оптимальной укладки проппанта и оптимального проектного решения по столбику в трещинах, дающих трещины с высокой удельной проводимостью.

[0064] Системы и способы данного изобретения имеют ряд преимуществ улучшенных показатели работы заканчивания, в том числе, создание высокой удельной проводимости/ проницаемости в трещинах, лучшее извлечение стимуляционной текучей среды обработки, увеличенные эффективные отрезки длины трещины, уменьшенное падение давления в трещинах и уменьшенный риск выпадения проппанта из жидкости трещины. Данные улучшения приводят к уменьшенной стоимости заканчивания и пониженной потребности в материале, по вычислениям, меньше на от около 25% до около 45% по проппанту и меньше на около 25% текучей среды. Системы и способы также приводят к стимуляции коллектора, где вычисления указывают увеличения дебита на от около 20% до около 30% в сравнении с обычными способами. В некоторых вариантах осуществления уменьшение в потреблении проппанта составляет около 25%; в других вариантах осуществления уменьшение в потреблении проппанта составляет около 30%; в других вариантах осуществления уменьшение в потреблении проппанта составляет около 35%; в других вариантах осуществления уменьшение в потреблении проппанта составляет около 40%; и в других вариантах осуществления уменьшение в потреблении проппанта составляет около 45%. В некоторых вариантах осуществления уменьшение потребления текучей среды составляет около 15%; в других вариантах осуществления уменьшение потребления текучей среды составляет около 20%, и в других вариантах осуществления уменьшение потребления текучей среды составляет около 25%. Системы и способы данного изобретения находят применение в нефтяных, газовых и газоконденсатных скважинах, скважинах с обсаженным стволом, скважинах с необсаженной забойной зоной ствола, вертикальных и горизонтальных скважинах, скважинах в карбонатных породах, в песчанике, газовых скважинах в плотном песчанике (алевритах), минеральных глинах. Системы и способы данного изобретения также требует применения реологических/вязких текучих сред, как лишенных проппанта, так и содержащих проппант.

[0065] Системы и способы данного изобретения разработаны для выполнения получения следующих технических признаков: (a) трещины с высокой удельной проводимостью, с дискретными конгломератами проппанта (столбиками), с оптимальными расстояниями между ними, более высокая устойчивость к напряжению чем у отдельных монослоев, агломерированные столбики проппанта, которые труднее разрушить или вдавить, что помогает удерживать пласт открытым, высота столбиков также гораздо больше толщины монослоя проппанта. Термин оптимальное расстояние означает расстояние между островками проппанта, достаточное для оптимизации удельной проводимости для текучей среды, проходящей через островок проппанта в трещинах.

[0066] Системы и способы данного изобретения объединили уникальные выбор кандидата и проектные решения по способам, включающие в себя геомеханическое моделирование и моделирование потока, соединяющее текучие среды, включающие агрегирующие композиции данного изобретения, и оптимизированное управление способом для высококачественного исполнения работ гидроразрыва.

[0067] Системы и способы данного изобретения включают модули для получения свойств пласта и проппанта, выбора кандидата, генерирования моделей потока и геомеханики и технических расчетов для получения оптимизированных проектных решений по BHP, оптимизированных проектных решений по перфорации, оптимизированных проектных решений по импульсу текучей среды и оптимизированного проектного решения по проппанту на основе свойств пласта и проппанта для получения оптимальных параметров гидроразрыва, которые можно применять на площадке для управления оборудованием гидроразрыва. Системы и способы могут включать в режиме, по существу, реального времени обратную связь с работами гидроразрыва пласта для модификации оптимальных параметров для дополнительного улучшения укладки проппанта и конфигурации в трещинах.

[0068] Аспекты проектных решений систем и способов включают эффективный выбор кандидата и проектное решение по обработке с применением последовательности операций моделирования на основе соединения моделирования потоков для оптимизации проектного решения по столбикам, минимизации вдавливания/разрушения и максимизации добычи. Выбор кандидата основан на известных характеристиках композиций пласта. Усовершенствованный анализ включает выбор кандидата с пониманием показателей работы залежи и пласта до гидроразрыва, геомеханические модели для оценки эффективности кандидатов, хрупкости в зависимости от пластичности пласта, потенциала вдавливания и разрушения проппанта, и BHP. По указанным данным системы и способы генерируют характеристические поверхности, которые помогают выбрать правильную методологию и получить параметры успешного гидроразрыва. Усовершенствованный анализ обеспечивает оптимизацию конфигурации столбиков, благодаря соединению модели потока и геомеханических моделей для оптимизации объема (объемов) проппанта и текучей среды, проектного решения по перфорации, конфигурации столбиков, частоте импульсов, композиции импульсов, расходу импульсов и другим параметрам гидроразрыва.

[0069] Моделирование геомеханики и потока показало, что столбики являются наиболее эффективными (т.e. трещина имеет более высокую удельную проводимость), когда расходы относительно низкие, частоты импульсов являются промежуточными, и перфорации являются плотными, разнесенными на равные расстояния и охватывающими увеличенный отрезок длины (отрезки). Построения моделей коллектора на основе карт вычисленной удельной проводимости трещины показывает увеличение на 20-30% добычи по сравнению с обычными способами гидроразрыва. Уникальное соединение геомеханических моделей и моделей потока помогает оптимизированным техническим расчетам трещин со столбиками на основе характеристических поверхностей, служащих в качестве инструмента предварительного отсеивания/проектного решения для полученного оптимизированного выбора пласта-кандидата, выбора проппанта, выбора перфорации и депрессии /BHP для улучшенной конфигурации проппанта гидроразрыва и трещин с высокой удельной проводимостью. Способ выбора кандидата является ключевым аспектом в успешной реализации технологии столбиков гидроразрыва данного изобретения. Настоящая система и способы включают ряд конкурентоспособных, уникальных меняющих дзета-потенциал химреагентов для агломерации и стабилизации агломерированных столбиков, дающих преимущество в сравнении с биоразлагаемым (волокна, клей и т.д.) материалом, который может приводить к нестабильности столбика, в следующем: стабильные долговечные столбики проппанта, улучшенное распределение проппанта, увеличенное SRV на основе систем текучей среды, которые ведут к лучшей долгосрочной эксплуатации, поддержание более высоких дебитов в сравнении с предыдущей методикой гидроразрыва каналов, уникальное технические расчеты по последовательности операций посредством соединения анализа геомеханики и потока и инструмента отсеивания кандидата.

[0070] Изобретатели открыли, что с применением обоих, химического состава и методики нагнетания, в пласте можно получить усовершенствованные структуры гидроразрыва по типу столбиков. Данное усовершенствованное формирование столбиков обеспечивает оптимальный промежутки между островками проппанта или столбиками и обеспечивает максимизацию притока текучей среды из скважины, поскольку усовершенствованное формирование столбиков увеличивает удельную проводимость. Эффективный отрезок (отрезки) длины трещины можно увеличить вследствие импульсной подачи проппанта, которая делает дополнительный вклад в накопленную добычу.

[0071] Настоящее изобретение достигает оптимальных работ гидроразрыва пласта для оптимальной укладки проппанта в трещины с применением проектного решения по вычисленному оптимальному забойному давлению (BHP), проектного решения по перфорации, проектного решения по импульсам текучей среды и проектного решения по проппанту с применением автоматизированной процедуры и системы на основе свойств и характеристик пласта и свойств и характеристик проппанта, где оптимальные работы гидроразрыва пласта включают оптимальные параметры проектного решения по гидроразрыву. Автоматизированные процедуры и системы могут также включать обратную связь в режиме, по существу, реального времени на основе измерения геометрии трещины по ходу обработки трещины для обновления параметров проектного решения по гидроразрыву для улучшения укладки проппанта и конфигурации в трещинах. Идеализированно, прогнозные модели укладки проппанта являются заданными в итеративной методологии для получения оптимальных параметров проектного решения по гидроразрыву, которые можно корректировать во время работы трещины, для дополнительного улучшения укладки проппанта и удельной проводимости трещины. Изобретение, таким образом, более часто и в большей степени, имеет успех в улучшении удельной проводимости трещины для потока пластовых текучих сред из эксплуатационных скважин или потока текучих сред в нагнетательные скважины.

[0072] Вариант осуществления систем гидроразрыва на площадке для оптимизации укладки проппанта в трещины и для оптимизации удельной проводимости трещины в подземном пласте включает подсистему подачи для подачи проппанта и текучих сред обработки в пласт во время гидроразрыва, датчики для измерения свойств гидроразрыва в режиме, по существу, реального времени и компьютер или цифровое устройство обработки данных, поддерживающее связь с датчиками. Компьютер включает инструменты программного обеспечения для модификации в режиме, по существу, реального времени оптимальных параметров гидроразрыва, генерируемых системами оптимизации гидроразрыва данного изобретения для дополнительного улучшения укладки проппанта, конфигурации проппанта и проницаемости трещины. Модифицированные параметры затем сообщаются компьютером через звено управления в систему подачи для подачи проппанта и текучих сред обработки согласно модифицированным оптимальным параметрам.

[0073] В некоторых вариантах осуществления система подачи может включать насосы, миксеры, дозаторы, или т.п. В других вариантах осуществления дозатор может включать дозатор программируемой оптимальной плотности (POD), дозатор с вертикальной открытой чашей, или т.п. или их комбинации.

[0074] В другом варианте осуществления датчики могут включать датчик давления, сейсмический датчик, датчик угла наклона, датчик радиоактивности, магнитный датчик, электромагнитный датчик, и т.п. или их комбинации. В других вариантах осуществления система гидроразрыва включает группу датчиков.

[0075] В других вариантах осуществления система подачи может включать передатчики положения, связанные с датчиками и приемниками, поддерживающими связь с компьютером для приема данных с передатчиков.

[0076] Варианты осуществления способов данного изобретения включают этапы: (a) получения свойств и и характеристик пласта и проппанта, (b) получения оптимальных параметров гидроразрыва, включающих оптимальное проектное решение по проппанту, оптимальное проектное решение по BHP, оптимальное проектное решение по импульсам текучей среды и оптимальное проектное решение по перфорации и (c) выполнение гидроразрыва согласно оптимальным параметрам гидроразрыва.

[0077] В других вариантах осуществления способы могут также включать дополнительные этапы: (d) выполнения работ гидроразрыва пласта согласно оптимальным параметрам гидроразрыва; (e) получение данных трещины в режиме, по существу, реального времени во время гидроразрыва; (f) модификации оптимальных параметров гидроразрыва одной или нескольких моделей на основе данных; и (g) повторения этапов (e) - (f) для завершения гидроразрыва пласта.

[0078] Во всех из данных вариантов осуществления проппант подается в пласт согласно оптимизированному проектному решению по последовательности импульсов с применением оптимизированного проектного решения по перфорации, оптимизированного проектного решения по BHP и оптимизированного проектного решения проппанту, где оптимизированную последовательность импульсов вычисляют для генерирования оптимальной последовательности укладки проппанта, получая трещины с высокой удельной проводимостью данного изобретения, имеющие чередующиеся удлиненные столбики проппанта и удлиненные пути потока.

[0079] Применение химического состава для зета изменения и химического состава упрочняющего покрытие для зета изменения и данных, касающихся проппанта, обработанного данными химическими составами, обеспечивает методологию для выбора оптимизированного проектного решения по проппанту для данного пласта для обеспечения эффективного формирования каналов/столбиков и путей потока с более высокой прочностью для противостояния эрозии и миграции проппанта по сравнению с другими технологиями раскрытыми ранее. Решения существующей техники для проектного решения по укладке проппанта включают применение растворимых волокон, что помогает формированию каналов/столбиков, но обнаружено, что когда скважины возвращают к эксплуатации даже с минимальной скоростью потока, каналы/столбики теряют свою прочность, когда волокна растворяются и каналы обрушаются, и столбики испытывают эрозию, оставляя обычную пачку ГРП, которая весьма вероятно должна демонстрировать миграцию проппанта и обратный поток.

[0080] Изобретатели сделали открытие, что можно получить композицию, которая, при добавлении к дисперсным содержащим оксид металла твердым веществам или другим твердым материалам или к суспензии или дисперсии, включающей дисперсное содержащее оксид металла твердое вещество или другие твердые вещества, модифицирует частицы так, что склонность к агрегации, потенциал агрегации и/или дзета-потенциал частиц меняются. Изобретатели также сделали открытие, что можно приготовить содержащие оксид металла твердые частицы или другие твердые частицы с модифицированными поверхностями или их участками, где модифицированные частицы имеют улучшенные агрегационные тенденции и/или склонности и/или изменяют дзета-потенциалы частиц. Изобретатели также сделали открытие, что композиции и/или модифицированные, содержащие оксид металла твердые частицы или другие твердые частицы можно применять в нефтепромысловых работах, в том числе, в бурении, гидроразрыве, добыче, нагнетании, борьбе с пескопроявлением, или любых других скважинных работах. Изобретатели также сделали открытие, что модифицированные дисперсные, содержащие оксид металла твердые частицы или частицы любого другого твердого материала, можно применять в любых других вариантах, где требуются увеличенные потенциалы агрегации частиц или где уменьшаются абсолютные величины дзета-потенциала частиц, который является мерой склонности к агрегации. Изобретатели также сделали открытие, что можно формировать снабженные покрытием дисперсные содержащие оксид металла твердые композиции, где покрытие является деформируемым, и частицы с покрытием проявляют тенденцию к самоагрегации и проявляют тенденцию к налипания на поверхности, имеющие аналогичные им покрытия или имеющие одинаковые с ними химические и/или физические свойства. Иначе говоря, частицы с покрытием проявляют тенденцию предпочтения аналогичных композиций, что увеличивает их склонность к самоагрегации и увеличивает их способность приклеиваться поверхности, имеющей одинаковые с ними химические и/или физические свойства. Изобретатели сделали открытие, что образующие покрытие композиции данного изобретения отличаются от известных композиций модификацией склонности частицы к агрегации, и что частицы с покрытием идеально подходят в качестве проппантов, где частицы имеют измененные дзета-потенциалы, которые изменяют заряд на частицах, обуславливая их притяжение и агломерирование. Изменение в дзета-потенциале или склонность к агрегации обуславливает для каждой частицы увеличенное сопротивление трения, удерживающее проппант в трещине. Композиции также идеально подходят для уменьшения миграции мелких фракций в пачку трещины или уменьшения вредного воздействия миграции мелких фракций в прошедшую гидроразрыв пачку.

[0081] Настоящие способы разработаны для обеспечения возможности создания и размещения (a) столбиков, кластеров или островков проппанта, (b) зон столбиков, кластеров или островков проппанта, (c) путей потока или каналов или (d) зон путей потока или каналов в трещинах, имеют преимущества получения (a) более длинных (и/или высоких) трещин с той-же массой проппанта, и (b) более эффективной промывки трещин для удаления жидкостей гидроразрыва из трещин вследствие большего объема трещины, являющейся каналами потока, на основе оптимизированных параметров работ гидроразрыва, полученных до начала работ гидроразрыва.

[0082] В некоторых вариантах осуществления способы работ гидроразрыва пласта могут включать третью стадию или "стадию заканчивания", следующую за вторым состоянием, включающую непрерывное введение некоторого количества проппанта. Если применяется, стадия заканчивания гидроразрыва пласта напоминает обычную обработку гидроразрыва, в которой непрерывный слой хорошо отсортированного обычного проппанта укладывается в трещине сравнительно близко к стволу скважины. В некоторых вариантах осуществления стадия заканчивания отличается от второй стадии непрерывной укладкой хорошо отсортированного проппанта, то есть, проппанта, по существу, с одинаковым размером частиц. Прочность проппанта на стадии заканчивания является достаточной для предотвращения разрушения проппанта (дробления), когда на него воздействуют напряжениям, возникающие при смыкании трещины. Роль проппанта на данной стадии заключается в предотвращении смыкания трещины и, таким образом, обеспечения хорошей удельной проводимости трещины вблизи ствола скважины. Проппанты, применяемые на данной третьей стадии, должны иметь свойства одинаковые с обычными проппантами.

Композиции

[0083] Изобретение во многом относится к композиции, включающей композицию изменения дзета-потенциала. Композиция модифицирует поверхности твердых материалов или их участков, изменяя химические и/или физические свойства поверхностей. Измененные свойства обеспечивают превращение поверхностей в притягивающиеся друг к другу или обеспечивают поверхностям превращение в притягивающие материал, имеющий одинаковые с ними химические и/или физические свойства. В варианте частиц, в том числе, частиц оксида металла, таких как частицы диоксида кремния, оксида алюминия, диоксида титана, оксида магния, диоксида циркония, других оксидов металлов или оксидов, включающих смесь данных оксидов металлов (природных или синтетических), композиции образуют полное или частичное покрытие на поверхностях частиц. Покрытие может взаимодействовать с поверхностью посредством химических и/или физических взаимодействий, включающих, без ограничения этим, химические связи, водородные связи, электростатические взаимодействия, дипольные взаимодействия, взаимодействия с гиперполяризуемостью, когезию, адгезию, прилипание, механическую адгезию или любые другие химические и/или физические взаимодействия, которые обеспечивают формирование покрытия на частицах. Частицы с покрытием имеют более высокую склонность к агрегации или агломерации, чем частицы без покрытия. Таким образом, частицы до обработки могут являться свободнотекучими, а после получения покрытия не являются свободнотекучими, но стремятся к комкованию, агрегированию или агломерированию. В вариантах, где композицию применяют для создания покрытия поверхностей геологического пласта, структуры синтетического оксида металла и/или содержащих оксиды металла частиц, частицы должны не только стремиться к взаимному агрегированию, частицы также должны налипать на имеющую покрытие породу или структурные поверхности. Дополнительно, покрытие можно стабилизировать или упрочнить последующей обработкой сшивающей покрытие композицией. Таким образом, проппанты многих типов можно размещать и/или получать на месте работы в трещине посредством избирательного нагнетания насосом проппанта и текучей среды отличающихся типов. Например, композиция проппанта в текучих средах может включать один, некоторые или все проппанты из следующих типов: необработанный проппант, проппант, обработанный для изменения дзета-потенциала, сшитый проппант с измененным дзета-потенциалом, где выбор основан на методологии моделирования данного изобретения со свойствами проппанта данных типов применяемыми, как входные данные для генерирования оптимизированных параметров работ гидроразрыва пласта. Кроме того, последовательности порций текучей среды могут также включать меняющееся количество либо меняющей дзета-потенциал композиции данного изобретения или сшивающей покрытие композиции данного изобретения. В данном способе обработанные и обработанные со сшивкой проппанты производят на месте работ.

Обработанные структуры и субстраты

[0084] Настоящее изобретение также во многом относится к структурам и субстратам, обработанным композицией данного изобретения, где структуры и субстраты включают поверхности, которые частично или полностью получают покрытие композицией данного изобретения. Структуры или субстраты могут быть керамическими, металлическими или волоконными. Структуры или субстраты могут быть спряденными, такими как стекловата или стальная вата или могут иметь вид сот по типу каталитических преобразователей или т.п., которые включают каналы, заставляющие текучую среду проходить по извилистым путям так, что частицы в текучей среде поджимаются в контакт с субстратом или структурированными поверхностями. Такие структуры или субстраты идеально подходят на роль фильтров для макрочастиц или средств борьбы с пескопроявлением.

