Способы гидроразрыва подземных скважин

Изобретение относится к способам формирования расклиненных трещин в частях подземных формаций. Технический результат - повышение эффективности создания трещин. Способ формирования расклиненной трещины содержит подготовку трещины, имеющей дальнюю от скважины область и ближнюю к скважине область, размещение частиц первого расклинивающего наполнителя, по меньшей мере, частично покрытых клейким веществом, размещение части частиц второго расклинивающего наполнителя, имеющих более крупный размер по шкале грохочения, чем частицы первого расклинивающего наполнителя, в ближней к скважине области трещины для формирования высокопористого расклиненного участка в ближней к скважине области. Способ стимулирования продуктивного интервала содержит гидравлический разрыв для создания трещины, имеющей дальнюю от скважины область и ближнюю к скважине область, размещение части частиц первого расклинивающего наполнителя, по меньшей мере, частично покрытых клейким веществом, в дальней от скважины области трещины и размещение части частиц указанного выше второго расклинивающего наполнителя в ближней к скважине области трещины для формирования высокопористого расклиненного участка в ближней к скважине области. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Настоящее изобретение относится к способам формирования расклиненных трещин в частях подземных формаций. Добывающие скважины (такие как добывающие углеводороды скважины или добывающие воду скважины) часто стимулируют гидравлическим разрывом. При проведении гидравлического разрыва вязкую жидкость для гидроразрыва, которая также выполняет функцию несущей жидкости, закачивают насосом в часть подземной формации с такими расходом и давлением, что подземная формация разрушается, и образуется одна или несколько трещин. Обычно измельченные твердые вещества, такие как фракционированный песок, суспендируют в части жидкости для гидроразрыва и затем осаждают в трещинах. Эти измельченные твердые вещества или частицы расклинивающего наполнителя служат для предотвращения полного смыкания трещин сразу же после устранения гидравлического давления. Удерживая трещину от полного смыкания, частицы расклинивающего наполнителя способствуют образованию проводящих путей, через которые могут протекать жидкости.

Широко используемые частицы расклинивающего наполнителя обычно содержат, по существу, сферические частицы, такие как фракционированный песок, боксит, керамика или даже ореховая скорлупа. Как правило, частицы расклинивающего наполнителя помещают в трещину в такой концентрации, что они образуют плотную набивку частиц. К сожалению, в таких традиционных операциях, когда трещины смыкаются на частицах расклинивающего наполнителя, частицы могут крошиться или уплотняться, потенциально формируя скорее непроницаемые или низкопроницаемые массы внутри трещины, чем желательные высокопроницаемые массы, такие низкопроницаемые массы могут забить проток жидкостей внутри формации. Более того, частицы расклинивающего наполнителя могут внедряться в особенно мягкие формации, отрицательно влияя на производительность.

Степень успеха операции разрыва зависит по меньшей мере частично от пористости трещины и проводимости сразу после прекращения операции разрыва и начала добычи. Традиционные операции разрыва вводят большой объем частиц расклинивающего наполнителя в трещину, и пористость забитой в результате расклинивающим наполнителем трещины связана с соединенными между собой промежуточным зазором граничащими частицами расклинивающего наполнителя. Таким образом, пористость трещины, полученная в результате традиционной операции разрыва, тесно связана с прочностью размещенных частиц расклинивающего наполнителя (если размещенные частицы крошатся, то кусочки разрушенного расклинивающего наполнителя могут закупоривать промежуточные зазоры) и размеров и формы размещенных частиц (более крупные, более сферические частицы расклинивающего наполнителя обычно дают увеличенные промежуточные зазоры между частицами).

Один из предложенных путей решения проблем, свойственных плотным набивкам частиц расклинивающего наполнителя, предусматривает размещение значительно уменьшенного объема частиц расклинивающего наполнителя в трещине для создания высокопористой набивки частиц расклинивающего наполнителя, такую набивку можно было бы охарактеризовать как частичный монослой. В частичных монослоях частицы расклинивающего наполнителя внутри трещины могут быть расположены с широкими промежутками, но все-таки достаточно близко, чтобы удерживать трещину открытой и обеспечивать добычу. Частичные монослои делают возможной увеличенную проводимость трещины, благодаря по меньшей мере частично тому факту, что добываемые жидкости могут течь вокруг расположенных с широкими промежутками частиц расклинивающего наполнителя скорее, чем только через относительно малые промежуточные зазоры в традиционном набитом слое частиц расклинивающего наполнителя.

Хотя концепция частичных монослоев для применения для гидроразрыва была исследована в промышленности, эта концепция не находит успешного применения по нескольким причинам. Одной из проблем является то, что успешное размещение частичного монослоя частиц расклинивающего наполнителя ставит уникальные вопросы по относительным плотностям частиц против несущей жидкости. Другая проблема заключается в том, что размещение расклинивающего наполнителя, который имеет склонность к измельчению или внедрению под давлением, может дать возможность трещине сжаться или сомкнуться местами сразу после сброса давления гидроразрыва. Еще одной проблемой является то, что частицы могут иметь тенденцию располагаться с промежутками неровно или располагаться с промежутками скорее индивидуально, чем скоплениями, и поэтому они создают более тонкую или меньшую, чем желательная, трещину сразу после сброса давления гидроразрыва.

Согласно изобретению создан способ формирования расклиненной трещины, содержащий следующие стадии:

подготовка трещины в части подземной формации, имеющей дальнюю от скважины область и ближнюю к скважине область;

размещение части частиц первого расклинивающего наполнителя, по меньшей мере частично покрытых клейким веществом, в дальней от скважины области трещины;

размещение части частиц второго расклинивающего наполнителя, имеющих более крупный размер по шкале грохочения, чем частицы первого расклинивающего наполнителя, в ближней к скважине области трещины для формирования высокопористого расклиненного участка в ближней к скважине области.

Частицы первого расклинивающего наполнителя могут составлять от около 40% до около 90% по массе всех частиц используемого расклинивающего наполнителя и содержат по меньшей мере одно из следующего: частицы низкокачественного расклинивающего наполнителя, частицы песка, частицы боксита, керамические частицы, частицы стекла, полимерные частицы, частицы Teflon®, частицы ореховой скорлупы, содержащие отвержденные частицы смолы кусочки ореховой скорлупы, частицы переработанной древесины, композиционные частицы, полученные из связующего и частиц наполнителя, содержащие диоксид кремния, оксид алюминия, коллоидный углерод, сажу, графит, слюду, диоксид титана, метасиликат, силикат кальция, каолин, тальк, оксид циркония, бор, летучую золу, полые стеклянные микросферы или частицы твердого стекла.

Клейкое вещество может содержать неводное повышающее клейкость вещество, водное повышающее клейкость вещество, силил-модифицированный полиамид, состав на основе отверждаемой смолы или их сочетание.

Неводное повышающее клейкость вещество может дополнительно содержать многофункциональный материал, материал, содержащий по меньшей мере одно из следующих веществ: альдегид, диальдегид, глутаральдегид, полуацеталь, высвобождающий альдегид соединение, галогенид дикислоты, дигалогенид, дихлорид, дибромид, ангидрид поликислоты, лимонная кислота, эпоксид, конденсат фурфурола, конденсат глутаральдегида или конденсат альдегида.

Водное повышающее клейкость вещество может содержать по меньшей мере одно из следующих веществ: полиметилакрилат, полибутилакрилат, поли-2-этилгексилакрилат, полиметилметакрилат, полибутилметакрилат, поли-2-этилгексилметакрилат, полимер акриловой кислоты, полимер сложного эфира акриловой кислоты, полимер производного акриловой кислоты, гомополимер акриловой кислоты, гомополимер сложного эфира акриловой кислоты, сомополимер сложного эфира акриловой кислоты, полимер производного метакриловой кислоты, гомополимер метакриловой кислоты, гомополимер сложного эфира метакриловой кислоты, полимер сульфоната акриламидо-метил-пропана, полимер производного сульфоната акриламидо-метил-пропана, сополимер сульфоната акриламидо-метил-пропана или сополимер акриловая кислота/акриламидо-метил-пропан-сульфонат.

Отверждаемая смола может содержать, по меньшей мере, одно из следующих веществ: двухкомпонентая смола на эпокси-основе, смола на основе глицидилового простого эфира, смола на основе бутоксиметил-бутил-глицидилового простого эфира, новолачная смола, полиэпоксидная смола, мочевино-альдегидная смола, уретановая смола, полиуретановая смола и их гибриды и сополимеры, фенольная смола, фенол-альдегидная смола, смола на основе диглицидилового простого эфира бисфенола А, смола на основе бисфенол А-эпихлоргидрина, фенолоформальдегидная смола, фенольная/латексная смола, фурановая смола, смола на основе фурана/фурфурилового спирта, смола на основе сложного полиэфира и их гибриды и сополимеры, или акрилатная смола.

Можно формировать частичный монослой размещением частиц, покрытых клейким материалом, для формирования разнесенных опор, способных расклинивать трещину.

Частичный монослой можно формировать размещением частиц не способного деградировать расклинивающего наполнителя вместе со способными деградировать частицами так, что способные деградировать частицы деградируют после размещения частиц второго расклинивающего наполнителя с образованием высокопористой расклиненной трещины.

Частицы второго расклинивающего наполнителя могут содержать, по существу, несферические частицы, каждая из которых имеет соотношение геометрических размеров и наиболее длинную ось, имеющую длину от около 0,02 дюйма до около 0,3 дюйма.

