Способ контроля выноса проппанта и устройство для его осуществления - волоконный экран
Группа изобретений относится к нефтегазовой отрасли и, в частности, к области гидроразрыва. Эффект выноса проппанта имеет место при высоких дебитах скважины при разработке высокопроницаемых пластов либо при разработке пластов, сложенных из мягких и слабосвязанных пород. Вынос проппанта может привести к повреждениям наземного оборудования и существенно снизить проницаемость трещины. Технический результат - повышение надежности устройства и эффективности способа. Сущность изобретения: волоконный экран состоит из квадратной волоконной сети с ячейками произвольной формы, жестко закрепленной на каркасе, состоящем из скрепленных между собой в форме креста двух стержней одинаковой длины, равной по размеру диагонали квадратной волоконной сети. Размер ячеек волоконной сети меньше диаметра частиц проппанта. Размер диагонали волоконной сети превышает минимальный размер диаметра перфорационных отверстий. При этом волоконная сеть и каркас выполнены из материалов, не взаимодействующих химически с компонентами жидкости разрыва и компонентами добываемых жидкостей. Материал каркаса обладает способностью к однократному, по меньшей мере, самостоятельному восстановлению формы после удержания его в согнутом состоянии. По способу волоконные экраны покрывают клейким веществом, допускающим быструю деструкцию после доставки волоконных экранов в трещину гидроразрыва. Для придания формы волана каждый волоконный экран продавливают сквозь кольцо. Высушивают волоконные экраны в форме воланов и приклеивают грузило к вершине каждого волана. Массой грузила волоконный экран ориентируют против тока жидкости гидроразрыва. Волоконные экраны смешивают с порцией проппанта, которую закачивают на последней стадии закачки проппанта. Разрушают клей, удерживающий волоконные экраны в согнутом состоянии, в промежуток времени между прекращением закачки и закрытием трещины. Диаметр кольца определяют по аналитическому выражению. Волоконные экраны покрывают клейким веществом, состоящим из одного или более слоев одного или разных клеящих составов с различной толщиной клеевого слоя. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к нефтегазовой области.
При эксплуатации скважин существенной проблемой является вынос проппанта из трещин гидроразрыва. В частности, этот эффект часто имеет место при высоких дебитах скважины при разработке высокопроницаемых пластов либо при разработке пластов, сложенных из мягких и слабосвязанных пород. Вынос проппанта может привести к повреждениям наземного оборудования и существенно снизить проницаемость трещины, что сокращает экономический эффект от обработки гидроразрывом. Поэтому меры по снижению и предотвращению выноса проппанта имеют очень важное значение.
Одним из эффективных методов контроля выноса проппанта и наиболее близким к заявленному является метод PropNET (U.S. Патент No. 5,330,005), который заключается в смешивании проппанта с волокнистым материалом перед его закачкой. Волокна располагаются внутри проппантной упаковки случайным образом и образуют сетеподобную структуру, которая стабилизирует упаковку, удерживая частицы проппанта на месте. В то же время жидкость свободно протекает через упаковку.
Однако невозможность обеспечить равномерное распределение сетеподобных структур в трещине создает сложность в использовании этого метода.
Предлагается способ контроля выноса проппанта, при котором в прискважинной зоне трещины гидроразрыва размещают волоконные экраны: волоконные сети с регулярным расположением волокон (типа кусочка тканого материала) и прочным упругим крестообразным каркасом. Протяженность зоны размещения экранов составляет 1-5 метров. Плоскости волоконных экранов преимущественно ориентированы под прямым углом к направлению потока нефти и газа при их добыче. Размер ячейки сети должен быть меньше диаметра частиц проппанта, чтобы частицы проппанта не могли проходить через ячейки сети. Размер диагонали волоконных экранов должен быть больше диаметра перфорационной трубки, чтобы предотвратить вынос этих экранов при эксплуатации скважины.
Для того чтобы волоконные экраны беспрепятственно проходили сквозь узкие перфорационные трубки при доставке этих экранов в трещину гидроразрыва, им предварительно придают форму волана с помощью клея. Устойчивая ориентация волоконного экрана такой формы в потоке достигается за счет приклеивания грузила к вершине волана. Первоначальная плоская форма волоконного экрана восстанавливается в трещине гидроразрыва вследствие деструкции клея в промежуток времени между завершением закачки и закрытием трещины.