Способы твердых частиц

[0085] Настоящее изобретение во многом относится к способам обработки содержащих оксиды металла поверхностей, включающим этап контактирования содержащего оксид металла материала с композицией данного изобретения. Композиция образует частичное и/или полное покрытие на поверхностях материала, изменяя свойства материала и/или его поверхностей так, что материалы и/или их поверхности становятся способными к взаимодействию с аналогично обработанными материалами, для образования агломерированных и/или агрегированных структур. Обработка может быть разработана для создания частичного или полного покрытия непрерывных содержащих оксид металла поверхностей и/или поверхностей, содержащих оксид металла частиц. Если оба обработаны, тогда частицы могут не только агрегировать друг с другом, но частицы могут также агрегировать, агломерировать и/или налипать на имеющие покрытие непрерывные поверхности. Композиции можно применять в жидкостях гидроразрыва, работах с пачками для ГРП, работах с пачками песчаных фильтров, вариантах борьбы с пескопроявлением, или в любых других вариантах скважинных работ. Кроме того, структуры, сетчатые фильтры или фильтры с покрытиями из композиций данного изобретения можно применять для притягивания и удаления мелких фракций, которые модифицированы композициями данного изобретения.

Способ для гидроразрыва и/или расклинивания

[0086] Настоящее изобретение во многом относится к способам гидроразрыва пласта, включающим этап нагнетания насосом жидкости гидроразрыва и, находящейся в ее составе композиции данного изобретения, в продуктивный пласт под давлением, достаточным для разрыва пласта. Композиция модифицирует потенциал агрегации и/или дзета-потенциал пластовых частиц и пластовых поверхностей во время гидроразрыва так, что пластовые частицы агрегируют и/или налипают на пластовые поверхности или друг на друга, увеличивая эффективность гидроразрыва и увеличивая продуктивность образования трещины. Композицию данного изобретения можно также применять на этапе предварительной закачки жидкости без проппанта для такой модификации поверхностей пласта, при которой во время гидроразрыва пластовые поверхности имеют предварительное покрытие. Подготовленный этап включает нагнетание насосом текучей среды в пласт в преддверии обработки для инициирования трещины и открытия поверхности пласта текучими средами, разработанными для защиты пласта. Кроме простого применения композиции, как части жидкости гидроразрыва, жидкость гидроразрыва может также включать частицы, уже заранее обработанные композицией данного изобретения, где обработанные частицы действуют, как проппант для расклинивания пласта в открытое состояние после гидроразрыва. Если жидкость гидроразрыва также включает композицию, тогда имеющие покрытие частицы проппанта должны прилипать к пластовым поверхностям сильнее, чем прилипали бы не имеющие покрытия частицы проппанта.

[0087] В альтернативном варианте осуществления данного изобретения жидкость гидроразрыва включает частицы, имеющие покрытие с композицией данного изобретения, в качестве проппанта. В данном варианте осуществления частицы имеют более высокую склонность к агрегации друг с другом и должны стремиться агрегировать в местах, которые могут больше всего требовать открытия расклиниванием. Во всех вариантах применения гидроразрыва, включающих проппанты, имеющие покрытие, или которые получают покрытие с композицией данного изобретения во время гидроразрыва, имеющие покрытие проппанты способны иметь улучшенные свойства проникновения в пласт и прилипание. Данные свойства улучшенного проникновения и прилипания или адгезивные свойства зависят не только от различий в поверхностном химическом составе обработанных частиц и поверхностном химическом составе необработанного частиц, но также от деформативности самого покрытия. Таким образом, изобретатели считают, что когда частицы вдавливаются в пласт, покрытие должно деформироваться для обеспечения частицам проникновения в некоторое положение и, когда давление удаляют, частицы должны стремиться оставаться на месте вследствие взаимодействия покрытия с поверхностью и вследствие уменьшения напряжения деформированного покрытия. В дополнение, изобретатели считают, что измененная склонность к агрегации частиц должна увеличивать плотность частиц проппанта в зонах пласта, допускающих наибольшее проникновение проппанта, давая в результате улучшенное расклинивание пласта проппантом.

КОМПОЗИЦИОННЫЕ ДИАПАЗОНЫ ПОЛЕЗНЫЕ В ИЗОБРЕТЕНИИ

[0088] Для всех жидкостей гидроразрыва за 100 масс.% принята масса текучей среды основы и различные масс.% принимают для массы других компонентов, так что в итоге для жидкости гидроразрыва массовые проценты могут в сумме составлять больше 100%, таким способом, представляют относительные количества других компонентов. Данные установки также верны для композиций резины, для которых относительные количества выражают, приняв за 100 частей долю резины. Учитывая указанное, жидкости гидроразрыва могут включать 100 масс.% текучей среды основы и различные количества: агрегирующей композиции, сшивающей агрегирующее покрытие композиции, композиции увеличителя вязкости, композиции проппанта, и других добавок. Данные таблицы 1 представляют композиции лишенной проппанта жидкости гидроразрыва в диапазонах компонентов.

ТАБЛИЦА 1

Лишенные проппанта текучие среды - Все количества в массовых процентах

^a текучая среда основы, ^b агрегирующая композиция, ^c сшивающая покрытие композиция, ^d композиция увеличителя вязкости, ^e другие добавки, и ^f композиция проппанта - () более узкий диапазон, {} еще более узкий диапазон, (()) еще более узкий диапазон

Таблица 2 представляет в виде таблицы допустимые содержащие проппант жидкости гидроразрыва в диапазонах компонентов.

ТАБЛИЦА 2

Содержащие проппант текучие среды - Все количества в массовых процентах

^a текучая среда основы, ^b агрегирующая композиция, ^c сшивающая покрытие композиция, ^d композиция увеличителя вязкости, ^e другая добавка, и ^f композиция проппанта - () более узкий диапазон, {} еще более узкий диапазон, (()) еще более узкий диапазон

[0089] В некоторых вариантах осуществления композиции увеличителя вязкости включают от около 80 масс.% до около 99 масс.% одного увеличителя вязкости или множества увеличителей вязкости и от около 20 масс.% до около 0,1 масс.% одного сшивающего агента или множества сшивающих агентов. Перечень увеличителей вязкости и сшивающих агентов приведен в разделе Подходящие реагенты в данном документе.

[0090] В некоторых вариантах осуществления агрегирующая композиция может содержать один агрегирующий агент или множество агрегирующих агентов в смеси с любыми соотношениями, где выбираемые агент и/или смеси могут специально разрабатывать подходящими к свойствам и характеристикам пласта и проппанта.

[0091] В некоторых вариантах осуществления композиция проппанта каждой содержащей проппант жидкости гидроразрыва может включать от 0 масс.% до 100 масс.% одного необработанного проппанта или множества необработанных проппантов и от 0 масс.% до 100 масс.% одного обработанного проппанта или множества обработанных проппантов, где обработанные проппанты содержат необработанные проппанты, обработанные одним агрегирующим агентом или необработанные проппанты обработанные множеством агрегирующих агентов для формирования частичного или полного агрегирующего покрытия на проппантах, изменяющего их агрегирующую склонность от низкой до максимальной агрегирующей склонности, согласно информации, показанной на фиг. 16. Следует признать, что изменяя количество применяемой агрегирующей композиции или протяженности агрегирующего покрытия на обработанных проппантах, относительная или абсолютная агрегирующая склонность по таблице фиг. 16 может быть изменена до любой требуемой агрегирующей склонности, для обеспечения формирования отличающихся столбиков или островков проппанта в трещинах, образованных в пласте во время гидроразрыва пласта.

ПОДХОДЯЩИЕ РЕАГЕНТЫ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В ДАННОМ ИЗОБРЕТЕНИИ

Программное обеспечение моделирования

[0092] Подходящие имеющиеся в продаже инструменты для численной реализации включают, без ограничения этим, ANSYS-Mechanical для геомеханики; ANSYS-CFD для потока; CMG для эксплуатационного моделирования или аналогичные, имеющиеся в продаже инструменты программного обеспечения. Последовательность операций данного изобретения можно применять либо на аналитической машине или числовой машине или их комбинации.

Блоки обработки данных

[0093] Подходящие цифровые устройства обработки данных (DPU) включают, без ограничения этим, любое цифровое устройство обработки данных с функциональными возможностями приема ввода с одного или множества устройств или объектов и преобразования по меньшей мере некоторой части ввода в вывод с возможностью выбора и/или управления элементами одного или нескольких устройств или объектов. Примеры таких DPU включают, без ограничения этим, микропроцессор, микроконтроллеры, или т.п., изготовленные Intel, Motorola, Erricsson, HP, Samsung, Hitachi, NRC, Applied Materials, AMD, Cyrix, Sun Microsystem, Philips, National Semiconductor, Via Electonics, Qualcomm или любым другим изготовителем микропроцессоров или микроконтроллеров.

[0094] Подходящие аналоговые устройства обработки данных (APU) включают, без ограничения этим, любое аналоговое устройство обработки данных с функциональными возможностями приема ввода с одного или множества устройств или объектов и преобразования по меньшей мере некоторой части ввода в вывод с возможностью управления элементами одного или нескольких устройств или объектов. Такие аналоговые устройства можно приобрести у изготовителей, таких как Analog Devices Inc.

Текучие среды основы

[095] Текучие среды основы для применения в данном изобретении включают, без ограничения этим, любую текучую среду основы в виде жидкости, подходящей для применения в нефтяных и газовых эксплуатационных скважинах или нагнетательных скважинах или смешанных и их комбинаций. Являющийся примером текучие среды основы в виде жидкости включают, без ограничения этим, текучие среды водной основы, текучие среды органической основы, текучие среды основы вида вода в масле, текучие среды основы вида масло в воде, любые другие текучие среды основы, применяемые в жидкостях гидроразрыва, их загущенные версии, или их смеси и комбинации. Являющиеся примером текучие среды водной основы включают воду, водопроводную воду, попутную воду, соленую воду, рассолы или их смеси и комбинации. Являющиеся примером рассолы включают, без ограничения этим, рассолы хлорида натрия, рассолы хлорида калия, рассолы хлорида кальция, рассолы хлорида магния, рассолы хлорида тетраметиламмония, другой рассолы хлоридов, рассолы фосфатов, рассолы нитратов, растворы других солей, или их смеси и комбинации.

Текучие среды водной основы

[0096] Текучие среды водной основы должны в общем содержать воду, состоять, по существу, из воды или состоять из воды. Вода должна обычно являться главным компонентом по весу (≥50 масс.% текучих сред водной основы). Вода может быть водопроводной или не водопроводной. Вода может быть слабоминерализованной или содержать другие вещества, обычные для источников воды, расположенных на нефтепромыслах или поблизости от них. Например, возможно применение пресной воды, рассола или даже воды в которую добавлена любая соль, такая как соль щелочного металла или щелочноземельного металла (NaCO₃, NaCl, KCl и т.д.). Жидкости гидроразрыва на водной основе в общем включают по меньшей мере около 80 масс.% текучей среды водной основы. В других вариантах осуществления жидкости гидроразрыва на водной основе включают 80 масс.%, 85 масс.%, 90 масс.% и 95 масс.% текучей среды водной основы.

Текучие среды органической основы

[0097] Текучие среды органической основы содержат жидкий органический носитель, состоят, по существу, из жидкого органического носителя или состоят из жидкого органического носителя или текучая среда углеводородной основы или текучая среда углеводородной основы включает растворимый в углеводороде полимер. Органические жидкости гидроразрыва в общем включают по меньшей мере около 80 масс.% текучей среды органической основы. В других вариантах осуществления жидкости гидроразрыва на водной основе включающие 80 масс.%, 85 масс.%, 90 масс.%, и 95 масс.% текучей среды органической основы.

Текучие среды углеводородной основы

[0098] Подходящие текучие среды углеводородной основы для применения в данном изобретении включаю, без ограничения этим, синтетические углеводородные текучие среды, углеводородные текучие среды на нефтяной основе, природные углеводородные (не на водной основе) текучие среды или другие аналогичные углеводороды или их смеси или комбинации. Углеводородные текучие среды для применения в настоящем изобретение имеют вязкость в диапазоне от около 5×10^-6 до около 600×10^-6 м²/с (от 5 до около 600 сантистокс). Примеры таких углеводородных текучих сред включают, без ограничения этим, полиальфаолефины, полибутены, полиолэфиры, биодизели, простые низкого молекулярного веса жирные сложные эфиры из растений или фракций растительного масла, простые эфиры спиртов, такие как Exxate от Exxon Chemicals, растительные масла, животные масла или сложные эфиры, другое эфирное масло, дизель, дизель с низким или высоким содержанием серы, керосин, авиационный керосин, белые масла, минеральные масла, пиронафты, гидрогенезированное масло, такое как PetroCanada HT-40N или IA-35 или аналогичные масла производства Shell Oil Company, внутренние олефины (IO) имеющие от около 12 до 20 атомов углерода, альфа олефины с открытой цепью имеющие от около 14 до 20 атомов углерода, полиальфаолефины, имеющие от около 12 до около 20 атомов углерода, изомеризованные альфаолефины (IAO), имеющие от около 12 до около 20 атомов углерода, VM&P Naptha, Linpar, парафины, имеющие от 13 до около 16 атомов углерода, их смеси или комбинаций.

[099] Подходящие полиальфаолефины (PAO) включают, без ограничения этим, полиэтилены, полипропилены, полибутены, полипентены, полигексены, полигептены, более высокие PAO, их coполимеры, и их смеси. Примеры PAO включают PAO, продаваемый Mobil Chemical Company, как текучие среды SHF и PAO, продававшиеся раньше Ethil Corporation под названием ETHILFLO и в настоящее время Albemarle Corporation под торговой маркой Durasyn. Такие текучие среды включают указанные, как ETHILFLO 162, 164, 166, 168, 170, 174 и 180. Хорошо подходящие для применения в данном изобретении PAO включают смеси из около 56% ETHILFLO, теперь Durasyn ® 174 (1-Децен, Гомополимер, Гидрогенезированный) и около 44% ETHILFLO, теперь Durasyn ® 168 (1-Децен, Гомополимер, Гидрогенезированный).

[0100] Примеры полибутенов включают, без ограничения этим, продаваемые Amoco Chemical Company и Exxon Chemical Company под торговыми марками INDOPOL и PARAPOL, соответственно. Хорошо подходящие для применения в данном изобретении полибутены включают INDOPOL ® 100 (Полибутен (Изобутилен/бутен coполимер) от Amoco.

[0101] Примеры полиолэфира включают, без ограничения этим, неопентилгликоли, триметилолпропаны, пентаэритритолы, дипентаэритритолы, и сложные диэфиры, такие как диоктилсебацинат (DOS), диоктилазелаинат (DOZ) и диоктиладипинат.

[0102] Примеры текучих сред на нефтяной основе включают, без ограничения этим, белые минеральные масла, парафиновые масла и нафтеновые масла со средним показателем вязкости (MVI) имеющие вязкость в диапазоне от около 5×10^-6 до около 600×10^-6 м²/с (от 5 до около 600 сантистокс) при 40°C. Примеры белых минеральных масел включают продаваемые Witco Corporation, Arco Chemical Company, PSI и Penreco. Примеры парафиновых масел включают дистиллатные масла селективной очистки растворителем, поставляемые Exxon Chemical Company, дистиллатные масла с высоким показателем вязкости (HVI), поставляемые Shell Chemical Company, и дистиллатные масла селективной очистки растворителем, поставляемые Arco Chemical Company. Примеры нафтеновых масел MVI включают палевые дистиллятные масла селективной очистки растворителем из костальских нефтей, поставляемые Exxon Chemical Company, дистиллатные масла MVI селективной очистки/с кислотной обработкой поставляемые Shell Chemical Company, и нафтеновые масла, продаваемые под названием HydroCal и Calsol от Calumet и гидрогенезированные масла, такие как HT-40N и IA-35 от PetroCanada или Shell Oil Company или другие аналогичные гидрогенезированные масла.

[0103] Примеры растительных масел включают, без ограничения этим, касторовые масла, кукурузное масло, оливковое масло, подсолнечное масло, кунжутное масло, арахисовое масло, пальмовое масло, пальмоядровое масло, кокосовое масло, жир коровьего масла, масло канолы, рапсовое масло, льняное масло, хлопковое масло, олифe, другие растительные масла, модифицированным растительные масла, такие как сшитые касторовые масла и т.п. и их смеси. Примеры животных масел включают, без ограничения этим, тавот, норковый жир, лярд, другие животные масла и их смеси. Другие эфирные масла также годятся. Естественно, можно также применять смеси всех указанных выше масел.

Растворимые в углеводороде полимеры

[0104] Полимеры, подходящий для применения в качестве препятствующих оседанию добавок или полимерных суспендирующих агентов в данном изобретении включают, без ограничения этим, линейные полимеры, блок-полимеры, графт полимеры, звездообразные полимеры или другие многолучевые полимеры, которые включают один или несколько олефиновых мономеров и/или один или несколько диеновых мономеров и их смеси или комбинации. Термин полимер при использовании в данном документе относится к гомополимерам, coполимерам, полимерам, включающим три или больше мономеров (олефиновые мономеры и/или диеновые мономеры), полимер, включающий олигомерный или полимерные графты, которые могут содержать одинаковые или отличающиеся мономерные композиции, лучи, проходящие от полимерного центра или главный участвующий реагент, такой как трех и четырехвалентные связывающие агенты или узлы дивинилбензола или т.п., и гомополимеры, отличающиеся регулярностью молекулярных структур или микроструктур. Примерами являются сополимеры изопрена и стирола (неупорядоченный или блочный), триблочные, многоблочные, сополимер бутадиена и стирола (неупорядоченный или блочный), сополимер этилена и пропилена (неупорядоченный или блочный), полимеры сульфированного полистирола, полимеры алкилметакрилата, полимеры винилпирролидона, винилпиридина, винилацетата или их смеси или комбинации.

[0105] Подходящий олефиновый мономер включает, без ограничения этим, любое мононенасыщенный соединение, способное к полимеризации в полимер или их смеси или комбинации. Примеры включают этилен, пропилен, бутилен и другие альфа-олефины, имеющие от около 5 до около 20 атомов углерода и достаточно атомов водорода для удовлетворения требованиям валентности, где один или несколько атомов углерода могут быть заменены на B, N, O, P, S, Ge или т.п., и один или несколько атомов водорода могут быть заменены на F, Cl, Br, I, OR, SR, COOR, CHO, C(O)R, C(O)NH2, C(O)NHR, C(O)NRR', или другие аналогичные моновалентные группы, полимеризуемые внутренние моноолефиновые мономеры или их смеси или комбинации, где R и R' являются одинаковыми или отличающимися и являются группой карбила, имеющей от около 1 до около 16 атомов углерода и где один или несколько атомов углерода и атомов водорода могут быть заменены, как описано выше.

[0106] Подходящий диеновый мономер включает, без ограничения этим, любой сдвоенное ненасыщенное соединение, способное к полимеризации в полимер или их смеси или комбинации. Примеры включают 1,3-бутадиен, изопрен, 2,3-диметил бутадиен, или другие полимеризуемые диеновые мономеры.

[0107] Изобретатели сделали открытие, что Infineum SV150, гидрогенезированный изопрен-стирольный диблок и звездообразный полимер, дают превосходное постоянную сопротивление сдвигу и эффективность загущения вследствие своей мицеллообразующей природы.

[0108] Подходящие топлива на углеводородной основе включают, без ограничения этим, t и минеральное масло или соляровое масло до добавления органофильных глин, полярного активатора, добавки для суспендирования (гуар или производные гуара, КМГПГ) и диспергирующее поверхностно-активное вещество в концентрациях между 0,10-5,0% весового соотношения.

Текучие среды вязкоупругой основы

[0109] Текучие среды вязкоупругой основы содержат жидкость-носитель, включающую вязкоупругое поверхностно-активное вещество (VAS) или VAS гель.