Частицы второго расклинивающего наполнителя могут содержать частицы высококачественного расклинивающего наполнителя.

Частицы второго расклинивающего наполнителя могут содержать, по меньшей мере, один пластик высокой плотности и усиливающий материал.

Частицы второго расклинивающего наполнителя могут содержать частицы не способного деградировать расклинивающего наполнителя и способные деградировать частицы.

Способные деградировать частицы могут содержать, по меньшей мере, одно из следующего: деградирующая в масле частица, выбранная из группы, состоящей из полиакриловых производных, полиамида, полиолефина, полиэтилена, полипропилена, полиизобутилена и полистирола, деградирующая в воде частица, выбранная из группы, состоящей из полисахарида, хитина, хитозана, протеина, алифатического сложного полиэфира, полилактида, полигликолида, поли-ε-капролактона, полигидроксибутирата, полиангидрида, алифатического или ароматического поликарбоната, сложного полиортоэфира, полиаминокислоты, полиэтиленоксида, полифосфазена, дегидратированной соли, полиадипинового ангидрида, полипробкового ангидрида, полисебацинового ангидрида, поли(додекандиоевого ангидрида), поли(малеинового ангидрида), полибензойного ангидрида и материала твердого безводного бората.

Способная деградировать частица может составлять от около 10% до около 90% частиц второго расклинивающего наполнителя.

Трещину можно создавать в части подземной формации гидравлическим разрывом.

Согласно изобретению создан способ стимулирования продуктивного интервала, содержащий следующие стадии:

гидравлический разрыв в части подземной формации для создания трещины, имеющей дальнюю от скважины область и ближнюю к скважине область,

размещение части частиц первого расклинивающего наполнителя, по меньшей мере частично покрытых клейким веществом, в дальней от скважины области трещины,

размещение части частиц второго расклинивающего наполнителя, имеющих более крупный размер по шкале грохочения, чем частицы первого расклинивающего наполнителя, в ближней к скважине области трещины для формирования высокопористого расклиненного участка в ближней к скважине области.

Частицы первого расклинивающего наполнителя могут составлять от около 40% по массе до около 90% по массе всех используемых частиц расклинивающего наполнителя и содержат низкокачественные частицы.

Частичный монослой можно формировать размещением частиц расклинивающего наполнителя, покрытых клейким материалом, для формирования разнесенных опор, способных расклинивать трещину, или размещением не способных деградировать частиц расклинивающего наполнителя вместе со способными деградировать частицами так, что способные деградировать частицы деградируют после размещения частиц второго расклинивающего наполнителя с образованием высокопористой расклиненной трещины.

Характерные особенности и преимущества данного изобретения станут очевидными для специалистов при чтении описания воплощений, которое следует далее.

Настоящее изобретение относится к способам формирования расклиненных трещин в частях подземных формаций, включающим размещение частиц расклинивающего наполнителя в, по меньшей мере, одной трещине для формирования проводящей расклиненной трещины. Способы по данному изобретению используют, по меньшей мере, два типа частиц расклинивающего наполнителя. Частицы первого расклинивающего наполнителя, используемого в способах по данному изобретению, содержат частицы расклинивающего наполнителя, которые по меньшей мере частично покрыты клейким веществом. Частицы расклинивающего наполнителя, покрытые клейким веществом, имеют тенденцию объединяться в трещине, уменьшая тем самым обратный поток расклинивающего наполнителя и других частиц во время добычи. Частицы первого расклинивающего наполнителя размещают в дальней от скважины части трещины. Термин «дальняя от скважины» относится к части трещины, которая является дистальной по отношению к скважине и проксимальной к концу трещины. Термин «клейкое вещество» относится к материалу, который способен покрывать частицы расклинивающего наполнителя и который обнаруживает липкий или клейкий характер (такому как смола или вещество для повышения клейкости), так что частицы расклинивающего наполнителя, которые имеют на них адгезив, склонны создавать кластеры или агрегаты. Термин «липкий» во всех его формах обычно относится к веществу, имеющему такой характер, что оно является (или может быть активировано, чтобы стать) до некоторой степени липким на ощупь.

Частицы второго расклинивающего наполнителя, используемого в способах по данному изобретению, должны быть способны к формированию частичного монослоя в трещине. Термин «частичный монослой» относится к высокопористой набивке частиц расклинивающего наполнителя в трещине, в которой частицы расклинивающего наполнителя широко разнесены, но еще способны удерживать трещину открытой. В некоторых воплощениях данного изобретения термин «высокопористый» относится к пористостям более чем около 40%. В других воплощениях данного изобретения термин «высокопористый» относится к пористостям более чем около 43%. В других воплощениях данного изобретения термин «высокопористый» относится к пористостям более чем около 45%. В других воплощениях данного изобретения термин «высокопористый» относится к пористостям более чем около 50%. В других воплощениях данного изобретения термин «высокопористый» относится к пористостям более чем около 55%. В других воплощениях данного изобретения термин «высокопористый» относится к пористостям более чем около 60%. В других воплощениях данного изобретения термин «высокопористый» относится к пористостям более чем около 70%. Частицы второго расклинивающего наполнителя помещают в ближней к скважине части трещины, по существу, вблизи области размещения частиц первого расклинивающего наполнителя. Термин «ближняя к скважине» относится к части трещины, которая является, по существу, соседней или проксимальной к скважине и дистальной по отношению к концу трещины.

Настоящее изобретение позволяет трещине быть расклиненной так, что большая часть частиц расклинивающего наполнителя является частицами низкокачественного, менее ценного первого расклинивающего наполнителя. Остальные частицы расклинивающего наполнителя, необходимые для расклинения трещины, могут быть высококачественными, стойкими к раздавливанию частицами расклинивающего наполнителя, который помещают в трещину как частичный монослой. Помещением частиц первого расклинивающего наполнителя в дальнюю от скважины часть трещины и частиц второго расклинивающего наполнителя в ближнюю к скважине часть трещины трещина может быть расклинена и проводимость трещины обеспечена при значительно более низкой стоимости по сравнению с традиционными способами. Соответственно, настоящее изобретение относится к способам формирования расклиненной трещины, содержащим подготовку трещины, имеющей дальнюю от скважины область и ближнюю к скважине область в части подземной формации, подготовку частиц первого расклинивающего наполнителя, по меньшей мере частично покрытых клейким веществом, размещение частиц первого расклинивающего наполнителя в дальней от скважины области трещины, подготовку частиц второго расклинивающего наполнителя, способных формировать частичный монослой, и размещение частиц второго расклинивающего наполнителя в ближней к скважине области трещины для формирования высокопористого расклиненного участка в ближней к скважине области.

Частицы первого расклинивающего наполнителя, используемые в способах по данному изобретению, могут быть какими-либо частицами, которые по меньшей мере частично покрыты клейким веществом. Как обсуждалось выше, частицы расклинивающего наполнителя могут быть использованы для расклинивания трещин, и, когда они покрыты клейким веществом, частицы расклинивающего наполнителя могут объединяться в трещине, уменьшая тем самым обратный поток расклинивающего наполнителя и других частиц во время добычи. В некоторых воплощениях частицы первого расклинивающего наполнителя составляют от около 40% до около 90% всех частиц расклинивающего наполнителя, используемого в трещине.

Частицы некоторых расклинивающих наполнителей, известных в технике, могут быть подходящими для применения в качестве частиц первого расклинивающего наполнителя по данному изобретению. Примеры частиц подходящего первого расклинивающего наполнителя включают, но без ограничения указанным, песок, боксит, керамические материалы, стекломатериалы, полимерные материалы, материалы Teflon®, измельченную ореховую скорлупу, частицы оболочек семян, содержащие отвержденные частицы смолы кусочки ореховой скорлупы, содержащие отвержденные частицы смолы кусочки оболочек семян, кусочки околоплодников, содержащие отвержденные частицы смолы кусочки околоплодников, переработанную древесину, композиционные частицы, полученные из связующего и частиц наполнителя, включая диоксид кремния, оксид алюминия, коллоидный углерод, сажу, графит, слюду, диоксид титана, метасиликат, силикат кальция, каолин, тальк, оксид циркония, бор, летучую золу, полые стеклянные микросферы и твердое стекло и их сочетания.

В основном, подходящие частицы первого расклинивающего наполнителя имеют такой размер, что предотвращается извлечение из формации мелочи формации, которая может мигрировать с добываемыми жидкостями. Частицы первого расклинивающего наполнителя, используемого в способах по данному изобретению, могут иметь любое сочетание размера и формы, которое известно в технике как подходящее для применения в операции гидроразрыва. Обычно, когда частицы выбранного расклинивающего наполнителя являются, по существу, сферическими, подходящие частицы расклинивающего наполнителя имеют размеры в пределах от около 2 до около 400 меш серии сит США. В некоторых воплощениях данного изобретения частицы расклинивающего наполнителя имеют размеры в пределах от около 8 до около 100 меш серии сит США. Специалист в данной области техники с помощью данного описания может определить предпочтительный размер частиц первого расклинивающего наполнителя на основе, например, распределения частиц формации, которые должны быть задержаны частицами первого расклинивающего наполнителя.