Предлагаемое изобретение относится к средствам контроля перемещения измельченного твердого материала при течении гидрокарбонатов из подземных пластов к скважине. На Фиг.1 изображена часть поперечного горизонтального сечения закрывшейся вертикальной трещины гидроразрыва, примыкающая к скважине 1. В прискважинной зоне трещины гидроразрыва, в проппанте 2, размещают специальные волоконные экраны 3, плоскость которых ориентирована преимущественно под прямым углом к направлению потока нефти и газа при их добыче.
Структура волоконного экрана.
Экран состоит из двух частей:
а) Первая часть - это квадратная волоконная сеть с ячейками произвольной формы. Размер ячейки меньше диаметра частиц проппанта на 10-15%. Размер диагонали квадрата на 10% превышает минимальный диаметр перфорационной трубки. Материал волокон не взаимодействует химически с компонентами жидкости разрыва и компонентами добываемых жидкостей. Механические свойства материала, из которого изготовлены волокна, такие, что волокна можно согнуть в полукольцо, а затем вернуть им первоначальную форму, не разрушая (1 цикл сгибания-выпрямления). В то же время материал, из которого изготовлены волокна, должен быть прочным и достаточно легким. В качестве такого материала можно использовать нейлон.
b) Вторая часть - прочный упругий каркас в форме креста из двух стержней одинаковой длины, которая равна размеру диагонали квадратной волоконной сети. Стержни жестко скреплены между собой и изготовлены из материала, который не взаимодействует химически с компонентами жидкости разрыва и компонентами добываемых жидкостей. Механические свойства материала, из которого изготовлены стержни, такие, что их можно согнуть в полукольцо без разрушения (однократное сгибание). При снятии нагрузки стержни должны самостоятельно восстанавливать свою форму полностью или почти полностью. В то же время материал, из которого изготовлены стержни, должен быть прочным и достаточно легким. В качестве материала для каркаса можно использовать синтетические полимеры.
Указанные выше две части волоконного экрана жестко скрепляют между собой, как показано на Фиг.2, где 3 - волоконный экран, 4 - волоконная сеть, 5 - каркас.
Использование волоконной сетки с размером ячейки на 10-15% меньше, чем диаметр частиц проппанта, закачиваемого на последней стадии закачки, дает следующие преимущества:
- с одной стороны, такой размер достаточно мал для того, чтобы предотвратить вынос частиц проппанта,
- с другой стороны, чем меньше размер ячейки, тем выше риск предотвращения выноса мелочи, которая в норме должна выноситься из трещины, иначе она может заполнить промежутки между частицами проппанта и существенно снизить проводимость трещины гидроразрыва.
Этапы подготовки волоконного экрана для использования при проведении гидроразрыва:
1. Волоконный экран покрывают клейким веществом (Фиг.3). Клей должен удерживать экран в сложенном состоянии после придания ему формы и должен допускать быструю деструкцию после доставки экранов в трещину гидроразрыва.
За счет поверхностного нанесения можно легко регулировать толщину клеевого слоя (например, мы можем наносить несколько слоев одного или разных клеящих составов) и, следовательно, можно регулировать время его деструкции.
Изготовление волоконных экранов с различной толщиной клеевого слоя (а значит, с разным временем разрушения этого слоя) позволяет подбирать нужную толщину для того, чтобы клей разрушился и волоконные экраны стали плоскими после прекращения закачки, но до того, как трещина закроется (сядет на проппант). Если клей разрушится до прекращения закачки, фильтрующие экраны могут застрять в перфорационных трубках. Если клей разрушится после того, как трещина закроется, фильтрующие экраны с большой степенью вероятности не смогут распрямиться и не будут оказывать положительного влияния на стабилизацию упаковки проппанта.
2. Для придания формы волана волоконный экран продавливают сквозь кольцо 6, как показано на Фиг.4, и оставляют в таком состоянии до высыхания клея. Диаметр кольца равен
a=0.4167·l.
Здесь l - длина стержней, образующих каркас волоконного экрана. При выполнении этого условия максимальный диаметр и длина волоконного экрана в согнутом состоянии приблизительно равны между собой.
Пример выполнения предложенного способа.
Для случая, когда минимальный диаметр перфорационной трубки равен 8 мм, длина стержней каркаса равна
l=0.9·d=8.8 mm,
а диаметр кольца равен
а=0.4162·l=3.7 mm.
Таким образом, размер волоконного экрана в согнутом состоянии достаточно мал, и он может легко пройти через перфорационную трубку.