[0110] Поверхностно-активное вещество может в общем быть любым поверхностно-активным веществом. Поверхностно-активное вещество предпочтительно является вязкоупругим. Поверхностно-активное вещество предпочтительно является анионным. Анионным поверхностно-активным веществом может являться алкилсаркозинат. Алкилсаркозинат может в общем иметь любое число атомов углерода. В настоящее время предпочтительные алкилсаркозинаты имеют от около 12 до около 24 атомов углерода. Алкилсаркозинат может иметь от около 14 до около 18 атомов углерода. Конкретные примеры числа атомов углерода, 12, 14, 16, 18, 20, 22 и 24 атома углерода.

[0111] Анионное поверхностно-активное вещество может иметь химическую формулу R₁CON(R₂)CH₂X, где R₁ - гидрофобная цепочка, имеющая от около 12 до около 24 атомов углерода, R₂ - водород, метил, этил, пропил или бутил, и X - карбоксил или сульфонил. Гидрофобная цепочка может являться алкильной группой, алкенильной группа, алкиларилалкильной группой или алкоксиалкильной группой. Конкретные примеры гидрофобной цепи включают тетрадецильную группу, гексадецильную группу, октадеценильную группу, октадецильную группу и докозеновую группу.

[0112] Поверхностно-активное вещество может в общем присутствовать в любой процентной концентрации по массе. В настоящее время предпочтительные концентрации поверхностно-активного вещества составляют от около 0,1% до около 15масс %. В настоящее время более предпочтительная концентрация составляет от около 0,5% до около 6масс %. Можно применять лабораторные процедуры для определeния оптимальных концентраций для любой конкретной ситуации.

[0113] Амфотерный полимер может в общем являться любым амфотерным полимером. Амфотерный полимер может являться неионным водорастворимым гомополисахаридом или анионным водорастворимым полисахаридом. Полимер может в общем иметь любой молекулярный вес, и в настоящее время предпочтительными являются молекулярные веса по меньшей мере около 500000.

[0114] Полимер может являться гидролизованным полиакриламидным полимером. Полимер может являться склероглюканом, модифицированным склероглюканом, или склероглюканом, модифицированным посредством контакта с глиоксалем или глутаральдегидом. Склероглюканы являются неионными водорастворимыми гомополисахаридами или водорастворимыми анионными полисахаридами, имеющими молекулярные веса превышающие около 500000, молекулы которых состоят из основной прямой цепи, образованной из блоков виноградного сахара, которые связаны посредством β-1,3-связей и одна из трех связана с блоком виноградного сахара посредством β-1,6 связи. Данные полисахариды можно получать любым известным в технике способом, таким как в среде ферментации на основе сахара и неорганических солей под действием микроорганизма Sclerotium тип A. Более полное описание таких склероглюканов и их приготовления можно найти, например, в патентах U.S. Pat. Nos. 3,301,848 и 4,561,985, включены в данном документе в виде ссылки. В водных растворах, цепи склероглюкана объединены в тройную спираль, что объясняет жесткость биополимера и, как следствие, его признаки высокой вязкости, увеличения энергии и сопротивления напряжению сдвига.

[0115] Возможно применение, как источника склероглюкана, склероглюкан, который изолирован от среды ферментации, продукт в виде порошка или более или менее концентрированного раствора в водном и/или водно-спиртовом растворителе. Склероглюканы, обычно применяемые в работах на нефтепромысле, также являются предпочтительными согласно настоящему изобретению, такие, которые представляют собой белые порошки, полученные посредством осаждение спиртом питательной среды ферментации для удаления остатков продуктивного организма (мицелия, например). Дополнительно, возможно применение жидкой реакционной смеси, полученной в результате ферментации и содержащей склероглюкан в растворе. Согласно настоящему изобретению, дополнительно подходящими склероглюканами являются модифицированный склероглюкан, который получают в результате обработки склероглюканов диальдегидным реагентом (глиоксаль, глутаральдегид, и т.п.), а также описанные в патенте U.S. Pat. No. 6,162,449, включен в данном документе в виде ссылки, (b-1,3-склероглюканы со сшитой трехмерной структурой, производимый Sclerotium rolfsii).

[0116] Полимером может являться Aquatrol V (синтетический реагент который уменьшает проблемы обводненности продукции в эксплуатации скважины; описано в патенте U.S. Pat. No. 5,465,792, включен в данном документе в виде ссылки), AquaCon (уменьшенного молекулярного веса гидрофильный терполимер на основе полиакриламида, способный скрепляться с пластовыми поверхностями для улучшения добычи углеводорода; описан в патенте U.S. Pat. No. 6,228,812, включен в данном документе в виде ссылки) и Aquatrol C (амфотерный полимерный материал). Aquatrol V, Aquatrol C и AquaCon серийно производятся и поставляются BJ Services Company.

[0117] Полимер может являться терполимером, синтезированным из анионного мономера, катионного мономера и нейтрального мономера. Применяемые мономеры предпочтительно имеют одинаковые реакционные способности, так что получаемый в результате амфотерный полимерный материал имеет неупорядоченное распределение мономеров. Анионный мономер может, в общем, являться любым анионным мономером. В настоящее время предпочтительные анионные мономеры включают акриловую кислоту, метилакриловую кислоту, 2-акриламид-2-метилпропан сульфоновую кислоту и малеиновый ангидрид. Катионный мономер может в общем являться любым катионным мономером. В настоящее время предпочтительные катионные мономеры включают диметилдиаллиламмоний хлорид, диметиламиноэтил метакрилат, и аллилтриметиламмоний хлорид. Нейтральный мономер может в общем являться любым нейтральным мономером. В настоящее время предпочтительные нейтральные мономеры включают бутадиен, N-винил-2-пирролидон, метилвиниловый эфир, метилакрилат, малеиновый ангидрид, стирол, винилацетат, акриламид, метилметакрилат и акрилонитрил. Полимер может являться терполимером, синтезированным из акриловой кислоты (AA), диметилдиаллиламмонийхлорида (DMDAC) или диаллилдиметиламмонийхлорида (DADMAC) и акриламида (AM). Соотношение мономеров в терполимере может в общем быть любым. В настоящее время предпочтительные соотношения составляют около 1:1: 1.

[0118] Другой в настоящее время предпочтительный амфотерный полимерный материал (ниже в данном документе "полимер 1") включает приблизительно 30% полимеризованного AA, 40% полимеризованного AM, и 10% полимеризованного DMDAC или DADMAC с приблизительно 20% свободного оставшегося DMDAC или DADMAC, который не полимеризован вследствие низкой относительной реакционной способности мономера DMDAC или DADMAC.

[0119] Текучая среда может дополнительно содержать одну или несколько добавок. Текучая среда может дополнительно содержать основу. Текучая среда может дополнительно содержать соль. Текучая среда может дополнительно содержать буфер. Текучая среда может дополнительно содержать модификатор относительной проницаемости. Текучая среда может дополнительно содержать метилэтиламин, моноэтаноламин, триэтиламин, триэтаноламин, гидроксид натрия, гидроксид калия, карбонат калия, хлорид натрия, хлорид калия, фторид калия, KH₂PO₄, или K₂HPO₄. Текучая среда может дополнительно содержать проппант. Обычные проппанты должны быть знакомы специалисту в данной области техники и включают песок, песок с покрытием из смолы, спеченный боксит и аналогичные материалы. Проппант можно суспендировать в текучей среде.

[0120] Саркозин (N-метилглицин) является природной аминокислотой, обнаруженной в морских звездах, морских ежах и ракообразных. Его можно приобрести на различных предприятиях торговли, или альтернативно получить с помощью ряда способов синтеза, известных в технике, включающих термическое разложение кофеина в присутствии гидроксида бария (Arch. Pharm. 232: 601, 1894); (Bull. Chem. Soc. Japan, 39: 2535, 1966); и ряд других (T. Shirai in Synthetic Produktion and Utilization of Amino Acid; T. Kaneko, et al., Eds.; Wiley, New York: pp. 184-186, 1974). Саркозинат натрия изготовляют на продажу из формальдегида, цианида натрия и метиламина (патенты U.S. Pat. Nos. 2,720,540 и 3,009,954). Предпочтительные саркозинаты являются продуктами конденсации саркозината натрия и хлорида жирной кислоты. Производят реакцию хлорида жирной кислоты с саркозинатом натрия в тщательно контролируемой щелочной среде (т.e. реакция Schotten-Bauman) для получения соли жирной кислоты саркозината натрия, которая является водорастворимой. После образуется ацилирования жирная саркозиновая кислота, которая является также водорастворимой, и может быть изолирована от реакционной среды. Ацилсаркозины могут быть нейтрализованы основаниями, например, солями натрия, калия, аммония, или органическими основаниями, например, триэтаноламином для получения водных растворов.

[0121] Другим поверхностно-активным веществом, полезным в текучих средах данного изобретения, является анионное поверхностно-активное вещество из саркозината, поставляемое BJ Services Company, как "M-Aquatrol" (MA). Саркозинат MA-1 является вязким жидким поверхностно-активным веществом, содержащим по меньшей мере 94% олеоилсаркозина. Для гидравлического разрыва в водном растворе должно присутствовать достаточное количество саркозината для обеспечения достаточной вязкости для суспендирования проппанта во время укладки. Поверхностно-активное вещество предпочтительно присутствует в количестве от около 0,5% до около 10 масс %, наиболее предпочтительно, в количестве от около 0,5% до около 6 масс %, от общей массы текучей среды.

Агенты увеличения вязкости

[0122] Способный к гидратации полимер может являться водорастворимым полисахаридом, таким как галактоманнан, целлюлоза, или их производные.

[0123] Подходящие способные к гидратации полимеры, которые можно применять в вариантах осуществления изобретения, включают любой из способных к гидратации полисахаридов которые способны образовать гель в присутствии сшивающего агента. Например, подходящие, способные к гидратации полисахариды включают, но без ограничения этим, камеди галактоманнана, камеди глюкоманнана, гуары, производные гуара и производные целлюлозы. Конкретными примерами являются камедь гуара, производные камеди гуара, камедь плодов рожкового дерева, камедь карайи, карбоксиметилцеллюлоза, карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлоза, и гидроксиэтилцеллюлоза. В настоящее время предпочтительные гелеобразующие агенты включают, но без ограничения этим, камеди гуара, гидроксипропилгуар, карбоксиметилгидроксипропилгуар, карбоксиметилгуар, и карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлозу. Подходящие способные к гидратации полимеры могут также включать синтетические полимеры, такие как поливиниловый спирт, полиакриламиды, поли-2-амино-2-метил пропан сульфоновую кислоту и различные другие синтетические полимеры и сополимеры. Другие подходящие полимеры известны специалисту в данной области техники.

[0124] Способный к гидратации полимер может присутствовать в текучей среде в концентрациях в диапазоне от около 0,10% до около 5,0 масс % текучей среды на водной основе. В некоторых вариантах осуществления диапазон для способного к гидратации полимера составляет от около 0,20% до около 0,80 масс %.

Сшивающие агенты для увеличивающего вязкость агента

[0125] Сшивающим агентом может являться борат, титанат или содержащее цирконий соединение. Например, сшивающим агентом может являться борат натрия×H₂O (изменяя воды гидратации), ортоборная кислота, боратовые сшиватели (смесь титанатовой составляющей, предпочтительно составляющей органотитаната, с составляющей бора). Составляющая органотитаната может являться TYZOR^® сложными эфирами хелата титана от E.I du Pont de Nemours & Company. Составляющая органотитаната может, являться смесью первого соединения органотитаната, имеющего молочнокислое основание и второго соединения органотитаната, имеющего триэтаноламиновое основание. Составляющая бора может быть выбрана из группы, состоящей из ортоборной кислоты, тетрабората натрия и их смесей. Указанное описано в патенте U.S. Pat. No. 4,514,309, включен в данном документе в виде ссылки, руд на основе бората, таких как улексит и колеманит, Ti(IV) ацетилацетонат, Ti(IV) триэтаноламин, Zr лактат, Zr триэтаноламин, Zr лактат-триэтаноламин, или Zr лактат-триэтаноламин-триизопропаноламин. В некоторых вариантах осуществления композиция текучей среды обработки скважины может дополнительно содержать проппант.

[0126] Подходящим сшивающим агентом может быть любое соединение, которое увеличивает вязкость текучей среды химическим сшиванием, физическим сшиванием или любыми другими механизмами. Например, огеливание способного к гидратации полимера можно получить с помощью сшивающего полимера с ионами металла, в том числе соединений, содержащих бор, цирконий, и титан или их смесей. Одним классом подходящих сшивающих агентов являются органотитанаты. Другим классом подходящих сшивающих агентов являются бораты, как описано, например, в патенте U.S. Pat. No. 4,514,309, включен в данном документе в виде ссылки. Выбор подходящего сшивающего агента зависит от типа обработки, подлежащей выполнению, и применяемого, способного к гидратации полимера. Количество применяемого сшивающего агента также зависит от скважинных условий и типа производимой обработки, но имеет величину, в общем, в диапазоне от около 10 ppm до около 1000 ppm ионов металла сшивающего агента в способной к гидратации текучей среде полимера. В некоторых вариантах применения раствор полимера на водной основе сшивается немедленно после добавления сшивающего агента для образования высоковязкого геля. В других вариантах применения, реакцию сшивающего агента можно замедлять так, что образование вязкого геля не наступает до требуемого времени.

[0127] Во многих случаях, если не в большинстве случаев, увеличивающий вязкость полимер сшивают подходящим сшивающим агентом. Сшитый полимер имеет еще более высокую вязкость и является еще более эффективным в переносе проппанта в прошедший гидроразрыв пласт. Ион бората широко применяется, как сшивающий агент, обычно в текучих средах с высоким pH, для гуара, производных гуара и других галактоманнанов. См., например, патент U.S. Pat. No. 3,059,909, включен в данном документе в виде ссылки и многочисленные другие патенты, которые описывают данный классический гель на водной основе, как жидкость гидроразрыва. Другие сшивающие агенты включают, например, сшиватели на основе титана (U.S. Pat. No. 3,888,312, включен в данном документе в виде ссылки), хрома, железа, алюминия и циркония (U.S. Pat. No. 3,301,723, включен в данном документе в виде ссылки). Из указанного, сшивающие агенты на основе титана и циркония обычно являются предпочтительными. Примеры обычно применяемых сшивающих агентов на основе циркония включают комплексы цирконий триэтаноламин, цирконий ацетилацетонат, цирконий лактат, цирконий карбонат и хелатирующие агенты из органической альфагидроксикарбоксильной кислоты и циркония. Примеры обычно применяемых сшивающих агентов на основе титана включают комплексы титан триэтаноламин, титан ацетилацетонат, титан лактат и хелатирующие агенты из органической альфагидроксикарбоксильный кислоты и титана.

[0128] Аналогично, сшивающий агент (агенты) может быть выбран из органических и неорганических соединений, хорошо известных специалисту в данной области техники, полезных для такой цели, и фраза "сшивающий агент", при использовании в данном документе, включает смесь таких соединений. Являющиеся примером органические сшивающие агенты включают, но без ограничения этим, альдегиды, диальдегиды, фенолы, замещенные фенолы, эфиры и их смеси. Можно применять фенол, резорцин, катехин, флороглюцин, галлиевую кислоту, пирогаллол, 4,4'-дифенол, 1,3-дигидроксинафталин, 1,4-бензохинон, гидрохинон, хингидрон, таннид, фенилацетат, фенилбензоат, 1-нафтилацетат, 2-нафтилацетат, фенилхлорацетат, гидроксифенилалканолы, формальдегид, параформальдегид, ацетальдегид, пропанальдегид, бутиральдегид, изобутиральдегид, валериановый альдегид, энантовый альдегид, каприновый альдегид, глиоксаль, глутаральдегид, альдегид терефталевой кислоты, гексаaметил-энететрамин, триоксан, тетраоксан, полиоксиметилен и дивиниловый эфир. Обычные неорганические сшивающие агенты являются поливалентными металлами, хелатными поливалентными металлами, и соединениями, дающими возможности пластичного деформирования, поливалентных металлов, в том числе органометаллическими соединениями, а также боратами и комплексами бора, и их смесями. В некоторых вариантах осуществления неорганические сшивающие агенты включают соли, комплексы, или хелаты хрома, такие как нитрат хрома, цитрат хрома, ацетат хрома, пропионат хрома, малоновокислый хром, лактат хрома, и т.д.; соли алюминия, такие как цитрат алюминия, алюминаты, и комплексы и хелаты алюминия; соли, комплексы и хелаты титана; соли, комплексы и хелаты циркония, такие как лактат циркония; и содержащие бор соединения, такие как ортоборная кислота, бораты, и комплексы бора. Могут применяться текучие среды, содержащий добавки, описанные в патентах U.S. Pat. No. 4,683,068 и U.S. Pat. No. 5,082,579.

[0129] Как указано, могут применяться смеси образующего полимерный гель материала или огеливающие агенты. Материалы, которые могут применяться, включают водорастворимые сшиваемые полимеры, сополимеры и терполимеры, такие как поливиниловые полимеры, полиакриламиды, простые эфиры целлюлозы, полисахариды, лигносульфонаты, их соли аммония, их соли щелочных металлов, соли щелочноземельных металлов лигносульфонатов и их смеси. Конкретными полимерами являются сополимеры акриловой кислоты и акриламида, сополимеры акриловой кислоты и метакриламида, полиакриламиды, частично гидролизованные полиакриламиды, частично гидролизованные полиметакриламиды, поливиниловый спирт, поливинилацетат, полиалкиленоксиды карбоксицеллюлозы, карбоксиалкилгидроксиэтил целлюлозы, гидроксиэтилцеллюлоза, галактоманнаны (например, камедь гуара), замещенные галактоманнаны (например, гидроксипропилгуар), гетерополисахариды, полученные ферментацией глюкозы (например, ксантановая камедь), их соли аммония и щелочных металлов и их смеси. В некоторых вариантах осуществления водорастворимые сшиваемые полимеры включают гидроксипропил гуар, карбоксиметилгидроксипропил гуар, частично гидролизованные полиакриламиды, ксантановую камедь, поливиниловый спирт, их соли аммония и щелочных металлов и их смеси.

[0130] Ph текучей среды на водной основе, которая содержит способный к гидратации полимер, можно корректировать, если необходимо, чтобы сделать текучую среду совместимой со сшивающим агентом. В других вариантах осуществления корректирующий pH материал добавляют в текучую среду на водной основе после добавления полимера в текучую среду на водной основе. Обычными материалами для корректировки pH являются обычно применяемые кислоты, буферы кислот и смеси кислот и оснований. Например, бикарбонат натрия, карбонат калия, гидроксид натрия, гидроксид калия и карбонат натрия являются обычными корректирующими pH агентами. Приемлемые величины pH для текучей среды могут находиться в диапазоне от нейтрального до основного, т.e. от около 5 до около 14. В других вариантах осуществления pH сохраняют нейтральным или основным, т.e. от около 7 до около 14. В других вариантах осуществления pH составляет от около 8 до около 12.

Разжижители гелей

[0131] Разжижитель геля может являться окислительным средством на основе металла, такого как щелочноземельный металл или переходный металл. Являющиеся примером разжижители геля включают, без ограничения этим, пероксид магния, пероксид кальция, пероксид цинка или их смеси и комбинации.