Хотя частицы первого расклинивающего наполнителя обычно, по существу, сферические, подходящие примеры также включают все известные формы материалов, включая такие, как волокнистые материалы, полигональные материалы (такие как кубические материалы) и их смеси. В некоторых воплощениях данного изобретения может быть желательным использование, по существу, несферических частиц первого расклинивающего наполнителя. Подходящие, по существу, несферические частицы первого расклинивающего наполнителя могут быть кубическими, полигональными, волокнистыми или любой другой несферической формы. Такие, по существу, несферические частицы первого расклинивающего наполнителя могут быть, например, кубической формы, прямоугольной формы, в форме стержня, в форме эллипса, конусообразной формы, в форме пирамиды или цилиндрической формы.

В некоторых предпочтительных воплощениях данного изобретения частицы низкокачественного расклинивающего наполнителя могут быть использованы в качестве частиц первого расклинивающего наполнителя.

Используемый здесь термин «частицы низкокачественного расклинивающего наполнителя» относится к частицам расклинивающего наполнителя, которые не соответствуют по меньшей мере одному из стандартов сферичности, закругленности, размеру, мутности, растворимости в кислоте, относительной доли мелочи или сопротивления раздавливанию, которые перечислены в стандарте Американского нефтяного института номер 56 для частиц, используемых в операциях разрыва.

Стандарт 56 описывает минимальный стандарт сферичности как по меньшей мере 0,6 и закругленности как по меньшей мере 0,6. Используемые здесь термины «сферичность» и «закругленность» определены, как описано в указанном стандарте, и могут быть определены с использованием процедур, установленных в нем. Данный стандарт устанавливает также некоторые широко известные размеры расклинивающего наполнителя, такие как 6/12, 8/16, 12/20, 20/40, 30/50, 40/70 и 70/140. Стандарт 56 дополнительно отмечает, что минимальная относительная доля частиц та, которая может оказаться между обозначенными размерами песка, и что не более чем 0,1 мас.% частиц должны быть более крупными частицами, чем более крупный размер песка, и не более чем 1 мас.% частиц должны быть более мелкими, чем меньшая крупность песка. Так, для расклинивающего наполнителя 20/40 не более чем 0,1 мас.% частиц должно быть более крупными, чем 20 меш США, и не более чем 1 мас.% частиц должно быть менее крупными, чем 40 меш США.

В указанном стандарте приведен минимальный стандарт для мутности частиц расклинивающего наполнителя как 250 FTU или менее. Стандарт 56 описывает минимальный стандарт для растворимости в кислоте как потерю не более чем 2 мас.% при испытании согласно процедурам данного стандарта для расклинивающего наполнителя с крупностью между 6/12 меш и 30/50 меш серии сит США и как потерю не более 3 мас.% при испытании согласно процедурам данного стандарта для расклинивающего наполнителя с крупностью между 40/70 меш и 70/140 меш серии сит США. Согласно стандарту 56 растворимость в кислоте частиц расклинивающего наполнителя (т.е. песка) в растворе хлороводородной-фтороводородной кислоты (а именно, 12% по массе HCl и 3% по массе HF) является показателем количества нежелательных примесей (например, карбонатов, полевых шпатов, оксидов железа, глин и тому подобного), присутствующих в частицах расклинивающего наполнителя. Стандарт 56 описывает минимальный стандарт для сопротивления раздавливанию расклинивающего наполнителя как образование не более чем предлагаемый максимум мелочи, как установлено в таблице 1 ниже, для испытанной крупности.

Таблица 1
Предлагаемый максимум мелочи для частиц расклинивающего наполнителя, подвергнутого испытанию на прочность при раздавливании
Размер меш (серии сит США)	Сила раздавливания (фунты)	Нагрузка на частицы расклинивающего наполнителя (фунт/кв. дюйм)	Максимум мелочи (% по массе)
6/12	6,283	2,000	20
8/16	6,283	2,000	18
12/20	9,425	3,000	16
16/30	9,425	3,000	14
20/40	12,566	4,000	14
30/50	12,566	4,000	10
40/70	15,708	5,000	8
70/140	15,708	5,000	6

Частицы первого расклинивающего наполнителя по данному изобретению по меньшей мере частично покрыты клейким веществом. Клейкие вещества, подходящие для применения в данном изобретении, включают повышающие клейкость вещества (неводные повышающие клейкость вещества и водные повышающие клейкость вещества), силил-модифицированные полиамиды и составы на основе отверждаемых смол, которые способны к отверждению с образованием отвержденных веществ. Помимо стимуляции частиц первого расклинивающего наполнителя к образованию агрегатов, применение клейкого вещества может давать расклиненную трещину, которая вообще не испытывает на практике или испытывает очень небольшой нежелательный обратный поток расклинивающего наполнителя или частиц формации. Более того, нанесение клейкого вещества на частицы первого расклинивающего наполнителя может способствовать образованию агрегатов скоплений частиц расклинивающего наполнителя, которые усиливают способность частиц расклинивающего наполнителя эффективно удерживать трещину открытой для добычи. Клейкие вещества могут быть нанесены оперативно («на лету») на месте скважины или могут быть нанесены заблаговременно.

Неводные повышающие клейкость вещества, подходящие для покрытия частиц первого расклинивающего наполнителя по данному изобретению, содержат какое-либо соединение, которое, когда находится в жидкой форме или в растворе в растворителе, будет образовывать неотверждающееся покрытие на частицах. Один пример подходящей группы неводных повышающих клейкость веществ содержит полиамиды, которые являются жидкостями или находятся в растворе при температуре подземной формации, так что они сами по себе являются неотверждающимися, когда их вводят в подземную формацию. Другим примером подходящего неводного повышающего клейкость вещества является продукт реакции конденсации, составленный коммерчески доступными поликислотами и полиаминами. Такие коммерческие продукты включают такие вещества, как смеси С₃₆ двухосновных кислот, содержащие некоторые тримерные и высшие олигомеры и также небольшие количества мономерных кислот, которые взаимодействуют с полиаминами. Другие поликислоты включают тримерные кислоты, синтетические кислоты, полученные из жирных кислот, малеинового ангидрида, акриловой кислоты, и тому подобное. Такие кислотные смеси доступны от компаний, таких как Witco Corporation, Union Camp, Chemtall и Emery Industries. Продукты реакции доступны, например, от Champion Technologies, Inc. и Witco Corporation. Дополнительные вещества, которые могут быть использованы в качестве неводных повышающих клейкость веществ, включают жидкости и растворы, например, сложных полиэфиров, поликарбонатов и поликарбаматов, натуральные смолы, такие как шеллак, и тому подобное. Другие подходящие повышающие клейкость вещества описаны в патенте США № 5853048, выданном Weaver и др., и патенте США № 5833000, выданном Weaver и др., существенные раскрытия которых приобщены к сему ссылкой.

Неводные повышающие клейкость вещества для применения в данном изобретении либо могут быть использованы так, чтобы они формировали неотверждающееся покрытие, либо они могут быть объединены с многофункциональным материалом, способным взаимодействовать с неводным повышающим клейкость веществом с образованием отвержденного покрытия. Используемый здесь термин «отвержденное покрытие» означает, что взаимодействие неводного повышающего клейкость вещества с многофункциональным материалом будет иметь результатом, по существу, нетекучий продукт реакции, который обнаруживает более высокую прочность при сжатии в объединенном агломерате, чем одно неводное повышающее клейкость вещество. В этом случае повышающее клейкость вещество может функционировать подобно отверждаемой смоле. Многофункциональные материалы, пригодные для применения в данном изобретении, включают, но без ограничения указанным, альдегиды, такие как формальдегид, диальдегиды, такие как глутаральдегид, полуацетали или высвобождающие альдегид соединения, галогениды, дигалогениды дикислот, такие как дихлориды и дибромиды, ангидриды поликислот, таких как лимонная кислота, эпоксиды, фурфурол, глутаральдегид или конденсаты альдегидов и тому подобное и их сочетания. В некоторых воплощениях данного изобретения многофункциональный материал может быть смешан с неводным повышающим клейкость веществом в количестве от около 0,01% до около 50% по массе неводного повышающего клейкость вещества, чтобы воздействовать на образование продукта реакции. В других воплощениях многофунциональный материал используют в количестве от около 0,5% до около 1% по массе неводного повышающего клейкость вещества. Подходящие многофункциональные материалы описаны в патенте США №5839510, выданном Weaver и др., существенное раскрытие которого приобщено к сему ссылкой. Другие подходящие повышающие клейкость вещества описаны в патенте США №5853048, выданном Weaver и др., существенное раскрытие которого приобщено к сему ссылкой.

Растворители, подходящие для применения с повышающими клейкость веществами по данному изобретению, включают любой растворитель, который совместим с неводным повышающим клейкость веществом и достигает желательного эффекта вязкости. Растворители, которые могут быть использованы в данном изобретении, включают растворители, имеющие высокие температуры вспышки (наиболее предпочтительно выше около 125°F). Примеры растворителей, подходящих для использования в данном изобретении, включают, но без ограничения указанным, бутилглицидиловый простой эфир, метиловый простой эфир дипропиленгликоля, бутиловый остаточный спирт, диметиловый простой эфир дипропиленгликоля, метиловый простой эфир диэтиленгликоля, бутиловый простой эфир этиленгликоля, метанол, бутиловый спирт, изопропиловый спирт, бутиловый простой эфир диэтиленгликоля, пропиленкарбонат, d-лимонен, 2-бутоксиэтанол, бутилацетат, фурфурилацетат, бутиллактат, диметилсульфоксид, диметилформамид, метиловые сложные эфиры жирных кислот и их сочетания. В компетенции специалиста в данной области определить с учетом данного раскрытия, нужен ли растворитель для достижения вязкости, подходящей для подземных условий, и если да, то сколько.