Использование фиксирующего кольца вместо шаблонной формы для придания формы волана волоконному экрану и фиксации этой формы может уменьшить время выдержки (время, необходимое для застывания клея) и, следовательно, сократить время, необходимое для производства волоконных экранов.
3. Кольцо удаляют, а к вершине волана прикрепляют грузило 7, например, приклеивают (Фиг.5).
Масса грузила рассчитывается (или определяется экспериментально) так, чтобы волоконный экран в перфорационной трубке и в трещине ориентировался против тока жидкости гидроразрыва, как показано на Фиг.6.
Способ контроля выноса проппанта:
Подготовленные волоконные экраны смешивают с порцией проппанта, которая закачивается на последней стадии закачки проппанта. Оценить по максимуму необходимое количество волоконных экранов можно, исходя из пропорции: 1 волоконный экран площадью S m2 на объем плотной упаковки проппанта, равный S3/2m3. Реальное число экранов, необходимое для обработки одной скважины, следует определять экспериментально. Затем разрушают клей, удерживающий волоконные экраны в согнутом состоянии, в промежуток времени между прекращением закачки и закрытием трещины с тем, чтобы экраны могли распрямиться и принять первоначальную форму, как показано на Фиг.1. Экраны будут удерживать проппант на месте и стабилизировать упаковку. В то же время жидкость будет свободно протекать через упаковку проппанта.
Пример.
Пусть минимальный диаметр перфорационной трубки равен 8 мм, тогда длина стержней каркаса равна
l=0.9·d=0.88·10-2 m
Площадь волоконного экрана равна
Один волоконный экран приходится на следующий объем упаковки проппанта:
S3/2=(0.1936·10-4)3/2=0.8518·10-7 m3.
Рассмотрим прискважинную часть трещины гидроразрыва длиной 1 м, высотой 10 м и средней шириной 0.01 м. Объем этой части трещины равен
V=1·10·0.01=0.1 m3.
Максимальное необходимое количество волоконных экранов для обработки этой части трещины гидроразрыва дается следующим соотношением:
Реальное количество волоконных экранов, необходимое для обработки, может быть значительно меньше и должно быть определено экспериментальным путем.
1. Волоконный экран, состоящий из квадратной волоконной сети с ячейками произвольной формы, жестко закрепленной на каркасе, состоящем из скрепленных между собой в форме креста двух стержней одинаковой длины, равной по размеру диагонали квадратной волоконной сети, размер ячеек волоконной сети меньше диаметра частиц проппанта, размер диагонали волоконной сети превышает минимальный размер диаметра перфорационных отверстий, причем волоконная сеть и каркас выполнены из материалов, не взаимодействующих химически с компонентами жидкости разрыва и компонентами добываемых жидкостей, материал каркаса обладает способностью к однократному, по меньшей мере, самостоятельному восстановлению формы после удержания его в согнутом состоянии.
2. Волоконный экран по п.1, отличающийся тем, что размер ячейки меньше диаметра частиц проппанта на 10-15%, размер диагонали квадрата на 10% превышает минимальный диаметра перфорационного отверстия, волоконная сеть и каркас выполнены из материалов, которые можно согнуть в полукольцо, а затем вернуть без разрушения их первоначальную форму.
3. Способ контроля выноса проппанта, при котором волокнистый материал смешивают с проппантом и закачивают в прискважинную зону трещины гидроразрыва, отличающийся тем, что в качестве волокнистого материала используют волоконные экраны, покрывают волоконные экраны клейким веществом, допускающим быструю деструкцию после доставки волоконных экранов в трещину гидроразрыва, для придания формы волана каждый волоконный экран продавливают сквозь кольцо, высушивают волоконные экраны в форме воланов, приклеивают грузило к вершине каждого волана, масса грузила такова, что волоконный экран ориентируют против тока жидкости гидроразрыва, волоконные экраны смешивают с порцией проппанта, которую закачивают на последней стадии закачки проппанта, разрушают клей, удерживающий волоконные экраны в согнутом состоянии, в промежуток времени между прекращением закачки и закрытием трещины.
4. Способ контроля выноса проппанта по п.3, отличающийся тем, что диаметр кольца «а» равен:
а=0,4167·l,
где l - длина стержней, образующих каркас волоконного экрана.
5. Способ контроля выноса проппанта по п.3, отличающийся тем, что волоконные экраны покрывают клейким веществом, состоящим из одного или более слоев одного или разных клеящих составов с различной толщиной клеевого слоя.