[0132] Термин "разжижитель геля" или "деэмульгатор" относится к любому химреагенту, который способен уменьшать вязкость огеленной текучей среды. Как описано выше, после приготовления жидкости гидроразрыва и ее подачи насосом в подземный пласт, обычно требуется преобразовать высоковязкий гель в текучую среду более низкой вязкости. Данное обеспечивает текучей среде простое и эффективное удаление из пласта для обеспечения притока таких материалов, как нефть или газ, в ствол скважины. Данное уменьшение вязкости текучей среды обработки обычно называют "деэмульгированием". Как следствие, химреагент, применяемый для снижения вязкости текучей среды, называется разжижителем геля или деэмульгатором.

[0133] Имеются различные способы деэмульгирования жидкости гидроразрыва или текучей среды обработки. Обычно, текучие среды разжижаются по истечении времени и/или при длительном воздействии высоких температур. Вместе с тем, желательно иметь возможность прогнозировать деэмульгирование и управлять им в относительно узких пределах. Окислительные средства умеренной реакционной способности являются полезными в качестве деэмульгаторов, когда текучую среду применяют в пласте с относительно высокой температурой, хотя пластовые температуры в 300°F (149°C) или выше должны в общем разжижать текучую среду относительно быстро без помощи окислительного средства.

[0134] Примеры неорганических разжижителей геля для применения в данном изобретении включают, но без ограничения этим, персульфаты, перкарбонаты, пербораты, пероксиды перфосфаты, перманганаты и т.д. Конкретные примеры неорганических разжижителей геля включают, но без ограничения этим, персульфаты щелочноземельных металлов, перкарбонаты щелочноземельных металлов, пербораты щелочноземельных металлов, пероксиды щелочноземельных металлов, перфосфаты щелочноземельных металлов, соли пероксида цинка, перфосфата, пербората и перкарбоната и так далее. Дополнительные подходящие разжижители геля раскрыты в патентах U.S. Pat. Nos. 5,877,127; 5,649,596; 5,669,447; 5,624,886; 5,106,518; 6,162,766; и 5,807,812, включены в данном документе в виде ссылки. В некоторых вариантах осуществления неорганические разжижители геля выбраны из окислительных средств на основе щелочноземельных металлов или переходных металлов, таких как пероксиды магния, пероксиды цинка и пероксиды кальция.

[0135] В дополнение, можно также применять деэмульгаторы в ферментативном процессе вместо деэмульгатора в не ферментативном процессе или в дополнение к нему. Примеры подходящих деэмульгаторов в ферментативном процессе, таких как специфические ферменты гуара, альфа и бета амилазы, амилоглюкозидаза, алигоглюкозидаза, инвертаза, мальтаза, целлулаза и хемицеллулаза раскрыты в патенте U.S. Pat. Nos. 5,806,597 и 5,067,566, включен в данном документе в виде ссылки.

[0136] Разжижитель геля или деэмульгатор можно применять "как он есть" или инкапсулированным и активируемым с помощью различных механизмов, в том числе, разрушения при смыкании трещины пласта или растворения пластовыми текучими средами. Такие методики раскрыты, например, в патентах U.S. Pat. Nos. 4,506,734; 4,741,401; 5,110,486; и 3,163,219, включены в данном документе в виде ссылки.

Агрегирующие или меняющие дзета-потенциал композиции

Агрегирующие или меняющие дзета-потенциал композиции продукта амино-фосфатной реакции

Амины

[0137] Подходящие амины включают, без ограничения этим, любой амин, который способен вступать в реакцию с подходящим фосфатным эфиром для образования композиции, которая формирует деформируемое покрытие на содержащей оксид металла поверхности. Примеры таких аминов включают, без ограничения этим, любой амин с общей формулой R¹,R²NH или их смеси или комбинации, где R¹ и R² являются независимо атомом водорода или карбильной группой, содержащей от около 1 до 40 атомов углерода и требуемые атомы водорода для удовлетворения валентности, и где один или несколько атомов углерода могут быть заменены одним или несколькими гетероатомами, выбранными из группы, состоящей из бора, азота, кислорода, фосфора, серы или смеси или их комбинаций, и где один или несколько атомов водорода могут быть заменены одним или несколькими одновалентными атомами, выбранными из группы, состоящей из фтора, хлора, брома, йода или их смеси или комбинации. Примеры аминов, подходящих для применения в данном изобретении, включают, без ограничения этим, анилин и алкиланилины или смеси алкиланилинов, пиридин и алкилпиридины или смеси алкилпиридинов, пиррола и алкилпирролов или смеси алкилпирролов, пиперидина и алкилпиперидинов или смеси алкилпиперидинов, пирролидина и алкилпирролидинов или смеси алкилпирролидинов, индола и алкилиндолов или смесь алкилиндолов, имидазола и алкилимидазола или смеси алкилимидазола, хинолина и алкилхинолин или смесь алкилхинолина, изохинолина и алкилизохинолина или смесь алкилизохинолина, пиразин и алкилпиразин или смесь алкилпиразина, хиноксалина и алкилхиноксалина или смесь алкилхиноксалина, акридина и алкилакридина или смесь алкилакридина, пиримидина и алкилпиримидина или смесь алкилпиримидина, хиназолина и алкилхиназолина или смесь алкилхиназолина, или их смеси или комбинации.

Фосфатные соединения

[0138] Подходящие фосфатные соединения включают, без ограничения этим, любой фосфатный сложный эфир, который способен вступать в реакцию с подходящим амином для образования композиции, которая формирует деформируемое покрытие на содержащий оксид металла поверхности или частично или полностью закрывает покрытием дисперсные материалы. Примеры таких фосфатных сложных эфиров включают, без ограничения этим, любой фосфатный сложный эфир с общей формулой P(O)(OR³)(OR⁴)(OR⁵), его полимеры, или смеси или их комбинации, где R³, R⁴, и OR⁵ являются независимо атомом водорода или карбильной группой, имеющей от около 1 до 40 атомов углерода, и атомы водорода, требуемые для удовлетворения валентности, и где один или несколько атомов углерода могут быть заменены одним или несколькими гетероатомами, выбранными из группы, состоящей из бора, азота, кислорода, фосфора, серы или смеси или их комбинации, и где один или несколько атомов водорода могут быть заменены одним или несколькими одновалентными атомами, выбранными из группы, состоящей из фтора, хлора, брома, йода или их смеси или комбинации. Примеры фосфатных сложных эфиров включают, без ограничения этим, фосфатный эфир алканолов, имеющий общую формулу P(O)(OH)_x(OR⁶)_y, где x+y =3 и являются независимо атомом водорода или карбильной группой, имеющей от около 1 до 40 атомов углерода, и атомы водорода, требуемые для удовлетворения валентности, и где один или несколько атомов углерода могут быть заменены одним или несколькими гетероатомами, выбранными из группы, состоящей из бора, азота, кислорода, фосфора, серы или смеси или их комбинаций, и где один или несколько атомов водорода могут быть заменены одним или несколькими одновалентными атомами, выбранными из группы, состоящей из фтора, хлора, брома, йода или их смеси или комбинации таких как этоксифосфат, пропоксилфосфат или высшие алкоксифосфаты или их смеси или комбинации. Другие примеры фосфатных эфиров включают, без ограничения этим, фосфатный эфир алканоламинов, имеющий общую формулу N[R⁷OP(O)(OH)₂]₃ где R⁷ - карбонильная группа, имеющая от около 1 до 40 атомов углерода и атомы водорода, требуемые для удовлетворения валентности, и где один или несколько атомов углерода могут быть заменены одним или несколькими гетероатомами, выбранными из группы, состоящей из бора, азота, кислорода, фосфора, серы или смеси или их комбинаций, и где один или несколько атомов водорода могут быть заменены одним или несколькими одновалентными атомами, выбранными из группы, состоящей из фтора, хлора, брома, йода или их смеси или комбинации группы, включающий трифосфатный эфир триэтаноламина или их смеси или комбинации. Другие примеры фосфатных эфиров включают, без ограничения этим, фосфатные эфиры гидроксилированных ароматических углеводородов, такой как фосфатный эфир алкилированных фенолов такой как нонилфенил фосфатный эфир или фенол фосфатный эфир. Другие примеры фосфатных эфиров включают, без ограничения этим, фосфатный эфир диолов и полиoлов такой как фосфатный эфир этиленгликоля, пропиленгликоля или высших гликолевых структур. Другие являющиеся примером фосфатные эфиры включают любой фосфатный эфир, который может вступать в реакцию с амином, и при создании покрытия на субстрате формирует деформируемое покрытие, улучшая агрегирующий потенциал субстрата.

Агрегирующие композиции изменения дзета-потенциала полимерного амина

[0139] Подходящие амины, способные образовать деформируемое покрытие на твердых частицах, поверхностях и/или материалах, включают, без ограничения этим, гетероциклические ароматические амины, замещенные гетероциклические ароматические амины, поливинил гетероциклические ароматические амины, сополимеры винила и гетероциклического ароматического амина и не аминовые полимеризуемые мономеры (этиленненасыщенные мономеры и диеновые мономеры), или их смеси или комбинации, где заместители замещенных гетероциклических ароматических аминов являются карбильными группами, имеющими от около 1 до 40 атомов углерода, и атомы водорода, требуемые для удовлетворения валентности, и где один или несколько атомов углерода могут быть заменены одним или несколькими гетероатомами, выбранными из группы, состоящей из бора, азота, кислорода, фосфора, серы или смеси или их комбинаций, и где один или несколько атомов водорода могут быть заменены одним или несколькими одновалентными атомами, выбранными из группы, состоящей из фтора, хлора, брома, йода или их смеси или комбинации. В некоторых вариантах осуществления амины, подходящие для применения в данном изобретении включают, без ограничения этим, анилин и алкиланилины или смеси алкиланилинов, пиридинов и алкилпиридинов или смеси алкилпиридинов, пиррола и алкилпирролов или смеси алкилпирролов, пиперидин и алкилпиперидины или смеси алкилпиперидинов, пирролидин и алкилпирролидины или смеси алкилпирролидинов, индола и алкилиндолов или смесь алкилиндолов, имидазола и алкилимидазола или смеси алкилимидазола, хинолина и алкилхинолина или смесь алкилхинолина, изохинолина и алкилизохинолина или смесь алкилизохинолина, пиразина и алкилпиразина или смесь алкилпиразина, хиноксалина и алкилхиноксалина или смесь алкилхиноксалина, акридина и алкилакридина или смесь алкилакридина, пиримидина и алкилпиримидина или смесь алкилпиримидина, хиназолина и алкилхиназолина или смесь алкилхиназолина, или их смеси или комбинации. В некоторых вариантах осуществления полимер винила гетероциклических аминов включает, без ограничения этим, полимеры и coполимеры винилпиридина, винил замещенного пиридина, винилпиррола, винил замещенных пирролов, винилпиперидина, винил замещенных пиперидинов, винилпирролидина, винил замещенных пирролидинов, винилиндол, винил замещенных индолов, винилимидазол, винил замещенного имидазола, винилхинолин, винил замещенного хинолина, винилизохинолин, винил замещенного изохинолина, винилпиразин, винил замещенного пиразина, винилхиноксалина, винил замещенного хиноксалина, винилакридин, винил замещенного акридина, винилпиримидин, винил замещенного пиримидина, винилхиназолин, винил замещенного хиназолина, или их смеси и комбинации. В некоторых вариантах осуществления гетероциклические ароматические амины содержат HAP™-310, поставляемые Vertellus Specialties Inc.

Агрегирующие композиции компонента амина и продукта реакции компонента амина и фосфата амина

[0140] Подходящие амины для аминового компонента включают, без ограничения этим, амин с общей формулой R¹,R²NH или их смеси или комбинации, где R¹ и R² являются, независимо, атомом водорода или карбильной группой, имеющей от около 1 до 40 атомов углерода, и атомы водорода, требуемые для удовлетворения валентности, где по меньшей мере R¹ или R² является азотосодержащим гетероциклом, и где один или несколько атомов углерода могут быть заменены одним или несколькими гетероатомами, выбранными из группы, состоящей из бора, азота, кислорода, фосфора, серы или смеси или их комбинаций, и где один или несколько атомов водорода могут быть заменены одним или несколькими одновалентными атомами, выбранными из группы, состоящей из фтора, хлора, брома, йода или их смеси или комбинации. Примеры аминов, подходящих для применения в данном изобретении, включают, без ограничения этим, пиридины и алкилпиридины или смеси алкилпиридинов, пиррола и алкилпирролов или смеси алкилпирролов, пиперидина и алкилпиперидинов или смеси алкилпиперидинов, пирролидина и алкилпирролидинов или смеси алкилпирролидинов, индола и алкилиндолов или смеси алкилиндолов, имидазола и алкилимидазола или смеси алкилимидазола, хинолина и алкилхинолина или смеси алкилхинолина, изохинолина и алкилизохинолина или смесь алкилизохинолина, пиразина и алкилпиразина или смесь алкилпиразина, хиноксалина и алкилхиноксалина или смесь алкилхиноксалина, акридина и алкилакридина или смесь алкилакридина, пиримидина и алкилпиримидина или смесь алкилпиримидина, хиназолина и алкилхиназолина или смесь алкилхиназолина, или их смеси или комбинации. В некоторых вариантах осуществления амины аминовых компонентов содержат алкилпиридины.

Агрегирующие композиции амин полимерного дзета-потенциала

[0141] Подходящие полимеры для применения в композициях данного изобретения включают, без ограничения этим, любой полимер, включающий повторяющиеся звенья, полученные из гетероциклического или гетероциклического ароматического винилового мономера, где гетероатомы являются атомом азота или комбинацией атома азота и других гетероатомов, выбранных из группы, состоящей из бора, кислорода, фосфора, серы и/или германия. Полимеры могут быть гомополимерами циклических или ароматических азотосодержащих виниловых мономеров или сополимерами любых этиленненасыщенных мономеров, которые должны coполимеризоваться с циклическим или ароматическим азотосодержащим виниловым мономером. Являющиеся примером циклические или ароматические азотосодержащие виниловые мономеры включают, без ограничения этим, винилпирролы, замещенные винилпирролы, винилпиридины, замещенные винилпиридины, винилхинолины или замещенные винилхинолины, виниланилины или замещенные виниланилины, винилпиперидины или замещенные винилпиперидины, винилпирролидины или замещенные винилпирролидины, винилимидазол или замещенный винилимидазол, винилпиразин или замещенные винилпиразины, винилпиримидин или замещенный винилпиримидин, винилхиназолин или замещенный винилхиназолин, или их смеси или комбинации. Являющийся примером мономер пиридина включают 2-винилпиридин, 4-винилпиридин или их смеси или комбинации. Являющиеся примером гомополимеры включают поли-2-винилпиридин, поли-4-винилпиридин, и их смеси или комбинации. Являющиеся примером сополимеры включают coполимеры 2-винилпиридина и 4-винилпиридина, coполимеры этилена и 2-винилпиридина и/или 4-винилпиридина, coполимеры пропилена и 2-винилпиридина и/или 4-винилпиридина, coполимеры акриловой кислоты и 2-винилпиридина и/или 4-винилпиридина, coполимеры метилакриловой кислоты и 2-винилпиридина и/или 4-винилпиридина, coполимеры акрилатов и 2-винилпиридина и/или 4-винилпиридина, coполимеры метакрилатов и 2-винилпиридина и/или 4-винилпиридина, и смеси их комбинаций. Все из данных мономеров могут также включать заместители. Кроме того, во всех данных виниловых мономерах или этиленненасыщенных мономерах один или несколько атомов углерода могут быть заменены одним или несколькими гетероатомами, выбранными из группы, состоящей из бора, кислорода, фосфора, серы или смеси или их комбинаций, и при этом один или несколько атомов водорода могут быть заменены одним или несколькими одновалентными атомами, выбранными из группы, состоящей из фтора, хлора, брома, йода или их смеси или комбинации. Естественно, все из данных мономеров включают по меньшей мере один атом азота в структуре.

[0142] Примеры виниламиновых полимеров раскрытые в патенте United States Pat. No. 8,466,094.

[0143] Из пунктов формулы изобретения: поли-2-винилпиридин, поли-4-винилпиридин и их смеси или комбинации и coполимеры, выбранные из группы, состоящей из coполимеров 2-винилпиридина и 4-винилпиридина, coполимеров этилена и 2-винилпиридина и/или 4-винилпиридина, coполимеров пропилена и 2-винилпиридина и/или 4-винилпиридина, coполимеров акриловой кислоты и 2-винилпиридина и/или 4-винилпиридина, coполимеров метилакриловой кислоты и 2-винилпиридина и/или 4-винилпиридина, coполимеров акрилатов и 2-винилпиридина и/или 4-винилпиридина, coполимеров метакрилатов и 2-винилпиридина и/или 4-винилпиридина и их смеси или комбинаций и, если необходимо, продукта реакции амина и фосфатсодержащего соединения.

[0144] Подходящие полимеры для применения в композициях данного изобретения включают, без ограничения этим, любой полимер, включающий повторяющиеся звенья, полученные из гетероциклического или гетероциклического ароматического винилового мономера, где гетероатомы являются атомом азота или комбинацией атома азота и других гетероатомов, выбранных из группы, состоящей из бора, кислорода, фосфора, серы, германия, и/или их смеси. Полимеры могут быть гомополимерами циклических или ароматических азотосодержащих виниловых мономеров, или coполимерами любых этиленненасыщенных мономеров которые должны coполимеризоваться с циклическим или ароматическим азотосодержащим виниловым мономером. Являющиеся примером циклические или ароматические азотосодержащие виниловые мономеры включают, без ограничения этим, винилпирролы, замещенные винилпирролы, винилпиридины, замещенные винилпиридины, винилхинолины или замещенные винилхинолины, виниланилины или замещенные виниланилины, винилпиперидины или замещенные винилпиперидины, винилпирролидины или замещенные винилпирролидины, винилимидазол или замещенный винилимидазол, винилпиразин или замещенные винилпиразины, винилпиримидин или замещенный винилпиримидин, винилхиназолин или замещенный винилхиназолин, или их смеси или комбинации.

[0145] Предыдущие патенты фокусировались на полимерах ароматического и гетероциклического винила. Другие полимеры, которые можно применять, включают линейные или разветвленные неароматические или гетероциклические амины, в том числе первичный и вторичный амин, полимеры, такие как поливиниламин, полиэтиленимин, полиенамины, поли(диметиламиноэтилметакрилат) и т.д. Могут также применяться биополимеры, такие хитозан, содержащий полипептиды лизин, триптофан, гистидин, и/или аргинин и желатин. Первичный и вторичный амины могут дополнительно вступать в реакцию с алкилирующими агентами, такими как галоидные алкилы, чтобы сделать их более гидрофобными и имеющими более высокую склонность создавать покрытия поверхностей.

[0146] Любые аминосодержащие полимеры, перечисленные выше, можно окислять до n-оксида или кватернизовать для образования четвертичной соли амина алкилирующим агентом. Указанное может быть выполнено либо на части или на всех аминовых группах в полимере. Другие примеры полимеров четвертичного амина включают поли(хлорид диаллилдиметиламмоний).

[0147] Данные полимеры можно применять, таким образом, для агломерирования оксида металла но можно также применять их соли с HCl, фосфатными эфирами, эфиром фосфиновой кислоты и т.п. для выполнения композиции изменения дзета потенциала настоящего изобретения. Можно также изготавливать соли простых кислот, таких как HCl, азотная кислота, серная кислота, и т.д.. Можно применять органические карбоновые кислоты, такие как уксусная кислота, лимонная кислота, и другие моно-, ди-, три- и поли-карбоновые кислоты, такие как полиакриловая кислота. Сульфатосодержащие молекулы могут также функционировать, как анионный компонент.