Как упомянуто выше, подходящие клейкие вещества включают водные повышающие клейкость вещества. Подходящие водные повышающие клейкость вещества способны образовывать по меньшей мере частичное покрытие на поверхности частиц (таких как частицы первого расклинивающего наполнителя). Обычно подходящие водные повышающие клейкость вещества не являются значительно клейкими до тех пор, пока они не «активируются» (то есть дестабилизируются, объединятся и/или подвергнутся реакции) до превращения водного повышающего клейкость вещества в клейкое повышающее клейкость вещество в желательное время. Такая активация может происходить до, во время или после размещения водного повышающего клейкость вещества в подземной формации. В некоторых воплощениях предварительная обработка вначале может быть связанной с поверхностью частиц для подготовки ее к покрытию водным повышающим клейкость веществом. Подходящими водными повышающими клейкость веществами обычно являются заряженные полимеры, которые содержат соединения, которые в водном растворителе или растворе будут образовывать неотверждающееся покрытие (сами по себе или с активатором) и, когда нанесены на частицы, будут увеличивать постоянную критическую скорость повторного суспендирования частиц в контакте с потоком воды. Термин «постоянная критическая скорость повторного суспендирования» относится к скорости текущей воды, которая равна по меньшей мере от около 3- до около 5-кратной скорости непокрытых частиц, когда частицы повторно суспендируются, поднимаются или отделяются от слежавшегося положения. Постоянные критические скорости повторного суспендирования дополнительно описаны в примере 7 патентной заявки США № 10/864061, поданной 9 июня 2004, раскрытие которой приобщено к сему ссылкой. Водное повышающее клейкость вещество может усиливать контакт зерна с зерном между отдельными частицами внутри формации (будь то частицы расклинивающего наполнителя, частицы формации или другие частицы), способствуя консолидации частиц в сцепленную и проницаемую массу.

Примеры водных повышающих клейкость веществ для применения в данном изобретении включают, но без ограничения указанным, полимеры акриловой кислоты, полимеры сложных эфиров акриловой кислоты, полимеры производных акриловой кислоты, гомополимеры акриловой кислоты, гомополимеры сложных эфиров акриловой кислоты, такие как полиметилакрилат, полибутилакрилат и поли-2-этилгексилакрилат, сополимеры сложных эфиров акриловой кислоты, полимеры производных метакриловой кислоты, гополимеры метакриловой кислоты, гополимеры сложных эфиров метакриловой кислоты, такие как полиметилметакрилат, полибутилметакрилат и поли-2-этилгексилметакрилат, полимеры сульфоната акриламидо-метил-пропана, полимеры производных сульфоната акриламидо-метил-пропана, сополимеры сульфоната акриламидо-метил-пропана, сополимеры акриловая кислота/акриламидо-метил-пропан-сульфонат и их сочетания. Способы определения подходящих водных повышающих клейкость веществ и водные повышающие клейкость вещества раскрыты в патентной заявке США №10/864061, поданной 9 июня 2004, и в патентной заявке США №10/864618, поданной 9 июня 2004, раскрытия которых включены в данное описание посредством ссылки.

Силил-модифицированные полиамиды, подходящие для применения в качестве клейкого вещества в способах по данному изобретению, могут быть описаны как, по существу, самоотверждающиеся композиции, которые способны по меньшей мере частично прилипать к частицам в неотвержденном состоянии и которые далее способны самоотверждаться до, по существу, нелипкого состояния, в котором к ним уже не будут прилипать отдельные частицы, такие как мелочь формации, например, в формации или в пористых соединительных частях, набитых расклинивающим наполнителем. Такие силил-модифицированные полиамиды могут быть на основе, например, продукта реакции силирующего соединения с полиамидом или смесью полиамидов. Полиамидом или смесью полиамидов может быть одно или несколько промежуточных соединениий полиамида, полученных, например, от взаимодействия поликислоты (например, дикислоты или высшей) с полиамином (например, с диамином или высшим) с образованием полимера полиамида с удалением воды. Другие силил-модифицированные полиамиды и способы получения таких соединений описаны в патенте США № 6439309, выданном Matherly и др., раскрытие которого включено в данное описание ссылкой.

Составы на основе отверждаемых смол, подходящие для применения в качестве клейкого вещества, обычно содержат отверждаемую смолу и отвердитель. Подходящие отверждаемые смолы включают все известные смолы, которые способны образовывать отвержденную объединенную массу. Многие такие смолы обычно используются в операциях укрепления подземелья, и некоторые подходящие смолы включают двухкомпонентые смолы на эпокси-основе, смолы на основе глицидиловых простых эфиров, смолы на основе бутоксиметил-бутил-глицидиловых простых эфиров, новолачные смолы, полиэпоксидные смолы, мочевино-альдегидные смолы, уретановые смолы, полиуретановые смолы и их гибриды и сополимеры, фенольные смолы, фенолоальдегидные смолы, смолы на основе диглицидиловых простых эфиров бисфенола А, смолы на основе бисфенол А-эпихлоргидрина, фенолоформальдегидные смолы, фенольные/латексные смолы, фурановые смолы, смолы на основе фурана/фурфурилового спирта, смолы на основе сложных полиэфиров и их гибриды и сополимеры, акрилатные смолы и их сочетания. Специалист в данной области с помощью данного описания способен выбрать отверждаемую смолу для применения в составе на основе отверждаемой смолы и определить, нужен ли и какой отвердитель нужен для запуска механизма отверждения.

Подходящими отвердителями являются те, которые способны воздействовать на отверждаемую смолу так, чтобы она образовывала отвержденную объединенную массу. Тип отвердителя зависит от выбранной отверждаемой смолы. Например, некоторые подходящие отверждаемые смолы, такие как эпоксидные смолы, могут быть отверждены отвердителем, который является внутренним катализатором или активатором. Такие составы на основе отверждаемых смол, когда их закачивают насосом в скважину, могут быть отверждены с помощью только времени и температуры. Другие подходящие отвердители используют, когда отверждаемые смолы, например фурановая смола, требуют катализатора замедленного действия или внешнего катализатора, чтобы помочь активировать полимеризацию отверждаемых смол, если температура отверждения является низкой (например, менее чем около 250°F), но будут отверждаться под действием времени и температуры, если температура формации выше около 250°F, например 300°F. Примеры подходящих отвердителей включают, но без ограничения перечисленными, пиперазин, производные пиперазина (например, аминоэтилпиперазин), 2Н-пиррол, пиррол, имидазол, пиразол, пиридин, пиразин, пиримидин, пиридазин, индолизин, изоиндол, 3Н-индол, индол, 1Н-индазол, пурин, 4Н-хинолизин, хинолин, изохинолин, фталазин, нафтиридин, хиноксалин, хиназолин, 4Н-карбазол, карбазол, β-карболин , фенантридин, акридин, фенантролин, феназин, имидазолидин, феноксазин, циннолин, пирролидин, пирролин, имидазолин, пиперидин, индолин, изоиндолин, хинуклидин, морфолин, азоцин, азепин, 2Н-азепин, 1,3,5-триазин, тиазол, птеридин, дигидрохинолин, гексаметиленимин, индазол, амины, ароматические амины, полиамины, алифатические амины, циклоалифатические амины, амиды, полиамиды, 2-этил-4-метил-имидазол, 1,1,3-трихлортрифторацетон и их сочетания. Отвердитель может быть включен в составы на основе отверждаемых смол в количестве в пределах от около 5% до около 60% по массе отверждаемой смолы. В некоторых воплощениях отвердитель вводят в составы на основе отверждаемой смолы в количестве в пределах от около 40% до около 60% по массе отверждаемой смолы. Выбранный отвердитель часто влияет на диапазон температур, в котором отверждаемая смола способна отверждаться. Например, отвердители, которые содержат пиперазин или производное пиперазина, проявляют способность к отверждению различных отверждаемых смол от температур настолько низких, как 70°F, до настолько высоких, как около 350°F. В качестве примера, для температур ближе к 70°F смесь смолы на основе диглицедилового простого эфира бисфенола А и смолы на основе бисфенол А-эпихлоргидрина может быть подходящей, и для температур более близких к 350°F смесь алифатического глицидилового простого эфира, бисфенол А/новолачной эпоксидной смолы и смолы на основе бисфенол А-эпихлоргидрина может быть подходящей.

Любой растворитель, который совместим с составами на основе отверждаемых смол и достигает желательного эффекта вязкости, подходит для применения в данном изобретении. К предпочтительным относятся те растворители, которые перечислены выше в связи с повышающими клейкость веществами. Специалист в данной области способен с помощью данного описания определить, нужен ли и сколько нужно растворителя для достижения подходящей вязкости. Растворители, подходящие для применения в данном изобретении, включают, но без ограничения указанными, бутиллактат, бутилглицидиловый простой эфир, метиловый простой эфир дипропиленгликоля, диметиловый простой эфир дипропиленгликоля, диметилформамид, метиловый простой эфир диэтиленгликоля, бутиловый простой эфир этиленгликоля, бутиловый простой эфир диэтиленгликоля, пропиленкарбонат, метанол, бутиловый спирт, d-лимонен, метиловые сложные эфиры жирных кислот и их сочетания.

Подходящие составы на основе отверждаемых смол могут также содержать силановый связующий агент, наряду с прочим, для действия в качестве медиатора, чтобы способствовать связыванию отверждаемой смолы с частицами первого расклинивающего наполнителя перед помещением в подземную формацию, и необязательную несущую жидкость для, наряду с прочим, уменьшения вязкости компонента отвердителя. Специалист в данной области способен с помощью данного описания определить, нужна ли несущая жидкость, и если да, то сколько несущей жидкости нужно для достижения подходящей вязкости.

Частицы второго расклинивающего наполнителя, подходящего для применения в данном изобретении, способны к формированию частичного монослоя частиц расклинивающего наполнителя. Обычно частицы любого расклинивающего наполнителя или сочетание частиц расклинивающих наполнителей, подходящих для применения в качестве частиц первого расклинивающего наполнителя, пригодны для применения в качестве частиц второго расклинивающего наполнителя. Частицы второго расклинивающего наполнителя, однако, имеют более крупный размер меш, чем частицы первого расклинивающего наполнителя. Например, в некоторых воплощениях частицы второго расклинивающего наполнителя могут быть приблизительно в два раза больше по размеру частиц первого расклинивающего наполнителя. В некоторых воплощениях частицы второго расклинивающего наполнителя составляют от около 10% до около 60% всех частиц расклинивающего наполнителя, используемых в трещине.

Подобно частицам первого расклинивающего наполнителя частицы второго расклинивающего наполнителя могут быть, по существу, сферическими или, по существу, несферическими. Когда они, по существу, несферические, однако, частицы второго расклинивающего наполнителя обычно имеют соотношение геометрических размеров от такого, что материал является волокнистым, до такого, что он является кубическим, октагональным или любой другой конфигурации. По существу, несферические частицы второго расклинивающего наполнителя обычно имеют размеры по самой длинной оси от около 0,02 дюйма до около 0,3 дюйма в длину. В других воплощениях самая длинная ось имеет от около 0,05 дюйма до около 0,2 дюйма в длину. В одном воплощении, по существу, несферические частицы второго расклинивающего наполнителя являются цилиндрическими, имеющими соотношение геометрических размеров около 1,5 к 1 и около 0,08 дюйма в диаметре и около 0,12 дюйма в длину. В другом воплощении, по существу, несферические частицы второго расклинивающего наполнителя являются кубическими, имеющими стороны около 0,08 дюйма в длину.

В некоторых воплощениях данного изобретения частицы высококачественного расклинивающего наполнителя являются особенно хорошо подходящими для применения в качестве частиц второго расклинивающего наполнителя. Термин «высококачественные» относится к частицам расклинивающего наполнителя, которые отвечают стандартам или превосходят стандарты по размеру, мутности, растворимости в кислоте и относительной доли мелочи, которые перечислены в стандарте Американского нефтяного института номер 56 для частиц, используемых в операциях разрыва. Примеры частиц подходящего второго расклинивающего наполнителя включают, но без ограничения указанным, фракционированный песок, боксит, керамические материалы, стеклянные материалы, полимерные материалы, смолистые материалы, каучуковые материалы и тому подобное.

В некоторых воплощениях частицы второго расклинивающего наполнителя могут быть покрыты клейким веществом (таким как смола или повышающее клейкость вещество). Такое покрытие из клейкого вещества может придавать частицам расклинивающего наполнителя склонность к прилипанию друг к другу, когда они приходят в контакт. Выбранное клейкое вещество должно быть достаточно прочным для того, чтобы частицы второго расклинивающего наполнителя создавали отдельные скопления, находясь в статическом состоянии или при низких скоростях сдвига. Когда скорость сдвига увеличивается, скопления или агрегаты расклинивающего наполнителя могут диспергироваться до более мелких скоплений или даже отдельных частиц расклинивающего наполнителя. Это явление может повторяться снова и снова от времени, когда покрытый расклинивающий наполнитель вводят в жидкость для гидроразрыва, закачивают насосом в скважину и трещину и даже после размещения внутри трещины. Такие способы формирования высокопористых расклиненных трещин описаны более подробно в патентной заявке США №10/937076, поданной 9 сентября 2004 г. и озаглавленной «Высокопористые трещины и способы создания высокопористых трещин».

В некоторых воплощениях данного изобретения частицы расклинивающего наполнителя, подходящие для применения в данном изобретении, содержат по меньшей мере один пластик высокой плотности. Используемый здесь термин «пластик высокой плотности» относится к пластику, имеющему относительную плотность более чем около 1. В некоторых воплощениях пределы плотности от около 1 до около 2. В других воплощениях пределы плотности от около 1 до около 1,3. В других воплощениях пределы плотности от около 1,1 до около 1,2. Помимо высокой плотности, пластики, подходящие для применения в данном изобретении, обычно проявляют кристалличность более чем около 10%. В некоторых воплощениях пластик высокой плотности, используемый для формирования частиц второго расклинивающего наполнителя по данному изобретению, проявляет кристалличность более чем около 20%. Хотя материал и упоминается как материал «высокой плотности», специалист в данной области легко может понять, что плотность является «высокой» по отношению к другим пластикам, но может быть низкой по сравнению с плотностями традиционных частиц расклинивающего наполнителя. Например, оттавский песок может иметь относительную плотность около 2,65, тогда как искусственные керамические расклинивающие наполнители обычно имеют относительные плотности в пределах от около 2,7 до около 3,6. Относительно низкая плотность пластиков высокой плотности, используемых для создания частиц второго расклинивающего наполнителя по данному изобретению, может быть выгодной для равномерного распределения, когда частицы второго расклинивающего наполнителя суспендируют в жидкости, такой как жидкость для гидроразрыва. Такое равномерное распределение может быть особенно полезно в формировании частичного монослоя частиц расклинивающего наполнителя, который способен поддерживать трещину открытой. Неравномерное распределение может происходить, когда часть трещины расклинена, тогда как другая часть, по существу, лишена частиц второго расклинивающего наполнителя и может иметь результатом трещину, которая не остается открытой, как только сбрасывают гидравлическое давление, давая тем самым трещине возможность закрыться на частицах расклинивающего наполнителя.

Некоторые хорошо подходящие пластмассовые материалы высокой плотности включают полиамид 6 (найлон 6), полиамид 66 (найлон 66), акриловые пластики, акрилонитрил-бутадиен-стирол (ABS), этилен-виниловый спирт, полиэфирную смесь поликарбонат/РЕТ, полиэтилен-терефталат (РЕТ), неусиленную смесь поликарбонат/полибутилен-терефталат (РС/РВТ), сложный сополиэфир PETG, простой полиэфиримид, простой эфир полифенилена, формованный полифениленсульфид (PPS), полистирол термостойкого сорта, поливинилбензол, акрилонитрил-бутадиен-стирол, поливинилхлорид, фторопласты, полисульфид, полипропилен, стирол-акрилонитрил, полистирол, фениленоксид, полиолефины, полистирол-дивинилбензол, полифторуглероды, эфиркетоны простых полиэфиров, полиамид-имиды и их сочетания. Некоторые другие хорошо подходящие пластмассовые материалы высокой плотности включают маслостойкие термореактивные смолы, такие как смолы на акриловой основе, смолы на эпокси-основе, смолы на основе фурана, смолы на фенольной основе, смолы фенол/фенолформальдегид/фурфуриловый спирт, смолы на основе сложных полиэфиров и их сочетания.

В некоторых воплощениях данного изобретения может быть желательно усиливать частицы второго расклинивающего наполнителя, изготовленные из пластика высокой плотности, для увеличения их стойкости к раздавливающему или деформирующему усилию. Подходящие усиливающие материалы включают высокопрочные частицы, такие как боксит, керамика, металл, стекло, песок, асбест, слюда, диоксид кремния, оксид алюминия и любой другой доступный материал, который по размеру мельче, чем желательные конечные частицы расклинивающего наполнителя из пластика высокой плотности и который способен добавить структурную прочность желательным конечным частицам расклинивающего наполнителя из пластика высокой плотности. В некоторых воплощениях данного изобретения усиливающий материал может быть волокнистым материалом, таким как стекловолокна или хлопковые волокна. Обычно усиливающий материал выбирают так, чтобы чрезмерно не увеличивать относительную плотность частиц конечного расклинивающего наполнителя.

Одним преимуществом использования частиц второго расклинивающего наполнителя, полученных из пластика высокой плотности, является то, что они могут быть созданы оперативно во время операции гидроразрыва. Способы оперативного создания частиц второго расклинивающего наполнителя из термопластичных материалов описаны в патентной заявке США №10/853879, поданной 26 мая 2004 г. и озаглавленной «Оперативное получение расклинивающего наполнителя и его применение в подземных операциях», существенное раскрытие которой приобщено к сему ссылкой. Как описано в заявке, один пример способа оперативного получения расклинивающего наполнителя обычно содержит подготовку смеси, содержащей термопластичный/термореактивный полимер и наполнитель, нагревание полимерной смеси, экструдирование, тонкое измельчение или распыление смеси до частиц в скважине, содержащей жидкость для обработки, и предоставление возможности экструдированным частицам отверждаться и формировать частицы расклинивающего наполнителя. Этот способ зависит по меньшей мере частично от способности термопластичных/термореактивных материалов быть экструдированными из жидкой формы при повышенной температуре и затем, когда материал остывает, тогда отверждаться и превращаться в твердый материал. Частицы термопластичного или термореактивного второго расклинивающего наполнителя могут быть получены оперативно согласно данному изобретению с подходящими размерами и формой.