Агрегирующие композиции коацерватов

[0148] Поверхностно-активное вещество, которое заряжено противоположно полимеру в некоторых случаях называют в данном документе "противоионным поверхностно-активным веществом". Указанное означает, что поверхностно-активное вещество имеет заряд, противоположный заряду полимера.

[0149] Подходящие катионные полимеры включают полиамины, четвертичные производные простых эфиров целлюлозы, четвертичные производные гуара, гомополимеры и coполимеры по меньшей мере 20 молярный процент диметилдиаллиламмония хлорида (DMDAAC), гомополимеры и coполимеры метакриламидопропилтриметиламмония хлорида (MAPTAC), гомополимеры и coполимеры акриламидопропилтриметиламмония хлорида (APTAC), гомополимеры и coполимеры метакрилоилоксиэтилтриметиламмония хлорида (METAC), гомополимеры и coполимеры акрилоилоксиэтилтриметиламмония хлорида (AETAC), гомополимеры и coполимеры метилсульфата метакрилоилоксиэтилтриметиламмония (METAMS), и четвертичные производные крахмала.

[0150] Подходящие анионные полимеры включают гомополимеры и coполимеры акриловой кислоты (AA), гомополимеры и coполимеры метилакриловой кислоты (MAA), гомополимеры и coполимеры 2-акриламидо-2-метилпропан сульфоновой кислоты (AMPSA), гомополимеры и coполимеры N-метакриламидопропил N,N-диметил аминоуксусной кислоты, N-акриламидопропил N,N-диметил амино уксусной кислоты, N-метакрилоилоксиэтил N,N-диметил аминоуксусной кислоты, и N-акрилоилоксиэтил N,N-диметил аминоуксусной кислоты.

[0151] Анионные поверхностно-активные вещества, подходящие для применения с катионными полимерами, включают алкил, арил или алкиларилсульфаты, алкил, арил или алкиларилкарбоксилаты или алкил, арил или алкиларилсульфонаты. Предпочтительно, алкиловые части имеют от около 1 до около 18 атомов углерода, ариловые части имеют от около 6 до около 12 атомов углерода и алкилариловые части имеют от около 7 до около 30 атомов углерода. Являющиеся примером группы будут пропил, бутил, гексил, децил, додецил, фенил, бензил и линейный или разветвленный алкилбензол производными карбоксилатов, сульфатов и сульфонатов. Включены алкилэфирсульфаты, алкарилсульфонаты, алкилсукцинаты, алкилсульфосукцинаты, N-алкоилсаркозинаты, алкилфосфаты, алкилэфирфосфаты, алкилэфиркарбоксилаты, альфаолефинсульфонаты и ацилметилтаураты, в особенности их соли натрия, магния аммония и моно-, ди- и триэтаноламина. Алкиловые и ациловые группы в общем содержат от 8 до 18 атомов углерода и могут быть ненасыщенными. Алкилэфирсульфаты, алкилэфирфосфаты и алкилэфиркарбоксилаты могут содержать от одного до 10 блоков этиленоксида или пропиленоксида на молекулу, и предпочтительно содержат 2-3 блоков этиленоксида на молекулу. Примеры подходящих анионных поверхностно-активных веществ включают натрия лаурилсульфат, натрия лаурилэфирсульфат, аммония лаурилсульфосукцинат, аммония лаурилсульфат, аммония лаурилэфирсульфат, натрия додецилбензолсульфонат, триэтаноламина додецилбензолсульфонат, натрия кокоилизетионат, натрия лауроил изетионат, и натрия N-лаурилсаркозинат.

[0152] Катионные поверхностно-активные вещества, подходящие для применения с анионными полимерами включают поверхностно-активные вещества четвертичного аммония с формулой X^-N⁺R¹R²R³ где R¹, R², и R³ независимо выбраны из водорода, алифатической группы с от около 1 до около 22 атомов углерода, или ароматической группы, арил, алкокси, полиоксиалкилен, алкиламидо, гидроксиалкил или алкиларильной группы, имеющей от около 1 до около 22 атомов углерода; и X является анионом, выбранным из галоген, ацетат, фосфат, нитрат, сульфат, алкилсульфат радикалов (например, метилсульфат и этилсульфат), тозилата, лактата, цитрата и гликолята. Алифатические группы могут содержать, в дополнение к атомам углерода и водорода, простые эфирные связи и другие группы, такие как заместители гидрокси или амино групп (например, алкильные группы могут содержать полиэтиленгликолевые и полипропиленгликолевые части). Алифатические группы с более длинной цепью, например, из около 12 атомов углерода, или более высокие, могут быть насыщенными или ненасыщенными. Более предпочтительно, R¹ является алкильной группой, имеющий от около 12 до около 18 атомов углерода; R² выбран из H или алкильной группы, имеющей от около 1 до около 18 атомов углерода; R³ и R⁴ независимо выбраны из H или алкильной группы, имеющей от около 1 до около 3 атомов углерода; и X является таким, как описано выше.

[0153] Подходящие гидрофобные спирты, имеющие 6-23 атома углерода являются линейными или разветвленными алкиловыми спиртами с общей формулой C_MH_2M+2-N(OH)_N, где M число от 6 до 23, и N равен 1, когда M составляет 6-12, но где M составляет 13-23, N может быть числом от 1 до 3. Нашим наиболее предпочтительным гидрофобными спиртом является лауриловый спирт, но любой линейный моногидрокси спирт, имеющий 8-15 атомов углерода является также предпочтительным по сравнению с другим спиртом с меньшим или большим числом атомов углерода.

[0154] В качестве активатора геля называем бетаин, султаин или гидроксисултаин, или оксид амина. Примеры бетаинов включают высшие алкилбетаины, такие как кокодиметилкарбоксиметилбетаин, лаурилдиметилкарбоксиметилбетаин, лаурилдиметилальфакарбоксиэтил бетаин, цетилдиметилкарбоксиметилбетаин, цетилдиметилбетаин, лаурил бис-(2-гидроксиэтил)карбоксиметил бетаин, олеил диметил гамма-карбоксипропил бетаин, лаурил бис-(2-гидроксипропил)альфа-карбоксиэтил бетаин, коко диметил сульфопропил бетаин, лаурил диметил сульфоэтил бетаин, лаурил бис-(2-гидроксиэтил)сульфопропилбетаин, амидобетаины и амидосульфобетаины (где радикал RCONH(CH₂)₃ прикреплен к атому азота бетаина, олеилбетаина и кокамидопропилбетаина. Примеры султаинов и гидроксисултаинов включают такие вещества, как кокамидопропил гидроксисултаин.

[0155] Дзета-потенциал, имеющий абсолютные величины по меньшей мере 20, у нас означает дзета-потенциал, имеющий величину +20 или выше или -20 или ниже.

[0156] Амфотерные поверхностно-активные вещества, подходящие для применения либо с катионными полимерами или с анионными полимерами включают поверхностно-активные вещества, во многом описанные, как производные алифатических вторичных и четвертичных аминов, в которых алифатической радикал может быть прямой или разветвленной цепью и в котором один из алифатических заместителей содержит от около 8 до около 18 атомов углерода, и один содержит анионную повышающую растворимость в воде группу, такую как карбокси, сульфонат, сульфат, фосфат или фосфонат. Подходящие амфотерные поверхностно-активные вещества включают производные алифатических вторичных и четвертичных аминов, в которых алифатической радикал может быть прямой или разветвленной цепью, и при этом один из алифатических заместителей содержит от около 8 до около 18 атомов углерода, и один содержит анионную повышающую растворимость в воде группу, например, карбокси, сульфонат, сульфат, фосфат или фосфонат. Примерами соединении, соответствующих данному определению являются натрий 3-додециламинопропионат, и натрий 3-додециламинопропансульфонат.

[0157] Подходящие оксиды амина включают кокоамидопропилдиметил оксид амина и другие соединения формулы R¹R²R³N→O, где R³ является гидрокарбилом или замещенным гидрокарбилом, имеющим от около 8 до около 30 атомов углерода, и R¹ и R² являются независимо водородом, гидрокарбилом или замещенным гидрокарбилом, имеющим до 30 атомов углерода. Предпочтительно, R³ является алифатическим или замещенным алифатическим гидрокарбилом, имеющим по меньшей мере около 12 и до около 24 атомов углерода. Более предпочтительно, R³ является алифатической группой, имеющей по меньшей мере около 12 атомов углерода и имеющий до около 22 и, наиболее предпочтительно, алифатической группой, имеющей по меньшей мере около 18 и не больше около 22 атомов углерода.

[0158] Фосфоросодержащие соединения, подходящие для применения в изобретении включают, без ограничения этим, фосфаты или эквиваленты фосфатов или их смеси или комбинации. Подходящие фосфаты включают, без ограничения этим, монофосфаты щелочных металлов, (PO(OH)(OM), где M является Li, Na, K, Rd или Cs, дифосфаты щелочных металлов, (PO(OH)(OM)₂, где каждый M является одинаковым или отличающимся, и является Li, Na, K, Rd или Cs), такие как дифосфат калия, (PO(OH)(OK)₂) и дифосфат натрия,(PO(OH)(ONa)₂), трифосфаты щелочных металлов, (PO(OM)₃, где каждый M является одинаковым или отличающимся, и является Li, Na, K, Rd, или Cs), таким как трифосфат натрия, (PO(ONa)₃) и трифосфат калия, (PO(OK)₃), карбил фосфаты (PO(OR¹)(OM)₂, где R¹ является карбильной группой, и M является H, Li, Na, K, Rd и/или Cs), дифосфаты карбила (PO(OR¹)(OR²)(OM), где R¹ и R² являются одинаковыми или отличающимися карбильными группами, и M является H, Li, Na, K, Rd или Cs), трифосфаты карбила (PO(OR¹)(OR²)(OR³), где R¹, R² и R³ являются одинаковыми или отличающимися карбильными группами), или их смеси или комбинации.

[0159] Подходящая карбильная группа включает, без ограничений этим, карбильную группу, имеющую между около 3 и 40 атомов углерода, где один или несколько атомов углерода могут быть заменены гетероатомом, выбранным из группы, состоящей из кислорода и азота, с оставшимися из валентных связей, содержащими водород или одновалентную группу, такую как галоген, амид (-NHCOR), алкоксид (-OR), или т.п., где R является карбильной группой. Карбильная группа может быть алкильной группой, алкенильной группой, арильной группой, алкарильной группа, арилалкильной группой, или их смесями или комбинациями, т.e. каждая карбильная группа в фосфате может быть одинаковой или отличающейся. В некоторых вариантах осуществления карбильная группа имеет между около 3 и около 20 атомов углерода, где один или несколько атомов углерода могут быть заменены гетероатомом, выбранным из группы, состоящей из кислорода и азота, с оставшимися из валентных связей, содержащими водород или одновалентную группу, такую как галоген, амид (-NHCOR), алкоксид (-OR), или т.п., где R является карбильной группой. В некоторых вариантах осуществления карбильная группа имеет между около 3 и около 16 атомов углерода, где один или несколько атомов углерода могут быть заменены гетероатомом, выбранным из группы, состоящей из кислорода и азота, с оставшимися из валентных связей, содержащими водород или одновалентную группу, такую как галоген, амид (-NHCOR), алкоксид (-OR), или т.п., где R является карбильной группой. В некоторых вариантах осуществления карбильная группа имеет между около 3 и около 12 атомов углерода, где один или несколько атомов углерода могут быть заменены гетероатомом, выбранным из группы, состоящей из кислорода и азота, с оставшимися из валентных связей, содержащими водород или одновалентную группу, такую как галоген, амид (-NHCOR), алкоксид (-OR), или т.п., где R является карбильной группой. В некоторых вариантах осуществления карбильная группа имеет между около 4 и около 8 атомов углерода, где один или несколько атомов углерода могут быть заменены гетероатомом, выбранным из группы, состоящей из кислорода и азота, с оставшимися из валентных связей, содержащими водород или одновалентную группу, такую как галоген, амид (-NHCOR), алкоксид (-OR), или т.п., где R является карбильной группой.

[0160] Подходящий трифосфаты алкила включают, без ограничения этим, алкильную группу, имеющую от около 3 до около 20 атомов углерода, где один или несколько атомов углерода могут быть заменены гетероатомом, выбранным из группы, состоящей из кислорода и азота, с оставшимися из валентных связей, содержащими водород или одновалентную группу, такую как галоген, амид (-NHCOR), алкоксид (-OR), или т.п., где R является карбильной группой. В некоторых вариантах осуществления трифосфат алкила включает алкильные группы, имеющие от около 4 до около 12 атомов углерода, где один или несколько атомов углерода могут быть заменены гетероатомом, выбранным из группы, состоящей из кислорода и азота, с оставшимися из валентных связей, содержащими водород или одновалентную группу, такую как галоген, амид (-NHCOR), алкоксид (-OR), или т.п., где R является карбильной группой. В других вариантах осуществления трифосфат алкила включает алкильные группы, имеющие от около 4 до около 8 атомов углерода, где один или несколько атомов углерода могут быть заменены гетероатомом, выбранным из группы, состоящей из кислорода и азота, с оставшимися из валентных связей, содержащими водород или одновалентную группу, такую как галоген, амид (-NHCOR), алкоксид (-OR), или т.п., где R является карбильной группой. Такие фосфаты могут быть получены в реакции донора фосфата, такого как фосфора пентоксид и смеси спиртов в требуемых пропорциях.

Стабилизаторы и/или упрочнители покрытия для агрегации

[0161] Подходящие стабилизаторы и/или упрочнители покрытия для агрегации включают, без ограничения этим, неорганические сшивающие агенты, органические сшивающие агенты и их смеси или комбинации.

[0162] Подходящий неорганические сшивающие агенты включает, без ограничения этим, металлические соединения, способные образовать сеть металлических комплексов в покрытии для стабилизации, консолидации и/или упрочнения покрытия. Металлические соединения выбирают из группы, состоящей из групп 2-17 металлических соединений. Группа 2 металлических соединений включает соединения Be, Mg, Ca, Sr и Ba. Группа 3 металлических соединений включает соединения Sc, Y, La и Ac. Группа 4 металлических соединений включает соединения Ti, Zr, Hf, Ce и Th. Группа 5 металлических соединений включает соединения V, Nb, Ta и Pr. Группа 6 металлических соединений включает соединения Cr, Mo, W, Nd и U. Группа 7 металлических соединений включает соединения Mn, Tc, Re и Pm. Группа 8 металлических соединений включает соединения Fe, Ru, Os и Sm. Группа 9 металлических соединений включает соединения Co, Rh, Ir и Eu. Группа 10 металлических соединений включает соединения Ni, Pd, Pt и Gd. Группа 11 металлических соединений включает соединения Cu, Ag, Au и Tb. Группа 12 металлических соединений включает соединения Zn, Cd, Hg и Dy. Группа 13 металлических соединений включает соединения Al, Ga, In, Tl и Ho. Группа 14 металлических соединений включает соединения Si, Ge, Sn, Pb и Er. Группа 15 металлических соединений включает соединения As, Sb, Bi и Tm. Группа 16 металлических соединений включает соединения Yb. Группа 17 металлических соединений включает соединения Lu. Альтернативно, металлические соединения включает соединения щелочноземельных металлов, обедненные металлические соединения, соединения переходных металлов, металлические соединения лантанидов, металлические соединения актинидов и их смеси или комбинации. Металлические соединения могут иметь вид галидов, карбонатов, оксидов, сульфатов, сульфитов, фосфатов, фосфитов, нитратов, нитритов, карбоксилатов (формиатов, ацетатов, пропионатов, бутионатов, цитратов, оксилатов или высших карбоксилатов).

[0163] Подходящий органические сшивающие агенты включают, без ограничения этим, диглицидиловые эфиры, триглицидиловые эфиры, карбилдигалиды, бисфенол A, диизоцинаты, триизоцинаты, диацилазиды, цианурхлорид, дикислоты, поликислоты, имидилизированные дикарбоновые и поликарбоновые кислоты, ангидриды, карбонаты, диэксиды, диальдегиды, дисотиоцианиты, дивинилсульфоны, а также другие сходные органические сшивающие агенты и их смеси или комбинации.

Твердые вещества и проппанты

[0164] Подходящие для предварительной обработки или обработки агрегирующими композициями данного изобретения твердые вещества и/или проппанты, включают, без ограничения этим, оксиды металлов и/или керамику, природные или синтетические, металлы, пластики и/или другие полимерные твердые вещества, твердые материалы, полученные из растений, любые другие твердые материалы, которые находят или могут найти применение в скважинных работах, их обработанные аналоги, где твердые материалы и/или проппанты обработаны агрегирующими композициями данного изобретения, или их смеси или комбинации. Оксиды металлов, включающие любой твердый оксид металла периодической таблицы элементов. Примеры оксидов металлов и керамики включают оксид актиния, алюминия, оксиды сурьмы, оксиды бора, оксиды бария, оксиды висмута, оксиды кальция, оксиды церия, оксиды кобальта, оксиды хрома, оксиды цезия, оксиды меди, оксиды диспрозия, оксиды эрбия, оксиды европия, оксиды галлия, оксиды германия, оксиды иридия, оксиды железа, оксиды лантана, оксиды лития, оксиды магния, оксиды марганца, оксиды молибдена, оксиды ниобия, оксиды неодима, оксиды никеля, оксиды осмия, оксиды палладия, оксиды калия, оксиды прометия, оксиды празеодима, оксиды платины, оксиды рубидия, оксиды рения, оксиды родия, оксиды рутения, оксиды скандия, оксиды селена, оксиды кремния, оксиды самария, оксиды серебра, оксиды натрия, оксиды стронция, оксиды тантала, оксиды тербия, оксиды теллура, оксиды тория, оксиды олова, оксиды титана, оксиды таллия, оксиды тулия, оксиды ванадия, оксиды вольфрама, оксиды иттрия, оксиды иттербия, оксиды цинка, оксиды циркония, оксиды керамических структур, приготовленных из одного или нескольких из данных оксидов и смешанных оксидов металлов, включающих два или больше перечисленных выше оксидов металлов. Примеры растительных материалов включают, без ограничения этим, шелуху семян растений, таких как скорлупа грецкого ореха, скорлупа ореха пекан, скорлупа арахиса, подходящая твердая скорлупа других растений, древесная масса или другие волокнистые целлюлозные материалы, или их смеси или комбинации.

[0165] Примеры подходящих проппантов включают, но без ограничения этим, зерна кварцевого песка, стеклянную и керамическую дробь, фрагменты скорлупы грецкого ореха, алюминиевые гранулы, нейлоновые гранулы и т.п. Проппанты обычно применяют в концентрациях между около 1 на 8 фунт/галлон (0,1-0,8кг/л) жидкости гидроразрыва, хотя, если требуется, можно применять более высокие или низкие концентрации.

[0166] Песок, песок с покрытием смолой и керамические частицы являются чаще всего применяемыми проппантами, хотя в патентной литературе, например, патенте U.S. Pat. No. 4,654,266, включен в данном документе в виде ссылки, также упомянуто применение фрагментов скорлупы грецкого ореха с покрытием из некоторых связывающих добавок, металлических дробинок, или дроби с металлическим покрытием, близких к сферической форме, но имеющих каналы для улучшения их проницаемости.