Плотность и прочность частиц второго расклинивающего наполнителя, образованных из термопластичных/термореактивных материалов, могут быть подобраны так, чтобы соответствовать целям гидроразрыва и условиям скважины. В некоторых воплощениях для исключения проблем, которые могут быть вызваны большим размером частиц, частицы оперативного термопластичного второго расклинивающего наполнителя могут быть введены в жидкость для гидроразрыва на разгрузочной стороне насоса. Как должно быть понятно специалисту в этой области, во время перекачивания насосом таких частиц оперативного термопластичного второго расклинивающего наполнителя (особенно, когда поток проходит через одно или несколько отверстий) частицы второго расклинивающего наполнителя могут разрушаться до более мелких размеров в результате высокого усилия сдвига, когда их размещают внутри части подземной формации.

Обычно пластики высокой плотности, подходящие для применения при формировании частиц второго расклинивающего наполнителя по данному изобретению, являются маслостойкими. То есть они не деградируют в присутствии углеводородных жидкостей и других жидкостей, присутствующих в подземной формации, это позволяет частицам второго расклинивающего наполнителя сохранять свою целостность в присутствии добываемых углеводородных продуктов, воды формации и других составов, обычно добываемых из подземных формаций. В некоторых воплощениях данного изобретения, однако, часть частиц второго расклинивающего наполнителя может быть образована из способных деградировать частиц. Одной целью включения способных деградировать частиц в расклиненную трещину является гарантия проницаемости расклиненной трещины.

В некоторых воплощениях используемые способные деградировать частицы являются деградирующими в масле материалами. Когда используют такие деградирующие в масле частицы второго расклинивающего наполнителя, в случае, когда смыкание трещины нежелательно уплотняет расклинивающий наполнитель (таким образом нежелательно уменьшая проницаемость набивки расклинивающего наполнителя), деградирующий в масле расклинивающий наполнитель может быть разрушен добываемыми жидкостями, по меньшей мере несколько восстанавливая таким образом потерянную проницаемость. Способный деградировать расклинивающий наполнитель может быть также разрушен материалами, преднамеренно размещенными в формации инжектированием, смешиванием способных деградировать частиц с агентами замедленной реакции разложения или другими подходящими средствами, чтобы вызвать деградацию.

В некоторых воплощениях данного изобретения частичный монослой может быть сформирован с использованием частиц второго расклинивающего наполнителя и способных деградировать частиц. Так, когда способные деградировать частицы удаляют со временем, пористость набивки частиц второго расклинивающего наполнителя увеличивается. Способные деградировать частицы предпочтительно, по существу, равномерно распределяются в сформированной набивке частиц второго расклинивающего наполнителя. По прошествии времени способный деградировать материал будет деградировать на месте, в результате чего способный деградировать материал, по существу, будет покидать набивку расклинивающего наполнителя и оставлять позади пустоты в набивке расклинивающего наполнителя. Эти пустоты увеличивают пористость набивки расклинивающего наполнителя, следствием чего может быть, наряду с прочим, улучшенная проводимость трещины.

Подходящие способные деградировать материалы включают деградирующие в масле полимеры. Деградирующие в масле полимеры, которые могут быть использованы в соответствии с данным изобретением, могут быть или натуральными, или синтетическими полимерами. Некоторые конкретные примеры включают, но без ограничения перечисленным, полиакриловые полимеры, полиамиды и полиолефины, такие как полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен и полистирол. Другие подходящие деградирующие в масле полимеры включают те, которые имеют температуру плавления такую, что полимер будет растворяться при температуре подземной формации, в которую их помещают, такие как парафиновый материал.

В дополнение к деградирующим в масле полимерам другие способные деградировать материалы, которые могут быть использованы в связи с данным изобретением, включают, но без ограничения перечисленным, способные деградировать полимеры, дегидратированные соли и/или смеси обоих.

Как для способных деградировать полимеров, полимер считается здесь «способным деградировать», если деградация является следствием, наряду с прочим, химического и/или радикального процесса, такого как гидролиз, окисление, или ультрафиолетовое облучение. Способность полимера деградировать зависит по меньшей мере частично от структуры его главной цепи. Например, наличие гидролизуемых и/или окисляемых связей в главной цепи часто дает материал, который будет деградировать, как описано здесь. Скорости, с которыми такие полимеры деградируют, зависят от типа повторяющегося звена, состава, последовательности, длины, молекулярной геометрии, молекулярной массы, морфологии (т.е. кристалличности, размера сферулитов и ориентации), гидрофильности, гидрофобности, площади поверхности и добавок. Кроме того, окружающая среда, воздействию которой подвергается полимер, влияет на то, как он деградирует, например температура, присутствие влаги, кислород, микроорганизмы, ферменты, рН и тому подобное.

Желательно, чтобы способные деградировать частицы имели подобный размер частиц, форму и относительную плотность, как частицы второго расклинивающего наполнителя, для улучшения распределения способных деградировать частиц среди частиц второго расклинивающего наполнителя и сведения к минимуму сегрегации между материалами. В случае, когда два материала из частиц различны по форме, крупности частиц, относительной плотности или по некоторому их сочетанию, повышающее клейкость вещество может быть нанесено на материалы частиц, чтобы, среди прочего, улучшить однородность их распределения, когда их смешивают, закачивают насосом в скважину и размещают внутри созданной трещины.

Подходящие примеры способных деградировать полимеров, которые могут быть использованы в соответствии с данным изобретением, включают, но без ограничения перечисленными, те, которые описаны в публикации Advances in Polymer Science, Vol. 157 под заголовком "Degradable Aliphatic Polyesters", изданной A.C. Albertsson. Конкретные примеры включают гомополимеры, статистические, блоксополимеры, привитые, звездообразно разветвленные и гиперразветвленные алифатические сложные полиэфиры. Реакциями поликонденсации, полимеризациями с открытием кольца, свободнорадикальными полимеризациями, анионными полимеризациями, карбокатионными полимеризациями, координационной полимеризацией с раскрытием кольца и любым другим подходящим процессом можно получить такие подходящие способные деградировать полимеры. Конкретные примеры подходящих способных деградировать полимеров включают полисахариды, такие как декстран или целлюлоза, хитины, хитозаны, протеины, алифатические сложные полиэфиры, полилактиды, полигликолиды, поли-ε-капролактоны, полигидроксибутираты, полиангидриды, алифатические или ароматические поликарбонаты, сложные полиортоэфиры, полиаминокислоты, полиэтиленоксиды и полифосфазены.

Алифатические сложные полиэфиры разлагаются химически, наряду с прочим, путем гидролитического расщепления. Гидролиз может быть катализирован или кислотами, или основаниями. Обычно во время гидролиза карбоксильные концевые группы образуются во время разделения цепи, и это может увеличивать скорость дальнейшего гидролиза. Этот механизм известен в технике как «автокатализ», и, как полагают, он делает матрицы сложных полиэфиров сильнее объемно-эродированными. Одним из примеров особенно подходящих алифатических сложных полиэфиров является полилактид. Полилактид синтезируют или из молочной кислоты путем реакции конденсации, или более обычно полимеризацией с раскрытием кольца мономера циклического лактида.

Полиангидриды являются другим типом особенно подходящего способного деградировать полимера, применимого в данном изобретении. Гидролиз полиангидрида происходит, наряду с прочими механизмами, через свободные для доступа на концах цепи группы карбоновых кислот с образованием карбоновых кислот как конечных продуктов разложения. Время разрушения может изменяться в широком диапазоне изменений в главной цепи полимера. Примеры подходящих полиангидридов включают полиадипиновый ангидрид, полипробковый ангидрид, полисебациновый ангидрид и полидодекандиоевый ангидрид. Другие подходящие примеры включают, но без ограничения указанным, полималеиновый ангидрид и полибензойный ангидрид.

Дегидратированные соли могут быть использованы в соответствии с данным изобретением в качестве способного деградировать материала. Дегидратированная соль подходит для использования в данном изобретении, если она будет деградировать со временем при гидратации. Например, материал в виде частиц твердого безводного бората, который деградирует со временем, может быть подходящим. Конкретные примеры материалов в виде частиц твердого безводного бората, которые могут быть использованы, включают, но без ограничения указанными, безводный тетраборат натрия (известный также как боракс) и безводную борную кислоту. Эти безводные боратные материалы только слегка растворимы в воде. Однако со временем и при воздействии тепла в подземной среде безводные боратные материалы взаимодействуют с окружающей водной жидкостью и гидратируются. Полученные гидратированные боратные материалы являются высокорастворимыми в воде по сравнению с безводными боратными материалами и в результате разрушаются в водной жидкости. В некоторых случаях общее время, необходимое для разрушения безводных боратных материалов в водной жидкости, находится в пределах от около 8 часов до около 72 часов в зависимости от температуры подземной зоны, в которой они находятся. Другие примеры включают органические или неорганические соли, подобные тригидрату ацетата.