[0167] На удельную проводимость проппанта влияют принципиально два параметра, ширина пачки проппанта и проницаемость пачки проппанта. Для улучшения удельной проводимости проппанта трещины, обычные подходы включают применение проппантов большого диаметра. В общем, самые обычные подходы к улучшению показателей работы трещины с проппантом включают применение высокопрочных проппантов, проппантов большого диаметра, высоких концентраций проппанта в пачке проппанта для получения шире расклиненной трещины, улучшающих удельную проводимость материалов, таких как деэмульгаторы, вспомогательные средства обратного притока, волокна и другие материалы, которые физически меняют укладку проппанта, и применение не повреждающей жидкости гидроразрыва, такой как огеленные масла, вязкоупругие текучие среды на базе поверхностно-активного вещества, вспененные текучие среды или эмульгированные текучие среды. Также признано, что размер зерна, распределение зерна по крупности, количество мелких фракций и загрязняющих примесей, округлость и сферичность и плотность проппанта оказывают воздействие на удельную проводимость трещины.

[0168] Как упомянуто выше, основной функцией проппанта является сохранение трещины открытой с преодолением напряжения на месте работы. Если прочность проппанта является недостаточной, напряжение смыкания разрушает проппант, создавая мелкие фракции и уменьшая удельную проводимость. Песок обычно подходит для напряжений, вызывающих смыкание трещин, меньше около 6000 фунт/кв.дюйм (41 МПа), песок с покрытием смолой может применятьcя до около 8000 фунт/кв.дюйм (55 МПа). Проппант промежуточной прочности обычно состоит из плавленной керамики или спеченного боксита и применяетcя для напряжений, вызывающих смыкание трещин, в диапазоне между 5000 фунт/кв.дюйм и 10000 фунт/кв.дюйм (34 МПа - 69 МПа). высокопрочный проппант, состоящий из спеченного боксита с большим количеством корунда применяетcя при напряжениях, вызывающих смыкание трещин, величиной до около 14000 фунт/кв.дюйм (96 МПа).

[0169] Проницаемость расклиненной трещины увеличивается пропорционально квадрату диаметра зерна. Вместе с тем, большие зерна часто легче разрушаются, имеют больше проблем с укладкой, поскольку между ними легче вторгаются мелкие фракции. В результате, средняя удельная проводимость за время эксплуатации скважины может фактически быть выше при более мелких проппантах.

[0170] Следует признать что сам проппант может быть любой формы, в том числе неправильных форм, по существу, сферических форм, продолговатых форм и т.д. Добавление волокон или продуктов по типу волокна в текучие среды может вносить вклад в уменьшение обратного притока проппанта и, как следствие, в лучшее заполнение проппантом островков в трещине, поскольку волокна должны прилипать к островкам, поскольку островки включают некоторое количество проппантов имеющих покрытие с агрегирующей композицией данного изобретения или обработанных агрегирующей композиция и сшивающей покрытие композицией. Дополнительно, волокна могут предотвращать или уменьшать миграцию мелкодисперсных частиц и, как следствие, предотвращать или снижать уменьшение удельной проводимости проппанта, благодаря образованию островков проппанта нового типа, что должно приводить к более высокой удельной проводимости пласта

Волокна и органические дисперсные материалы

Не подверженные эрозии волокна

[0171] Подходящие нерастворимые или не подверженные эрозии волокна включают, без ограничения этим, природные волокна, синтетические волокна или их смеси и комбинации. Примеры природных волокон включают, без ограничения этим, абаку, целлюлозу, шерсть, такую как шерсть альпака, кашмир, мохер или ангору, верблюжью шерсть, кокосовое волокно, хлопок, лен, коноплю, джут, волокно рами, шелк, сизаль, волокна виссон, волокна чингора, шерсть овцебыка, шерсть яка, шерсть кролика, капок, кенаф, рафия, бамбук, пина, асбестовые волокна, стекловолокно, целлюлозное волокно, древесное волокно, их обработанные аналоги или их смеси и комбинации. Примеры синтетических волокон включают, без ограничения этим, регенерированные целлюлозные волокна, ацетатцеллюлозны волокна, полиэстеровые волокна, арамидные волокна, акриловые волокна, оптическое волокно, полиамидные и полиэстеровые волокна, полиэтиленовые волокна, полипропиленовые волокна, акриловые волокна, арамидные волокна, шелковые волокна, азлоновые волокна, волокна BAN-LON^® (зарегистрированная торговая марка Joseph Bancroft & Sons Company), базальтовое волокно, графитовое волокно, волокно CELLIANT^® (зарегистрированная торговая марка Hologenix, LLC), целлюлозоацетатное волокно, целлюлозотриацетатное волокно, волокна CORDURA^® (зарегистрированная торговая марка INVISTA, дочерняя компания частной Koch Industries, Inc.), кримпленовые (полиэстер) волокна, волокна cuben, медно-аммиачные волокна, волокна dynel, волокна elasterell, волокна elastolefin, стекловолокна, волокна GOLD FLEX^® (зарегистрированная торговая марка Honeywell), волокна INNEGRA S™ (бренд Innegra Technologies LLC), арамидные волокна такие как волокна KEVLAR^® (зарегистрированная торговая марка DuPont), волокна KEVLAR^® KM2 (зарегистрированная торговая марка DuPont), волокна LASTOL^® (зарегистрированная торговая марка DOW Chemical Company), волокна Lyocell, волокна M5, модакрильные волокна, модифицированные вискозные волокна, волокна NOMEX^® (зарегистрированная торговая марка DuPont), нейлоновые волокна такой как волокна нейлон 4, волокна нейлон 6, волокна нейлон 6-6, полиолефиновые волокна, поли(p-фениленсульфидные) волокна, полиакрилонитрильные волокна, полибензимидазолоновые волокна, полидиоксаноновые волокна, полиэстеровые волокна, волокна qiana, вискозные волокна, поливинилидинхлоридные волокна, такие как волокна Saran, волокна поли(триметилен терефталата), такие как волокна Sorona, волокна спандекс или эластан, волокна Taklon, волокна Technora, волокна THINSULATE^® волокна (зарегистрированная торговая марка 3M), волокна Twaron™ (бренд Teijin Aramid), волокна из полиэтилена сверхвысокой молекулярной массы, волокна синдиотактического полипропилена, волокна изотактического полипропилена, волокна из поливинилового спирта волокна, волокна из ксантогената целлюлозы, волокна из поли(p-фениллен-2,6-бензобисоксазола), полиимидные волокна, другие синтетические волокна, или их смеси и комбинации. Из данных волокон можно дополнительно или альтернативно формировать пространственную полимерную сетку, армирующую проппант и ограничивающую его обратный приток.

Не подверженные эрозии частицы

[0172] Подходящие твердые органические полимерные дисперсные материалы включают, без ограничения этим, полимерные твердые частицы, полученные из целлюлозы, акриловой кислоты, арамидов, акрилонитрила, полиамидов, винилидена, олефинов, диолефинов, полиэстера, полиуретана, винилового спирта, и винилхлорида, которые можно применять. Предпочтительные композиции, учитывающие требуемую реакционную способность и/или характеристики разложения могут быть выбраны из района, ацетата, триацетата, хлопка, шерсти (целлюлозная группа); нейлона, акрила, модакрила, нитрила, полиэстера, saran, spandex, vinyon, олефина, винила (синтетическая полимерная группа); azlon, резины (группа протеина и резины) и их смесей. Полиeэстеровые и полиамидные частицы достаточного молекулярного веса, такие как из Dacron^® и нейлона, соответственно, и их смеси, являются наиболее предпочтительными. Также, можно применять композитные частицы, содержащие природные и/или синтетические материалы с подходящими характеристиками. Например, подходящая композитная частица может содержать структуру ядра и оболочки, где материал оболочки и материал ядра разлагаются за отличающиеся требуемые периоды времени. Соединения или композиции, применяемые, в качестве органического полимерного материала согласно изобретению, не обязательно должны быть чистыми, и серийно выпускаемые и имеющиеся в продаже материалы, содержащий различные добавки, наполнители и т.д., или имеющие покрытия могут применяться, при условии, что такие компоненты не мешают требуемому функционированию. Уровень органического полимерного дисперсного материала, т.e. концентрация, обеспеченная вначале в текучей среде, может находиться в диапазоне от 0,02 процентов до около 10 процентов по массе текучей среды. Наиболее предпочтительны, диапазоны концентрации от около 0,02 процентов до около 5,0 процентов по массе текучей среды.

[0173] Размер и форма частиц, хотя и важны, могут значительно варьироваться, в зависимости от соображений синхронизации и транспортировки. В некоторых вариантах осуществления, если применяют нерегулярные или сферические частицы органического полимера, размер частицы может находиться в диапазоне от 80 меш до 2,5 меш (Tyler), предпочтительно от 60 меш до 3 меш. Волокна и/или пластинки определенных полимерных материалов являются предпочтительными по их подвижности и облегчающим подачу функциональным качествам. В варианте волокон органического полимера волокна, применяемые согласно изобретению, могут также иметь широкий диапазон размеров и свойств. При использовании в данном документе, термин "волокна" относится к телам или массам, таким как нити из природного или синтетического материала (материалов) имеющих один размер значительно превышающий длину других двух, которые по меньшей мере одинаковы по размеру, и дополнительно включает смеси таких материалов, имеющие многочисленные размеры и типы. В других вариантах осуществления отрезки длины индивидуальных волокон могут находиться в диапазоне больше от около 1 миллиметра. Практические ограничения оборудования перемещения, смешивания и нагнетания насосом в вариантах применения в стволе скважины в настоящее время ограничивают практически применяемую длину величиной до около 100 миллиметров. Соответственно, в других вариантах осуществления диапазон длины волокна должен быть от около 1 мм до около 100 мм или подобным. В других вариантах осуществления длина должна составлять по меньшей мере от около 2 мм до около 30 мм. Аналогично, диаметры волокон должны предпочтительно находиться в диапазоне вверх от около 5 микрон. В других вариантах осуществления диаметры должны находиться в диапазоне от около 5 микрон до около 40 микрон. В других вариантах осуществления диаметры должны находиться в диапазоне от около 8 микрон до около 20 микрон, в зависимости от модуля волокна, как описано полнее ниже в данном документе. Отношение длины к диаметру (принимая сечение волокна круглым), превышающее 50 является предпочтительным. Вместе с тем, волокна может иметь различные формы в диапазоне от простых круглых или овальных площадей сечения до более сложных форм, таких как трехлопастная, восьмерка, звездообразная форма, прямоугольное сечение или т.п., предпочтительно, в общем, должны применяться прямые волокна с круглыми или овальными сечениями. Могут применяться скривленные, извитые, разветвленные, спиральной формы, пустотелые, фибриллированные и другие качества волокон в пространственной геометрии. Также, волокна могут зацепляться на одном или обоих концах. Плотности волокна и пластинки не являются критичными и должны предпочтительно находиться в диапазоне от под ниже 1 до 4 г/см³ или больше.

[0174] Специалист в данной области техники должен признавать, что линия разделения между тем, что составляет "пластинки", с одной стороны и "волокна", с другой, в общем условна, при том что пластинки практически отличаются от волокон наличием двух сравнимых размеров, оба из которых значительно больше третьего размера, волокна, как указано, в общем имеют один размер, который значительно больше, чем другие два, которые одинаковы. При использовании в данном документе, термины "пластинка" или "пластинки" применяют их общепринятом смысле, предполагая плоскую форму или протяженность в двух конкретных размерах, а не в одном размере, и также понятно что включены комбинации двух отличающихся типов и размеров. В общем, могут применяться обрезки, диски, пластинки, пленки и полоски полимерного материала (материалов). Обычно, термин "аспектное отношение" понимают, как отношение одного размера, в частности, размера поверхности к другому размеру. При использовании в данном документе, берется фраза указывающая отношение диаметра площади поверхности самой большой стороны части материала, с восприятием или принятием такой части площади поверхности, как круглой, к толщине материала (в среднем). Соответственно, пластинки, применяемые в изобретении, должны обладать средним аспектным отношением от около 10 до около 10000. В некоторых вариантах осуществления среднее аспектное отношение составляет 100 до 1000. В других вариантах осуществления пластинки должны быть больше 5 микрон в самом коротком размере, размеры пластинки которую можно применять в изобретении составляют, например, 6 мм × 2 мм × 15мкм.

[0175] В конкретном предпочтительном аспекте изобретения размер частицы органических полимерных твердых частиц может быть установлен или корректировать для продвижения или замедления реакции или разложения огеленной суспензии в трещине. Таким образом, например, из общего объема содержащихся твердых частиц, 20 процентов могут представлять собой крупные частицы, например, больше 100 микрон и 80 процент мелкие, скажем 80 процентов частиц меньше 20 микрон. Такое дозирование в огеленной суспензии можно обеспечивать по условиям площади поверхности, отличающегося времени завершения реакции или разложения твердых частиц и, таким образом, времени завершения разложения геля или деэмульгирования, при сравнении с тем, что обеспечено отличающимся распределением размеров частиц.

[0176] Материал с твердыми частицами, например, содержащие волокна, или волокна и/или пластинки текучие суспензии, применяемые в изобретении, можно приготовить любым подходящим способом или в любой последовательности или порядке. Таким образом, суспензии могут быть обеспечены дозированием в любом порядке на поверхности, и добавляться, в подходящих пропорциях компонентов в текучую среду или суспензию оперативно во время обработки. Суспензии можно также дозировать за пределами площадки работ. В варианте некоторых материалов, который непросто диспергируются, волокна должны "смачиваться" подходящей текучей средой, такой как вода или скважинная текучая среда, до или во время смешивания с жидкостью гидроразрыва для обеспечения лучшей подачи волокон. Следует применять удовлетворительные методики смешивания для предотвращения "комкования" твердых частиц.

Подверженные эрозии частицы и волокна

[0177] Подходящие растворимые, легко разрушающиеся или подверженные эрозии проппанты включают, без ограничения этим, водорастворимые твердые вещества, растворимые в углеводородах твердые вещества, или их смеси и комбинации. Примеры водорастворимых твердых веществ и растворимых в углеводородах твердых веществ включают, без ограничения этим, соль, карбонат кальция, воск, растворимые смолы, полимеры или их смеси и комбинации. Являющиеся примером соли включают, без ограничения этим, карбонат кальция, бензойную кислоту, материалы на основе нафталина, оксид магния, бикарбонат натрия, хлорид натрия, хлорид калия, хлорид кальция, сульфат аммония или их смеси и комбинации. Являющиеся примером полимеры включают, без ограничения этим, полимолочную кислоту (PLA), полигликолевую кислоту (PGA), сополимер молочной кислоты и гликолевой кислоты, (PLGA), полисахариды, крахмалы или их смеси и комбинации. При использовании в данном документе, "полимеры" включают как гомополимеры, так и сополимеры указанных мономеров с одним или несколькими coмономерами, в том числе графт, блок и неупорядоченные coполимеры. Полимеры могут быть линейными, разветвленными, звездообразными, сшитыми, производными и так далее, как требуется. Растворимые или подверженные эрозии проппанты могут быть выбраны с размерами и формой частиц одинаковыми или не одинаковыми с частицами проппанта, как требуется для содействия сегрегации из проппанта. Формы растворимых, легко разрушающихся или подверженные эрозии частиц проппанта могут включать, например, сферы, стержни, пластинки, ленты и т.п. и их комбинации. В некоторых вариантах применения могут применяться пучки растворимых, легко разрушающихся, или подверженных эрозии волокон, или волоконных, или деформируемых материалы.

[0178] Растворимые, легко разрушающиеся, или подверженные эрозии проппанты могут быть способны разлагаться в жидкости гидроразрыва на водной основе или в скважинной текучей среде, например, волокна, изготовленные из полимолочной кислоты (PLA), полигликолевой кислоты (PGA), поливинилового спирта (PVOH) и другие. Растворимые, легко разрушающиеся, или подверженные эрозии волокна могут быть выполнены из материала или с покрытием из материала, который становится адгезивным при температурах подземного пласта. Растворимые, легко разрушающиеся, или подверженные эрозии волокна, применяемые в одном варианте осуществления, могут иметь длину до 2 мм, диаметр 10-200 микрон, согласно основному условию, по которому отношение между любыми двумя из трех размеров больше 5 к 1. В другом варианте осуществления растворимые, легко разрушающиеся, или подверженные эрозии волокна может иметь длину больше 1 мм, например, 1-30 мм, 2-25 мм или 3-18 мм, например, около 6 мм; и они могут иметь диаметр 5-100 микрон и/или массовый номер волокна около 0,1-20, предпочтительно около 0,15-6. Данные растворимые, легко разрушающиеся, или подверженные эрозии волокна требуются для содействия способности текучей среды обработки нести проппант с уменьшенными уровнями полимеров увеличения вязкости текучей среды или поверхностно-активных веществ. Сечения растворимых, легко разрушающихся, или подверженных эрозии волокон не должны быть круглыми, и волокна не должны быть прямыми. Если применяютcя фибриллированные растворимые, легко разрушающиеся, или подверженные эрозии волокна, диаметры индивидуальных жил могут быть значительно меньше вышеупомянутых диаметров волокна.

Другие компоненты жидкости гидроразрыва

[0179] Жидкость гидроразрыва может также включать сложные эфиры, такие как сложные эфиры поликарбоновых кислот. Например, сложные эфиры могут быть сложным эфиром щавелевой кислоты, лимонной кислоты, или этилен диамин тетраацетата. Соединение сложного эфира, имеющее гидроксильные группы, может также быть ацетилированным. Пример указанного состоит в том, что лимонная кислота может быть ацетилирована для образования ацетилтриэтилцитрата. В настоящее время предпочтительным сложным эфиром является ацетилтриэтилцитрат.

Газы

[0180] Подходящие газы для вспенивания вспенивающейся, ионносоединенной гелевой композиции включают, без ограничения этим, азот, двуокись углерода или любой другой газ, подходящий для применения в пласте гидроразрыв, или их смесь или комбинации.

Ингибиторы коррозии

[0181] Подходящий ингибитор коррозии для применения в данном изобретении включает, без ограничения этим: четвертичные аммониевые соли например, хлорид, бромиды, иодиды, диметилсульфаты, диэтилсульфаты, нитриты, бикарбонаты, карбонаты, гидроксиды, алкоксиды или т.п., или их смеси или комбинации; соли азотистых оснований, или их смеси или комбинации. Являющийся примером четвертичные аммониевые соли включают, без ограничения этим, четвертичные аммониевые соли из амина и кватернизационного агента, например, алкилхлориды, алкилбромид, алкилиодиды, алкилсульфаты, такие как диметилсульфат, диэтилсульфат, и т.д., дигалогенированные алканы такие как дихлорэтан, дихлорпропан, дихлорэтиловый эфир, эпихлоргидриновые аддукты спиртов, этоксилаты, или т.п.; или их смеси или комбинации и аминовый агент, например, алкилпиридины, в особенности, высоокоалкилированные алкилпиридины, алкилхинолины, C6 - C24 синтетические третичные амины, амины, полученные из природных продуктов таких как кокосовые орехи или т.п., диалкилзамещенные метиламины, амины, полученные из реакция жирных кислот или масел и полиаминов, амидоимидазолины DETA и жирных кислот, имидазолины этиленадиамина, имидазолины диаминциклогексана, имидазолины аминэтилэтилендиамина, пиримидинпропандиамина и алкилированного пропендиамина, оксиалкилированные моно и полиамины, достаточные для преобразования всех нестабильных атомов водорода в аминах в кислородосодержащие группы, или т.п., или их смеси или комбинации. Примеры солей азотистых оснований включают, без ограничения этим, соли азотистых оснований, полученные из соли, например: C1 - C8 монокарбоновых кислот таких как муравьиная кислота, уксусная кислота, пропановая кислота, бутановая кислота, пентановая кислота, гексановая кислота, гептановая кислота, каприловая кислота, 2-этилгексановая кислота, или т.п.; C2 - C12 дикарбоновые кислоты, C2 - C12 ненасыщенные карбоновые кислоты и ангидриды, или т.п.; поликислот, таких как дигликолевая кислота, аспарагиновая кислота, лимонная кислота или т.п.; гидрокси кислот, таких как молочная кислота, итаконовая кислота, или т.п.; ариловых и гидроксиариловых кислот; природных или синтетических аминокислот; тиокислот, таких как тиогликолевых кислота (TGA); формы свободных кислот производных фосфорной кислоты гликоля, этоксилаты, этоксилированный амин или т.п., и аминосульфоновые кислоты; или их смеси или комбинации и амин, например: высокого молекулярного веса жирной кислоты амины, такие как кокоамин, тавот амины, или т.п.; оксиалкилированной жирной кислоты амины; высокого молекулярного веса жирной кислоты полиамины (ди, три, тетра или высшие); оксиалкилированной жирной кислоты полиамины; аминоамиды, такие как продукты реакции карбоновой кислоты с полиаминами, где эквиваленты карбоновой кислоты меньше эквивалентов реакционноспособных аминов и оксиалкилированных их производных; пиримидины жирной кислоты; моноимидазолины EDA, DETA или высших этиленаминов, гексаметилендиамин (HMDA), тетраметилендиамин (TMDA), и их высшие аналоги; бисимидазолины, имидазолины моно и полиорганических кислот; оксазолины, полученные из моноэтаноламин и жирных кислот или масел, амины эфира жирной кислоты, моно и бис амиды аминоэтилпиперазина; GAA и TGA соли продуктов реакции неочищенного таллового масла или дистиллятного таллового масла с диэтилентриамином; GAA и TGA соли продуктов реакции димерной кислоты со смесями полиаминов, таких как TMDA, HMDA и 1,2-диаминциклогексан; TGA соль имидазолина, полученная из DETA с жирной кислотой таллового масла или соевого масла, масла канолы, или т.п.; или их смеси или комбинации.

Другие добавки к жидкости гидроразрыва

[0182] Жидкости гидроразрыва данного изобретения могут также включать другие добавки, такие как модификаторы pH, ингибиторы солеотложения, добавки контроля за содержанием двуокиси углерода, добавки борьбы с отложениями парафина, добавки контроля за содержанием кислорода, ингибиторы солей или другие добавки.

Модификаторы pH

[0183] Подходящий модификаторы pH для применения в данном изобретении включают, без ограничения этим, щелочные гидроксиды щелочные карбонаты, щелочные бикарбонаты, гидроксиды щелочноземельных металлов карбонаты щелочноземельных металлов, бикарбонаты щелочноземельных металлов, карбонаты редкоземельных металлов, бикарбонаты редкоземельных металлов, гидроксиды аминов редкоземельных металлов, гидроксиламины (NH₂OH), алкилированные гидроксиламины (NH₂OR, где R карбильная группа, имеющая от 1 до около 30 атомов углерода или гетероатомов - O или N), и их смеси или комбинации. Предпочтительные модификаторы pH включают NaOH, KOH, Ca(OH)₂, CaO, Na₂CO₃, KHCO₃, K₂CO₃, NaHCO₃, MgO, Mg(OH)₂ и их смеси или комбинации. Предпочтительные амины включают триэтиламин, трипропиламин, другие триалкиламины, бисгидроксилэтил этилендиамин (DGA), бис гидроксиэтилдиамин 1-2 диметилциклогексан, или т.п. или их смеси или комбинации.

Борьба с солеотложением

[0184] Подходящие добавки для борьбы с солеотложением и полезные в композициях данного изобретения включают, без ограничения этим: хелатообразующие агенты, например, Na⁺, K⁺ или NH соли EDTA; Na, K или NH соли NTA; Na⁺, K⁺ или NH соли эриторбиновой кислоты; Na⁺, K⁺ или NH соли тиогликолевой кислоты (TGA); Na⁺, K⁺ или NH соли гидроксиуксусной кислоты; Na⁺, K⁺ или NH соли лимонной кислоты; Na⁺, K⁺ или NH соли винной кислоты или другие аналогичные соли или их смеси или комбинации. Подходящие добавки, которые работают на пороговых эффектах, секвестранты, включают, без ограничения этим: фосфаты, например, натрия, гексаметилфосфат, линейные фосфатные соли, соли полифосфорной кислоты, фосфонаты, например, неионный, такой как HEDP (гидроксиэтилидендифосфоновая кислота), PBTC (фосфонобутантрикарбоновая кислота), аминофосфонаты: MEA (моноэтаноламин), NH₃, EDA (этилендиамин), бисгидроксиэтилен диамин, бисаминоэтилэфир, DETA (диэтилентриамин), HMDA (гексаметилен диамин), гипергомологи и изомеры HMDA, полиамины EDA и DETA, дигликольамин и гомологи, или аналогичные полиамины или их смеси или комбинации; фосфатный эфир, например, сложные эфиры полифосфорной кислоты или фосфора пентоксид (P₂O₅), сложные эфиры: алканоламинов таких как MEA, DEA, триэтаноламин (TEA), бисгидроксиэтилэтилен диамин; этоксилатированные спирты, глицерин, гликоли, такие как EG (этиленгликоль), пропиленгликоль, бутиленгликоль, гексиленгликоль, триметилол пропан, пентаэритритол, неопентилгликоль или т.п.; три и тетрагидроксиамины; этоксилированные алкилфенолы (ограниченное применение вследствие проблем токсичности), этоксилированные амины, такие как моноамины, такие как MDEA и высшие амины, от 2 до 24 атомов углерода, диамины 2-24 атома углерода, или т.п.; полимеры, например, гомополимеры аспарагиновой кислоты, растворимые гомополимеры акриловой кислоты, coполимеры акриловой кислоты и метилакриловой кислоты, терполимеры ацилaтов, AMPS и т.д., гидролизованные полиакриламиды, полималеиновый ангидрид (PMA); или т.п.; или их смеси или комбинации.

Нейтрализация двуокиси углерода

[0185] Подходящие добавки для нейтрализации CO₂ и для применения в композициях данного изобретения включают, без ограничения этим, MEA, DEA, изопропиламин, циклогексиламин, морфолин, диамины, диметиламинопропиламин (DMAPA), этилендиамин, метоксипропиламин (MOPA), диметилэтаноламин, метилдиэтаноламин (MDEA) и олигомеры, имидазолины EDA и гомологи и высшие аддукты, имидазолины аминоэтилэтаноламин (AEEA), аминоэтилпиперазин, аминоэтилэтаноламин, ди-изопропаноламин, DOW AMP-90™, Angus AMP-95, диалкиламины (метил, этил, изопропил), моно алкиламины (метил, этил, изопропил), триалкиламины (метил, этил, изопропил), бисгидроксиэтилэтилендиамин (THEED), или т.п. или их смеси или комбинации.

Борьба с отложениями парафина

[0186] Подходящий добавки для удаления парафина, дисперсии, и/или распределения кристаллов парафина включают, без ограничения этим: целлозольвы, поставляемые DOW Chemical Company; целлозольвацетаты; кетоны; соли уксусной и муравьиной кислоты и сложные эфиры; поверхностно-активные вещества, состоящие из этоксилированных или пропоксилированных спиртов, алкилфенолов, и/или аминов; метиловые сложные эфиры, такие как коконат, лаурат, соят или другие природные метиловые сложные эфиры жирных кислот; сульфонатированные метиловые сложные эфиры, такой как сульфонатированный коконат, сульфонатированный лаурат, сульфонатированный соят или другие сульфонатированные природные метиловые сложные эфиры жирных кислот; низкого молекулярного веса четвертичного аммония хлориды кокосовых масел, соевых масел или C₁₀ - C₂₄ аминов или моногалогенированного алкила и арила хлоридов; четвертичные аммониевые соли, состоящие из дизамещенных (например, дикоко, и т.д.) и более низкого молекулярного веса галогенированного алкила и/или арила хлоридов; близнецы четвертичные соли диалкила (метила, этила, пропила, смешанных, и т.д.) четвертичные амины и дигалогенированные этаны, пропаны и т.д. или дигалогенированный эфиры, такие как дихлорэтилэфир (DCEE), или т.п.; близнецы четвертичные соли алкиламинов или амидопропиламинов, таких как кокоамидопропилдиметил, бис четвертичные аммониевые соли DCEE; или их смеси или комбинации. Подходящие спирты, применяемые в приготовлении поверхностно-активных веществ включают, без ограничения этим, линейные или разветвленные спирты, специально смеси спиртов, вступающие в реакцию с этиленоксидом, пропиленоксидом или высшим алкиленоксидом, где полученные в результате поверхностно-активные вещества имеют диапазон HLB. Подходящие алкилфенолы, применяемые в приготовлении поверхностно-активных веществ включают, без ограничения этим, нонилфенол, децилфенол, додецилфенол или другие алкилфенолы, где алкильная группа имеет между около 4 и около 30 атомов углерода. Подходящие амины применяемые в приготовлении поверхностно-активных веществ включают, без ограничения этим, этилендиамин (EDA), диэтилентриамин (DETA) или другие полиамины. Примеры включают квадролы, тетролы, пентролы, поставляемые BASF. Подходящий алканоламины включают, без ограничения этим, моноэтаноламин (MEA), диэтаноламин (DEA), продукты реакций MEA и/или DEA с кокосовыми маслами и кислотами.

Контроль содержания кислорода

[0187] Введение воды в скважину часто сопровождается увеличением содержания кислорода в скважинных текучих средах вследствие кислорода, растворенного в введенной воде. Таким образом, материалы, введенные в скважину должны работать в насыщенных кислородом окружающих средах или должны работать с достаточными предосторожностями до уменьшения содержания кислорода вследствие природных реакций. Для системы, которая не может выдерживать кислород, его следует удалять или контролировать в любой материале, введенном в скважину. Проблема обостряется в зимнее время, когда нагнетаемые материалы включают зимние добавки, такие как вода, спирты, гликоли, целлозолвы, форматы, ацетаты или т.п., и поскольку растворимость кислорода становится выше до диапазона около 14-15 ppm в очень холодной воде. Кислород может также увеличивать коррозию и солеотложение. В работах с CCT (капиллярная гибкая насосно-компрессорная труба) с применением разведенных растворов, нагнетаемые растворы приводят к нагнетанию окисляющей среды (O₂) в уменьшающуюся среду (CO₂, H₂S, органические кислоты, и т.д.).

[0188] Предложения для регулирования содержания кислорода включают: (1) деаэрация текучей среды до нагнетания в скважину, (2) добавление нормальных сульфидов для получения оксидов серы, но такие оксиды серы могут ускорять кислотную агрессию на металлических поверхностях, (3) добавления эриторбатов, аскорбатов, диэтилгидроксиамин или других вступающих в реакцию с кислородом соединений, которые добавляют к текучей среде до нагнетания в скважину; и (4) добавление ингибиторов коррозии или пассивирующих металл агентов таких как калия (щелочные) соли сложных гликолевых эфиров, этилоксилатов многоатомных спиртов или других аналогичные ингибиторов коррозии. Примеры ингибирующих кислород и коррозию агентов включают смеси тетраметилендиаминов, гексаметилендиаминов, 1,2-диаминциклогексана, головных фракций амина, или продуктов реакции таких аминов с частичными молевыми эквивалентами альдегидов. Другие агенты контроля кислорода включают салициловые и бензойные амиды полиаминов, применяемые в частности в щелочной среде, ацетилeндиолы с короткой цепью или аналогичные соединения, фосфатный эфир, борат глицеролы, соли мочевины и тиомочевины бисоксалидинов или другое соединение, которое либо поглощает кислород, вступает в реакцию с кислородом или иначе уменьшает или удаляет кислород.

Ингибиторы солей

[0189] Подходящий ингибиторы солей для применения в текучих средах данного изобретения включают, без ограничения этим, Na Минус-Нитрилoтриацетамид, поставляемый Clearwater International, LLC, Houston, Texas.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0190] На фиг. 1 показан вариант осуществления иллюстративной блок-схемы последовательности операций способа и системы данного изобретения, в общем, позиция 100, включающей модуль 102 ввода данных, модуль 104 выбора пласта или залежи- кандидата, модуль 106 технических расчетов, выходной модуль 108 и исполнительный модуль 110. Вводной модуль 102 принимает данные пласта или коллектора, геомеханики, площадки работ и спецификации скважины на этапе 1.1. Вводной модуль 102 также принимает данные свойств проппанта и свойств столбика проппанта на этапе 1.2. Указанные данные передаются в модуль 104 выбора пласта или залежи-кандидата. Модуль 104 выбора пласта или залежи-кандидата производит вычисления предварительного моделирования геометрии трещины гидроразрыва на этапе 2.1 и генерирует характеристические поверхности для отличающихся конфигураций столбиков для предварительного анализа на этапе 2.2. Кандидаты затем передаются на обусловленный пропуск этапа 112. Если кандидат не проходит этап 112, тогда управление передается вдоль пути НЕТ для выбора пласта отличающегося типа и/или проппанта/столбика отличающегося типа, позиция 114 и передается обратно во вводной модуль 102. Если кандидат проходит этап 112, тогда кандидат передается вдоль пути ДА для перехода на этап 116 усовершенствованного анализа. Управление затем передается на модуль 106 технических расчетов. Модуль 106 технических расчетов моделирует транспортировку столбика, применяя стандартные процедуры вычислительной гидродинамики на этапе 3.1. Модуль 106 технических расчетов также моделирует вдавливание столбика и смыкания трещины, применяя стандартные геомеханические расчеты на этапе 3.2, и выполняет анализ добычи и экономики на этапе 3.3, создавая законченную схему работ гидроразрыва пласта, включающую потенциальные оптимальные параметры гидроразрыва. После получения потенциальных оптимальных параметров гидроразрыва управление передается на этап 118 второго обусловленного пропуска. Если потенциальные оптимальные параметры гидроразрыва не отвечают целевым условиям гидроразрыва, тогда управление передается вдоль пути НЕТ на этап 120 модификации параметров технических расчетов и затем на этап 122 корректировки параметров гидроразрыва и затем обратно в модуль 106 технических расчетов. Если потенциальные оптимальные параметры гидроразрыва отвечают целевым условиям гидроразрыва, тогда управление передается вдоль пути ДА в выходной модуль 108. Выходной модуль 108 включает выпуск графика обработки, включающий проектное решение по перфорации, частота импульсов, оптимальное BHP, выбор проппанта, подъем добычи, и другие параметры работ гидроразрыва пласта. Оптимальные параметры гидроразрыва затем передаются на промысел для исполнения в исполнительном модуле 110. Исполнительный модуль 110 может включать в режиме, по существу, реального времени мониторинг показателей работы на этапе 5.1, на котором получают в режиме, по существу, реального времени данные гидроразрыва и модифицируют параметры гидроразрыва для дополнительного улучшения укладки проппанта и удельной проводимости трещины.

[0191] На фиг. 2 показан обычная порция закачки в варианте применения гидроразрыва. Импульсы текучей среды, включающие текучую среду с проппантом (серые) и текучую среду без проппанта (белая) нагнетаются вниз по стволу скважины и выходят через перфорации в стволе скважины для формирования агломерированных островков проппанта (серые) и пустых пространств (белые) в трещине. Каждая очередная порция текучей среды с проппантом должна укладывать дополнительные островки проппанта в трещине.

[0192] На фиг. 3 показан график сравнения проницаемости песчаного заполнения гидроразрыва и гидроразрыва со столбиками. На графике проницаемость прошедших гидроразрыв со столбиками пластов в зависимости от давлений смыкания трещины выше, чем при условии песчаного заполнения гидроразрыва, сформированного с помощью непрерывного нагнетания насосом содержащей проппант текучей среды в пласт без создания импульсов. На вставках внизу показана конфигурация проппанта и каналов потока в гидроразрыве со столбиками, слева узел образца полностью и справа, когда поверхности образца разведены. Нижние вставки фактически являются численной моделью, показывающей открытые каналы и столбики проппанта под напряжением, вызывающим смыкание трещины. Верхние правые и левые вставки получены из того-же численного моделирования. На нижней левой вставке показано завершенное построение с поверхностями трещины и столбиками проппанта, расположенными между ними. На нижней правой вставке показано точно такое же построение, но две поверхности трещины разделены, так что читатель смотрит прямо на островок проппанта (например, вид сверху).

[0193] На фиг. 4, показан график зависимости k_Fw от концентрации проппанта для конфигурации проппанта с частично заполненными монослоями (нижняя вставка) и конфигурации с полными монослоями (верхняя вставка). Ясно, что частично заполненные монослои имеют увеличенную удельную проводимость по сравнению с полными монослоями. Гидроразрыв со столбиками образует островки столбиков в трещинах, где столбики работают, как частичные монослои и поэтому имеют более высокую удельную проводимость, чем равномерно распределенные проппанты по типу монослоев.

[0194] На фиг. 5 показана схема базовой последовательности операций. Последовательность операций начинается с получения пластовых свойств, включает выполнение выбора кандидата, выполнение моделирования потоков и геомеханического моделирования, и выполнение технических расчетов параметров гидроразрыва для получения оптимальных проектных решений по BHP, оптимальных проектных решений по перфорациям, оптимальных проектных решений по импульсам и расходу и оптимального проектного решения по проппанту. Последовательность операций реализуется в итеративном процессе, где выбор кандидата, проектное решение по проппанту, проектное решение по импульсу, проектное решение по перфорации и проектное решение по BHP модифицируют и корректируют до генерирования оптимальных параметров гидроразрыва.

[0195] На фиг. 6, показана схема другой базовой последовательности операций. Последовательность операций начинается с получения промысловых данных и данных лабораторных исследований, которые передаются на геомеханическое моделирование геометрии гидроразрыва и калибровку геомеханического материала. После геомеханического моделирования и калибровки последовательность операций продолжается моделированием разрушения вдавливанием и смыкания трещины. Указанные данные затем применяются для генерирования характеристических поверхностей для быстрого анализа параметров проектного решения. Полученные в результате данные затем передаются на геомеханическое моделирование конфигурации столбика в итеративном процессе до генерирования оптимальных параметров гидроразрыва.

[0196] На фиг. 7 показана иллюстрация горизонтальной скважины с многочисленными трещинами, и схемы расположения поданного импульсами проппанта в конкретной трещине, в общем, позиция 700. На фигуре проиллюстрированы распределенные столбики проппанта, которые удерживают поверхности трещины открытыми, когда промежутки между столбиками действуют, как открытые каналы потока и улучшают в целом удельную проводимость. На фиг. 7 показаны последовательность импульсов 702, содержащих проппанты, и лишенных проппанта импульсов 704. Каждый содержащий проппант импульс 702 генерирует схему распределения островков 706 проппанта в трещине 708, как показано затененными профилями 710 сечения. Затененные сечения 710 иллюстрируют распределение проппанта в трещине от соответствующего импульса проппанта, где более темная центральная зона представляет самую высокую концентрацию проппанта, и где более темные части на краях не являются проппантом, но лишенными проппанта зонами, поскольку оригинальный чертеж был цветным, с красным центром и синими краями. На вставке 712 показан вид первого профиля 710a по ходу трещины. На вставке 714 показано множество островков 706 проппанта и множество путей 716 потока между ними.