Смеси некоторых способных деградировать материалов также могут быть подходящими. Одним примером подходящей смеси является смесь полимолочной кислоты и бората натрия, в которой смешивание кислоты и основания может иметь результатом нейтральный раствор, когда это желательно. Другой пример может включать смесь полимолочной кислоты и оксида бора. Другие материалы, которые подвергаются необратимой деградации, также могут быть подходящими, если продукты деградации не оказывают нежелательного влияния ни на проводимость матрицы расклинивающего наполнителя, ни на добычу какой-либо из жидкостей из подземной формации.

При выборе подходящего способного деградировать материала следует учитывать продукты деградации, которые будут в результате. Эти продукты деградации не должны вредно воздействовать ни на операции, ни на компоненты и могут быть даже выбраны так, чтобы улучшать продолжительное действие/проводимость расклиненной трещины. Выбор способного деградировать материала может также зависеть по меньшей мере частично от условий скважины, например температуры скважины. Например, лактиды найдены подходящими для более низкотемпературных скважин, включая температуры в пределах от 60°F до 150°F, и полилактиды найдены подходящими для температур скважин выше указанного диапазона. Кроме того, полимолочная кислота может быть подходящей для более высокотемпературных скважин. Некоторые стереоизомеры полилактида или смеси таких стереоизомеров могут быть подходящими для еще более высокотемпературных применений. Дегидратированные соли также могут быть подходящими для более высокотемпературных скважин.

В некоторых воплощениях особенно полезный результат может быть достигнут, если способный деградировать материал не начинает деградировать до тех пор, пока матрица расклинивающего наполнителя не станет стабильной набивкой расклинивающего наполнителя, что часто случается после приложения стрессовой нагрузки к набивке расклинивающего наполнителя, когда трещина пытается закрыться. Медленная деградация способного деградировать материала, наряду с прочим, помогает поддерживать стабильность матрицы расклинивающего наполнителя.

Конкретные характерные особенности способного деградировать материала могут быть выбраны или модифицированы, чтобы обеспечить расклиненную трещину с оптимальной проводимостью, поддерживая ее желательную фильтрующую способность. Обычно способный деградировать материал выбирают так, чтобы он имел крупность и форму подобные крупности и форме отверждаемых частиц второго расклинивающего наполнителя, чтобы способствовать обеспечению, по существу, однородности внутри смеси. Может быть предпочтительно, если частицы второго расклинивающего наполнителя и способный деградировать материал не отделяются, когда их смешивают. Какой бы способный деградировать материал ни использовался, способные деградировать материалы могут иметь любую форму в зависимости от желательных характеристик, полученных в результате пустот в матрице расклинивающего наполнителя, включая, но без ограничения указанным, частицы, имеющие форму пластинок, стружек, чешуек, клочков, стержней, полосок, сфер, тороидов, гранул, таблеток или другую физическую форму. Физическая форма способного деградировать материала может быть выбрана так, чтобы улучшать желательную форму и относительный состав полученных пустот внутри матрицы расклинивающего наполнителя. Например, стержнеобразная форма частицы может быть подходящей в случаях, когда в матрице расклинивающего наполнителя желательны подобные каналам пустоты. Специалист в этой области с использованием данного раскрытия может узнать конкретный способный деградировать материал и предпочтительную крупность и форму для данного применения.

В некоторых воплощениях данного изобретения от около 10% до около 90% частиц второго расклинивающего наполнителя, используемых для формирования частичного монослоя, являются способными деградировать. В других воплощениях от около 20% до около 70% частиц второго расклинивающего наполнителя, используемых для формирования частичного монослоя, являются способными деградировать. В еще других воплощениях от около 25% до около 50% частиц второго расклинивающего наполнителя, используемых для формирования частичного монослоя, являются способными деградировать. Относительные количества способного деградировать материала не должны быть такими, чтобы, когда они деградируют, нежелательная относительная доля пустот в результате в частичном монослое не делала бы частичный монослой потенциально неэффективным в поддерживании целостности трещины. Специалист в этой области с использованием данного раскрытия может узнать оптимальную концентрацию способного деградировать материала, которая обеспечивает желательные величины в смысле улучшенной проводимости или проницаемости, не имея в виду стабильность самого частичного монослоя.

Трещины из способов по данному изобретению могут быть созданы любым известным способом. Например, трещины могут естественно присутствовать в подземной формации или трещины могут быть созданы в подземной формации гидравлическим разрывом. Гидравлический разрыв, как обсуждалось выше, является операцией стимуляции добычи, когда формацию обрабатывают для увеличения ее проницаемости гидравлическим разрывом формации, чтобы создать или увеличить одну или несколько трещин. В большинстве случаев гидравлический разрыв предусматривает закачивание насосом вязкой жидкости (известной как подушечная жидкость) в формацию скорее, чем жидкость может утекать в формацию, так что давление в формации растет, и формация разрушается, создавая искусственную трещину или увеличивая естественную трещину.

Любая жидкость разрыва, подходящая для применения для разрыва, может быть использована в соответствии с указаниями данного изобретения, включая водные гели, эмульсии и другие подходящие жидкости разрыва, включая жидкости на масляной основе. Подходящие водные гели обычно содержат воду и один или несколько гелеобразующих агентов. Подходящие эмульсии могут быть составлены из двух несмешивающихся жидкостей, таких как водная желированная жидкость и превращенное в жидкое состояние нормально газообразное вещество, такое как диоксид углерода или азот. В некоторых воплощениях данного изобретения жидкостями разрыва являются водные гели, составленные из воды, гелеобразующего агента для загущения воды и повышения ее вязкости и, необязательно, сшивающего агента для структурирования геля и дополнительного увеличения вязкости жидкости. Увеличенная вязкость желированной или желированной и структурированной жидкости разрыва, наряду с прочим, уменьшает потерю жидкости и позволяет жидкости разрыва переносить значительные количества суспендированных частиц расклинивающего наполнителя. Водой, используемой для образования жидкости разрыва, может быть соленая вода, насыщенный раствор соли или любая другая водная жидкость, которая не взаимодействует вредно с другими компонентами.

Могут быть использованы разнообразные гелеобразующие агенты, включая гидратируемые полимеры, которые содержат одну или несколько функциональных групп, таких как гидроксил, карбоксил, сульфат, сульфонат, амино- или амидогруппы. Подходящие гелеобразующие агенты обычно содержат биополимеры, синтетические полимеры или их сочетание. Разнообразные гелеобразующие агенты могут быть использованы в связи со способами по данному изобретению, включая, но без ограничения указанным, гидратируемые полимеры, которые содержат одну или несколько функциональных групп, таких как гидроксил, цис-гидроксил, группы карбоновых кислот, производных карбоновых кислот, сульфат, сульфонат, фосфат, фосфонат, амино- или амидогруппы. В некоторых воплощениях гелеобразующими агентами могут быть биополимеры, содержащие полисахариды и их производные, которые содержат одно или несколько звеньев указанных моносахаридов: галактозы, маннозы, глюкозида, глюкозы, ксилозы, арабинозы, фруктозы, глюкуроновой кислоты или пиранозилсульфата. Примеры подходящих биополимеров включают, но без ограничения указанным, гуаровую смолу и ее производные, такие как гидроксипропил-гуар и карбоксиметилгидроксипропил-гуар, и производные целлюлозы, такие как гидроксиэтилцеллюлоза. Кроме того, могут быть использованы синтетические полимеры и сополимеры, которые содержат указанные функциональные группы. Примеры таких синтетических полимеров включают, но без ограничения указанным, полиакрилат, полиметакрилат, полиакриламид, поливиниловый спирт и поливинилпирролидон. В других воплощениях молекула гелеобразующего агента может быть деполимеризована. Используемый здесь термин «деполимеризованный» обычно относится к уменьшению молекуляной массы молекулы гелеобразующего агента. Деполимеризованные молекулы гелеобразующего агента описаны в патенте США №6488091, выданном 3 декабря 2002 Weaver и др., существенное раскрытие которого приобщено к сему ссылкой. Подходящие гелеобразующие агенты обычно присутствуют в жидкостях разрыва, используемых в способах по данному изобретению, в количестве в пределах от около 0,1% до около 5% по массе воды в них. В некоторых воплощениях гелеобразующие агенты присутствуют в жидкостях разрыва в количестве в пределах от около 0,01% до около 2% по массе воды в них.

Сшивающие агенты могут быть использованы для сшивки молекул гелеобразующего агента для получения структурированных гелеобразующих агентов. Сшивающие агенты обычно содержат по меньшей мере один металл или металлоид, который способен сшивать по меньшей мере две молекулы гелеобразующего агента. Примеры подходящих гелеобразующих агентов включают, но без ограничения указанным, соединения циркония (такие как, например, лактат циркония, лактат циркония триэтаноламин, карбонат циркония, ацетилацетонат циркония, малат циркония, цитрат циркония и смешанный лактат диизопропиламина и циркония), соединения титана (такие как, например, лактат титана, малат титана, цитрат титана, титан аммоний лактат, титан триэтаноламин и ацетилацетонат титана), соединения алюминия (такие как, например, лактат алюминия или цитрат алюминия), соединения бора (такие как, например, улексит, колеманит и кальцинированный колеманит), соединения сурьмы, соединения хрома, соединения железа, соединения цинка или их сочетания. Примером подходящего коммерчески доступного сшивающего агента на основе циркония является CL-24™, доступный от Halliburton Energy Services, Inc., Duncan, Oklahoma. Примером подходящего коммерчески доступного сшивающего агента на основе титана является CL-39™, доступный от Halliburton Energy Services, Inc., Duncan, Oklahoma. Примером подходящего коммерчески доступного сшивающего агента на основе бора является ВС-140™, доступный от Halliburton Energy Services, Inc., Duncan, Oklahoma. Подходящие сшивающие агенты обычно добавляют к жидкостям разрыва в количестве достаточном, чтобы обеспечить, наряду с прочим, желательную степень сшивки между молекулами гелеобразующего агента. В некоторых воплощениях данного изобретения сшивающие агенты могут быть использованы в количестве в пределах от около 0,001% до около 10% по массе воды в жидкости разрыва. В других воплощениях данного изобретения сшивающие агенты могут быть использованы в количестве в пределах от около 0,01% до около 1% по массе воды в них. Специалисты в данной области с помощью данного раскрытия могут узнать правильный тип и количество сшивающего агента для применения в зависимости от факторов, таких как конкретный гелеобразующий агент, желательная вязкость и условия формации.

Желированные или желированные и структурированные жидкости разрыва могут также включать внутренне замедленные понижающие вязкость агенты, такие как ферменты, окислители, кислотные буферы, или активируемые температурой понижающие вязкость агенты. Понижающие вязкость агенты могут побуждать вязкие жидкости превращаться в тонкие жидкости, которые могут быть добыты обратно на поверхность после того, как они были использованы для размещения частиц расклинивающего наполнителя в подземных трещинах. Понижающий вязкость агент обычно используют в жидкости разрыва в количестве в пределах от около 0,5% до около 10% по массе гелеобразующего агента. Жидкости разрыва могут также включать одну или несколько разнообразных хорошо известных добавок, таких как стабилизаторы геля, добавки, ограничивающие потерю жидкости, стабилизаторы глины, бактерициды и тому подобное.

Как только трещина подготовлена, частицы первого расклинивающего наполнителя могут быть размещены в дальней от скважины части трещины с последующим размещением частиц второго расклинивающего наполнителя в ближней к скважине части трещины. Любой способ размещения частиц расклинивающего наполнителя, известный в технике, может быть использован для размещения частиц первого расклинивающего наполнителя в дальней от скважины части трещины и второго расклинивающего наполнителя в ближней к скважине части трещины. Обычно подходящие способы предусматривают добавление частиц расклинивающего наполнителя к жидкости разрыва (описанной выше) для образования суспензии, которую закачивают насосом в трещину для предотвращения смыкания трещины, когда сбрасывают давление закачивания. Как только частицы первого расклинивающего наполнителя размещают в дальней от скважины части трещины, частицы второго расклинивающего наполнителя могут быть размещены в ближней к скважине части трещины так, чтобы сформировать монослой. При сбросе давления разрыва высокопористый расклиненный регион в ближней к скважине области будет сформирован.

Следовательно, данное изобретение хорошо приспособлено для достижения концов и указанных выгод, а также тех, которые являются неотъемлемыми от этого. Многочисленные изменения могут быть сделаны специалистом в этой области, такие изменения охвачены объемом изобретения, который определен прилагаемой формулой изобретения.

1. Способ формирования расклиненной трещины, содержащий следующие стадии:

подготовка трещины в части подземной формации, имеющей дальнюю от скважины область и ближнюю к скважине область;

размещение части частиц первого расклинивающего наполнителя, по меньшей мере, частично покрытых клейким веществом, в дальней от скважины области трещины;

размещение части частиц второго расклинивающего наполнителя, имеющих более крупный размер по шкале грохочения, чем частицы первого расклинивающего наполнителя, в ближней к скважине области трещины для формирования высокопористого расклиненного участка в ближней к скважине области.

2. Способ по п.1, в котором частицы первого расклинивающего наполнителя составляют от около 40% до около 90% по массе всех частиц используемого расклинивающего наполнителя и содержат, по меньшей мере, одно из следующего: частицы низкокачественного расклинивающего наполнителя, частицы песка, частицы боксита, керамические частицы, частицы стекла, полимерные частицы, частицы Teflon®, частицы ореховой скорлупы, содержащие отвержденные частицы смолы, кусочки ореховой скорлупы, частицы переработанной древесины, композиционные частицы, полученные из связующего и частиц наполнителя, содержащие диоксид кремния, оксид алюминия, коллоидный углерод, сажу, графит, слюду, диоксид титана, метасиликат, силикат кальция, каолин, тальк, оксид циркония, бор, летучую золу, полые стеклянные микросферы или частицы твердого стекла.

3. Способ по п.1, в котором клейкое вещество содержит неводное повышающее клейкость вещество, водное повышающее клейкость вещество, силил-модифицированный полиамид, состав на основе отверждаемой смолы или их сочетание.

4. Способ по п.3, в котором неводное повышающее клейкость вещество дополнительно содержит многофункциональный материал, содержащий, по меньшей мере, одно из следующих веществ: альдегид, диальдегид, глутаральдегид, полуацеталь, высвобождающее альдегид соединение, галогенид дикислоты, дигалогенид, дихлорид, дибромид, ангидрид поликислоты, лимонная кислота, эпоксид, конденсат фурфурола, конденсат глутаральдегида или конденсат альдегида.

5. Способ по п.3, в котором водное повышающее клейкость вещество содержит, по меньшей мере, одно из следующих веществ: полиметилакрилат, полибутилакрилат, поли-2-этилгексилакрилат, полиметилметакрилат, полибутилметакрилат, поли-2-этилгексил-метакрилат, полимер акриловой кислоты, полимер сложного эфира акриловой кислоты, полимер производного акриловой кислоты, гомополимер акриловой кислоты, гомополимер сложного эфира акриловой кислоты, полимер производного метакриловой кислоты, гомополимер метакриловой кислоты, гомополимер сложного эфира метакриловой кислоты, полимер сульфоната акриламидо-метил-пропана, полимер производного сульфоната акриламидо-метил-пропана, сополимер сульфоната акриламидо-метил-пропана или сополимер акриловая кислота/акриламидо-метил-пропан-сульфонат.

6. Способ по п.3, в котором отверждаемая смола содержит, по меньшей мере, одно из следующих веществ: двухкомпонентная смола на эпокси-основе, смола на основе глицидилового простого эфира, смола на основе бутоксиметил-бутил-глицидилового простого эфира, новолачная смола, полиэпоксидная смола, мочевино-альдегидная смола, уретановая смола, полиуретановая смола и их гибриды и сополимеры, фенольная смола, фенолоальдегидная смола, смола на основе диглицидилового простого эфира бисфенола А, смола на основе бисфенол А-эпихлоргидрина, фенолоформальдегидная смола, фенольная/латексная смола, фурановая смола, смола на основе фурана/фурфурилового спирта, смола на основе сложного полиэфира и их гибриды и сополимеры, или акрилатная смола.

7. Способ по п.1, в котором формируют частичный монослой посредством размещения частиц второго расклинивающего наполнителя для формирования разнесенных опор, способных расклинивать трещину.

8. Способ по п.1, в котором формируют частичный монослой посредством размещения частиц не способного деградировать расклинивающего наполнителя вместе со способными деградировать частицами так, что способные деградировать частицы деградируют после размещения частиц второго расклинивающего наполнителя с образованием высоко пористой расклиненной трещины.

9. Способ по п.1, в котором частицы второго расклинивающего наполнителя содержат, по существу, несферические частицы, каждая из которых имеет соотношение геометрических размеров и наиболее длинную ось, имеющую длину от около 0,02 дюйма до около 0,3 дюйма.

10. Способ по п.1, в котором частицы второго расклинивающего наполнителя содержат частицы высококачественного расклинивающего наполнителя.

11. Способ по п.1, в котором частицы второго расклинивающего наполнителя содержат, по меньшей мере, один пластик высокой плотности и усиливающий материал.

12. Способ по п.1, в котором частицы второго расклинивающего наполнителя содержат частицы не способного деградировать расклинивающего наполнителя и способные деградировать частицы.

13. Способ по п.12, в котором способная деградировать частица составляет от около 10% до около 90% частиц второго расклинивающего наполнителя.

14. Способ по п.1, в котором трещину создают в части подземной формации гидравлическим разрывом.

15. Способ стимулирования продуктивного интервала, содержащий следующие стадии: гидравлический разрыв в части подземной формации для создания трещины, имеющей дальнюю от скважины область и ближнюю к скважине область;

размещение части частиц первого расклинивающего наполнителя, по меньшей мере, частично покрытых клейким веществом, в дальней от скважины области трещины;

размещение части частиц второго расклинивающего наполнителя, имеющих более крупный размер по шкале грохочения, чем частицы первого расклинивающего наполнителя, в ближней к скважине области трещины для формирования высокопористого расклиненного участка в ближней к скважине области, при этом осуществляют формирование частичного монослоя посредством размещения не способных деградировать частиц расклинивающего наполнителя вместе со способными деградировать частицами так, что способные деградировать частицы деградируют после размещения частиц второго расклинивающего наполнителя с образованием высокопористой расклиненной трещины.

16. Способ по п.15, в котором частицы первого расклинивающего наполнителя составляют от около 40% по массе до около 90% по массе всех используемых частиц расклинивающего наполнителя и содержат низкокачественные частицы.