[0197] На фиг. 8A и 8B показаны характеристические поверхности для выбора скважины-кандидата и ее оптимизации. На фиг. 8A показана характеристическая поверхность площади открытой трещины, как процент начальной площади трещины в зависимости от S_hmin в зависимости от Е пласта. На фиг. 8B показана характеристическая поверхность площади открытой трещины как процент начальной площади трещины в зависимости от депрессии и в зависимости от D/R (отношение расстояния между столбиками проппанта к среднему диаметру столбика). Данные характеристические поверхности затем используют для определeния, какие пласты (или залежи) должны иметь лучшие шансы на успех и удовлетворительную реакцию на укладку проппанта в виде кластеров. Когда пласт или скважина-кандидат выбран, характеристические поверхности можно также использовать для оптимизации рабочих параметров для конкретной скважины, таких как эксплуатационное забойное давление или депрессия для максимизации удельной проводимости трещины.

[0198] На фиг. 9A и 9B, показана операция не оптимизированной укладки проппанта кластерами с заканчиванием в сравнении с оптимизированной укладкой проппанта кластерами, также с заканчиванием. На фиг. 9A показана не оптимизированная конфигурация проппанта, в общем, позиция 1000, включающая центральный плотный островок 1002 проппанта и множество неявно выраженных и неудачно расположенных островков 1004 проппанта, распределенных неупорядоченно на расстоянии от центрального островка 1002. Конфигурация 1000 также включает неявно выраженные и неудачно расположенные пути 1006 потока, проходящие через конфигурацию 1000. В противоположность этому, как показано на фиг. 9B, оптимизированная конфигурация проппанта, в общем, позиция 1050, включает центральный плотный островок 1052 проппанта и множество удачно расположенных и явно выраженных удлиненных островков или столбиков 1054 проппанта и удачно расположенных и явно выраженных удлиненных путей 1056 потока, распределенных равномерно на расстоянии от центрального 1052 островка. Конфигурация 1050 также включает удлиненные пограничные столбики 1058 проппанта. Оптимальная конфигурация 1050 явно улучшила или оптимизировала укладку столбиков проппанта с получением в результате оптимизированной конфигурации пути потока. Конфигурация 1050, таким образом, состоит из центрального островка проппанта и множества чередующихся, равномерно уложенных, явно выраженных удлиненных островков или столбиков 1054 проппанта и, удачно расположенных и явно выраженных, удлиненных путей 1056 потока и удлиненных пограничных столбиков 1058 проппанта. Не оптимизированное распределение проппанта в данной трещине препятствует развитию соединенных открытых каналов, приводя к хаотической схеме расположения. В варианте не оптимизированной укладки проппанта, фиг. 9A, большая часть трещины заполнена сплошной массой проппанта и является одинаковой с обычной укладкой проппанта. С другой стороны, оптимизированная укладка проппанта, фиг. 9B дает к четко выраженные островки проппанта, продавленного дополнительно в трещины с регулярными /корректируемыми промежутками (т.e. отличающимися отношениями D/R), высокопроницаемыми открытыми каналами между столбиками и увеличенными эффективными отрезками длины трещины.

[0199] На фиг. 10A-10D, показан пример нагнетания с высоким расходом/ скоростью (> 70 барр/мин (11 м³/мин), результатом которого является неоптимальная конфигурация укладки проппанта в сравнении с нагнетанием со средним расходом /скоростью (50-55 барр/мин (8-9 м³/мин), результатом которого является улучшенная конфигурация укладки проппанта. На фиг. 10A-10B показаны CFD модели, которые имитируют схемы укладки проппанта, распределения и образования каналов, а на фиг. 10C-10D показаны геомеханические модели, которые имитируют смыкание трещины и эволюцию удельной проводимости на основе схем укладки, полученных из CFD моделей. На фиг. 10A показана конфигурация 1100 потока с высоким расходом/скоростью, проходящего через не оптимизированную конфигурацию 1110 проппанта, и на фиг. 10B показана конфигурация 1150 потока со средним расходом /скоростью, проходящего через конфигурацию 1160 по улучшенному проектному решению. Конфигурация 1100 потока с высоким расходом/скоростью включает каналы потока 1102, связанные с не оптимизированной конфигурацией 1110, показанной на фиг. 10C, которая включает центральный островок 1112 проппанта, множество боковых островков 1114 проппанта, и соответствующий путь 1116 потока. Конфигурация 1150 потока со средним расходом /скоростью, связанная с конфигурацией 1160 по улучшенным проектному решению, как показано на фиг. 10D, включает удлиненные островки 1152 проппанта и удлиненные пути 1154 потока. Конфигурация 1160 проппанта по улучшенному проектному решению включает центральный островок 1162 проппанта, множество радиально удлиненных островков 1164 проппанта, удлиненные пограничные островки 1166 и связанные пути 1168 потока. Ясно, что улучшенное проектное решение по 1160 и связанная улучшенная конфигурация 1150 потока имеют более четко выделенную и упорядоченную конфигурацию каналов потока при средних расходах или скоростях прохода через улучшенную конфигурацию проппанта по сравнению с проходом с высокими расходами или скоростями через не оптимизированную конфигурацию проппанта. Таким образом, улучшенные проектные решения обеспечивают улучшенный поток добычи или нагнетания при средних расходах или скоростях. При относительно более высоких расходах или скоростях на входе импульсная подача дает схему укладки проппанта, которая является хаотичной, и ограниченные каналы потока, которые не соединены. При уменьшении расхода ниже некоторого порога, столбики проппанта начинают формироваться и устанавливается соединение между каналами потока, при этом трещина остается открытой при оптимизированной конфигурации, противодействующей смыканию.

[0200] На фиг. 11A-11D показан более длинный перфорационный интервал (~ 170 фут(52 м), дающий улучшенную конфигурацию укладки проппанта в сравнении с более коротким перфорационным интервалом (~ 85 фут(26 м) имеющим не оптимальную конфигурацию укладки проппанта. На фиг. 11A-11B показаны CFD модели, которые имитируют схемы укладки проппанта, распределения и образования каналов, а на фиг. 11C-11D показаны геомеханические модели, которые имитируют эволюцию смыкания трещины и удельной проводимости на основе схем, полученных из CFD моделей. На фиг. 11A показана конфигурация 1200 потока, проходящего через улучшенную конфигурацию 1210 столбиков проппанта на основе более длинного перфорационного интервала и имитируемая конфигурация 1250 потока, проходящего через неоптимальную конфигурацию 1260 столбика проппанта на основе более короткого перфорационного интервала показана на фиг. 11C. Имитируемая конфигурация 1200 потока включает радиально удлиненные островки 1202 проппанта и связанные каналы 1204 потока. Улучшенная конфигурация столбика 1210 проппанта включает центральный островок 1212 проппанта, множество боковых островков 1214 проппанта, и соответствующие пути 1216 потока. На фиг. 11B показана имитируемая конфигурация 1250 потока, которая включает радиально удлиненные островки 1252 проппанта и связанные радиально удлиненные пути 1254 потока. Неоптимальная конфигурация столбиков 1260 проппанта, как показано на фиг. 11D включает центральный островок 1262 проппанта, множество боковых островков 1264 проппанта и соответствующие пути 1266 потока. Ясно, что улучшенное проектное решение 1210 и связанная улучшенная конфигурация 1200 потока имеют увеличенную конфигурацию столбика проппанта, включающую увеличенную выраженную и регулярную конфигурацию канала потока, полученную в результате из более длинных перфорационных интервалов чем в конфигурация канала потока, полученной в результате из более коротких перфорационных интервалов. Таким образом, способы настоящего изобретения не только обеспечивают оптимизацию укладки проппанта на основе пластовых свойств и свойств проппанта, но также одновременную оптимизацию перфорационных интервалов, дающую в результате улучшенный гидроразрыв пласта и улучшенную добычу из пласта или улучшенное нагнетание в пласт. Более длинные перфорации более эффективно распределяют части проппанта в трещине и обеспечивают оптимальный охват по высоте. Когда перфорированный интервал уменьшается за некоторый порог; эффективная площадь трещины (диктуемая охватом собранного в кластеры проппанта) уменьшается, и удельная проводимость теряется.

[0201] На фиг. 12 показан CFD анализ трех отличающийся частот импульсов: проектного решения по импульсам низкой частоты, проектного решения по импульсам средней частоты или оптимальным, и проектного решения по импульсам высокой частоты на основе графика 1300 характеристической поверхности. На фиг. 12 также показаны три имитируемых конфигурации канала потока: для решения по низкочастотному импульсу 1302, решения по среднечастотному или оптимальному импульсу 1304 и решения по высокочастотному импульсу 1306. Сравнение трех конфигураций канала потока, показывает в конфигурации 1304 канала потока в результате проектного решения по среднечастотному или оптимальному импульсу более равномерный поток по всей структуре со столбиками проппанта, чем в конфигурациях 1302 и 1306 потока, связанных с проектным решением по низкочастотному импульсу и проектным решением по высокочастотному импульсу, соответственно. Отношение (D/R) промежутков к диаметру для столбиков проппанта можно корректировать. С увеличением частоты импульсов (или уменьшением времени, проходящего между каждым импульсом подачи проппанта), отношение D/R уменьшается: в результате получены более тесно стоящие столбики. Например (и на основе характеристических поверхностей); для относительно мягкого пласта или при высоких депрессиях, частоту импульсов следует корректировать для оптимизации промежутков между столбиками для достижения некоторого отношения D/R (D/R <1), при котором трещина остается открытой, и удельная проводимость превышает некоторый порог. При увеличении отношения D/R и/или увеличении промежутков между каждым столбиком в виде кластера проппанта увеличивается; трещины стремятся закрыться, поскольку не опирающаяся площадь пролета между каждым столбиком проппанта увеличивается, поскольку напряжение, вызывающее смыкание трещин уменьшается.

[0202] На фиг. 13A-D показана конфигурация укладки проппанта для проектного решения по низкочастотному импульсу и по среднечастотному или оптимальному импульсу. На фиг. 13A-B показаны CFD модели, которые имитируют схемы укладки проппанта, распределения и образования каналов, а на фиг. 13C-D показаны геомеханические модели, которые имитируют эволюцию смыкания трещины и удельной проводимости на основе схем, полученных из CFD моделей. На фиг. 13A показана имитируемая конфигурация 1400 канала потока, на фиг. 13C показана связанная конфигурация 1410 столбика проппанта на основе проектного решения по низкочастотному импульсу фиг. 13A, и на фиг. 13D показана имитируемая конфигурация 1450 канала потока и связанная конфигурация столбика проппанта 1460 на основе по среднечастотному или оптимальному импульсу решения по среднечастотному и оптимальному импульсу фиг. 13B. Имитируемая конфигурация 1400 потока включает радиально удлиненные островки 1402 проппанта и связанные каналы 1404 потока. По улучшенному проектному решению конфигурация 1410 столбика проппанта включает центральный островок 1412 проппанта, множество боковых островков 1414 проппанта, и соответствующие пути 1416 потока. Имитируемая конфигурация 1450 канала потока, включает радиально удлиненные островки 1452 проппанта и связанные радиально удлиненные пути 1454 потока. Оптимизированная конфигурация 1460 столбика проппанта включает центральный островок 1462 проппанта, множество боковых островков 1464 проппанта, и соответствующие пути 1466 потока. Ясно, что оптимизированная конфигурация 1460 проектного решения столбика проппанта показывает улучшенную схему островка проппанта и пути потока, имеющую больше столбиков и путей чем конфигурация 1410 столбика проппанта по улучшенному проектному решению. Таким образом, способы настоящего изобретения не только обеспечивает оптимизацию укладки проппанта на основе пластовых свойств и свойств проппанта, но также одновременную оптимизацию проектного решения по импульсу, дающую улучшенный гидроразрыв пласта и улучшенную добычу из пласта или улучшенное нагнетание в пласт. При относительно низких частотах импульсов (интервалы между импульсами 35 с) промежутки между столбиками увеличиваются, и трещина стремится к смыканию в направлении к вершине. Когда частота импульсов увеличивается (интервалы между импульсами 20 с): промежутки между столбиками (площадь без опоры между каждым столбиком проппанта в виде кластера) уменьшаются. Данное приводит к улучшенному сопротивлению смыканию, более высокой удельной проводимости и увеличенному эффективному отрезку длины (отрезкам) трещины. Поэтому улучшенное проектное решение (со схемой регулярного расположения столбиков в виде кластера) может быть дополнительно оптимизировано корректировкой частоты импульсов работы.

[0203] На фиг. 14 показан график соответствующих вычисленных дебитов на основе удельной проводимости 1500 трещины, который дает прогнозы добычи для проектного решения по оптимизированному импульсу для трещины, проектного решения по улучшенному импульсу для трещины и проектного решения по обычной трещине (без импульсов). Над графиком 1500 показаны модели удельной проводимости трещины на основе модели потока и геомеханической модели, в том числе модель 1502 трещины с оптимизированной удельной проводимостью в сравнении с неоптимизированной, а также модель 1504 трещины с улучшенной удельной проводимостью и модель 1506 трещины с обычной удельной проводимостью. На фигурах также показаны связанные модели коллектора на основе карты удельной проводимости генерируемой из модели потока и геомеханической модели, в том числе моделей 1508, 1510 и 1512 коллектора, соответственно. Ясно, что, проектные решения 1502 и 1504 по улучшенному и оптимизированному импульсу дают улучшенную конфигурацию столбика проппанта и улучшенную удельную проводимость трещины, которые должны соответствовать значительному увеличению в эксплуатационных дебитах пласта или приемистости пласта по нагнетанию. Укладка проппанта в виде кластеров вследствие пульсирующего действия обеспечивает повышение дебита в сравнении с обычными методиками. Данный прогноз можно дополнительно улучшить, если работа оптимизирована (посредством корректировок проектного решения расхода, частоты импульсов и длине перфорации), что приводит прогнозируемому увеличению дебита на ~ 20-30%. Также, способы данного изобретения обеспечивают генерирование оптимизированных параметров работ гидроразрыва до начала работ гидроразрыва на основе несколько большего, чем свойства и характеристики пласта и свойства и характеристики проппанта. В способах получают указанные данные и применяют геомеханический анализ и анализ потока для итеративного варьирования частиц проппанта, проектного решения по BHP, проектного решения по перфорации, и проектного решения по импульсам текучей среды до генерирования оптимальных параметров гидроразрыва для данного варианта применения гидроразрыва. Данные оптимальные параметры гидроразрыва затем применяют для выполнения варианта применения гидроразрыва. Здесь также, данные оптимальные параметры гидроразрыва можно модифицировать или корректировать в режиме, по существу, реального времени для корректировки одного, некоторых или всех параметров на основе скважинных данных, собранных, проанализированных, переданных и использованных во время работ гидроразрыва.

[0204] На фиг. 15 приведена таблица, показывающая дзета-потенциал в mV и связанную склонность к агрегации проппанта, имеющего табличные величины дзета-потенциала. Одним важным аспектом данного изобретения является оптимизация свойств проппанта. Свойства агрегации проппанта можно варьировать посредством применения агрегирующих композиций изобретения. Данные агрегирующие композиции формируют частичное или полное покрытие на частицах проппанта, значительно изменяя потенциал агрегации частиц. В примерах, показанных на графике зависимости дзета-потенциала в от типа проппанта, необработанный диоксид кремния имеющий дзета-потенциал около -47,85, имеет слабую склонность к агрегированию, но после обработки SandAid, аминофосфатной агрегирующей композицией, поставляемой Weatherford International, обработанный диоксид кремния имеет дзета-потенциал около -1,58. Таким образом, обработка изменяет проппант с не агрегирующего проппанта на максимально агрегирующий проппант. Аналогичное изменение также имеет место для частного случая угля, где необработанный уголь имеют дзета-потенциал около -28,37, а обработанный уголь имеет дзета-потенциал около 1,194, здесь пороговый агрегирующий проппант преобразован в максимально агрегирующий проппант. Из данного графика ясно, что варьированием необработанного и обработанного проппанта композицию проппанта можно оптимизировать для данной работы гидроразрыва.

[0205] На фиг. 16, обычный гидроразрыв пласта показан на включают этапе закачки жидкости гидроразрыва в пласт без проппанта, стадии ступенчатой закачки проппанта, в том числе без проппанта и с импульсами подачи проппанта и текучей среды согласно циклу импульсов и заканчивания в подготовке скважины к эксплуатации. Хотя импульсы здесь показаны равными, импульсы могут быть одинаковыми или отличающимися на каждом этапе.

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0206] Технические расчеты и оптимизация операции укладки проппанта в виде кластеров могут быть получены в рамках соединенных CFD и геомеханической последовательности операций. Данная последовательность операций может быть выполнена в различных пластах (мягкой или твердой горной породы; обычных или необычных залежей), и моделирование может быть выполнено для любой скважинной конфигурации трещин (горизонтальных, вертикальных, наклонно-направленных скважин; одной или многочисленных трещинах, сложных сетей трещин).

[0207] На фиг. 17A-17D показаны пласты отличающихся типов на различных глубинах и их соответствующее напряженное состояние показано в виде графика на характеристических поверхностях. Кружок в точке на графике (кружки) на каждой фигуре представляют риск смыкания трещины (например, на основе % открытия) для каждого пласта. Например, для пласта типа Utah Vernal (относительно прочный, глубокого бурения, низкий градиент напряжений). Здесь также, характеристические поверхности в оригинале были показаны цветными темно синим цветом сверху и темно красным снизу. На основе результатов вычислительного анализа следующая комбинация параметров проектного решения приводит к оптимальному проектному решению и показана на фиг. 18.

[0208] Когда тип пласта (пластов) меняется: параметры проектного решения следует корректировать и оптимизировать. Например, к более прочным пластам, с более высоким модулем продольной упругости >30 ГПа и относительно малым глубинам от около 7000 фут (2134 м) до около 8500 фут (2591 м) можно приспосабливаться с относительно более высокими интервалами между импульсами, от около 20 с до около 30 с для поддержания удельной проводимости трещины. Примеры таких пластов или залежей включают Utah Vernal, Barnett, Horn River, или аналогичные залежи на основе их усредненных свойств пластов; при относительно более мягких породах, имеющих модуль продольной упругости <20 ГПа и большие глубины между около 11000 фут (3353 м) и около 12000 фут (3658 м) могут потребоваться интервалы между импульсами от около 10 с до около 20 с. Примеры таких залежей включают Haynesville, EagleFord, или аналогичные залежи на основе их усредненных свойств пластов. Для других залежей, которые имеют данные промежуточные, относительно указанных (например, по типу пластов Marcellus), можно применять аналогичную последовательность операций для выхода на оптимальные параметры проектного решения. В общем, более высокие расходы нагнетания, составляющие от около 70 до больше 70 барр/мин (11 м3/мин) приводят к хаотичному формированию столбиков. Для образования более упорядоченной схемы столбиков в виде кластеров расходы нагнетания принимают от около 50 барр/мин (8 м3/мин) и около 55 барр/мин (9 м3/мин), или более низкие впускные скорости на входе, составляющие около 2 м/с, и промежуточные интервалы между импульсами с величиной около 30 с приводят более упорядоченным конфигурациям столбиков, где промежутки можно дополнительно корректировать, варьируя интервалы между импульсами. Относительно длинные равномерно разнесенные кластеры перфорации приводят к увеличенной площади охвата проппантом.

[0209] Все ссылки в данном документе включены в него в виде ссылок. Хотя изобретение раскрыто со ссылкой на его предпочтительные варианты осуществления, из прочтения данного описания специалист в данной области техники может понять изменения и модификации, которые можно выполнить без отхода от объема и сущности изобретения, описанного выше и заявленного ниже в данном документе.