Проппант для жидкости гидроразрыва

Группа изобретений относится к вариантам компонента и способу гидравлического разрыва пласта. Компонент содержит жидкость и множество трехмерных структур, перемешанных в жидкости. При этом каждая структура имеет продольную ось, центр масс и центр давления. Причем центр масс и центр давления не совпадают стабильным образом, что вызывает колебания структуры в жидкости для уменьшения выпадения структуры в осадок из жидкости при закачке в трещину. Каждая трехмерная структура может включать в себя первый конец структуры, имеющий первую плоскость, не перпендикулярную продольной оси и имеющую угол наклона θ¹, и второй конец структуры, имеющий вторую плоскость, не перпендикулярную продольной оси и имеющую угол наклона θ². Разница между θ¹ и θ² может находиться в диапазоне от 25° до 65°. Технический результат заключается в повышении эффективности гидравлического разрыва пласта. 4 н. и 23 з.п. ф-лы, 17 ил., 3 табл.

 

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0001] 1) Область изобретения

[0002] Настоящее изобретение относится к проппанту для использования с жидкостью гидроразрыва, имеющему улучшенные осадочные свойства и пустоты.

[0003] 2) Предпосылки создания изобретения

[0004] Добыча природного газа из сланцевых газовых коллекторов показала тенденцию к быстрому росту в течение последнего десятилетия и стала значительным источником газоснабжения за счет собственных ресурсов в США. В последнее время сочетание гидроразрыва с технологией горизонтального бурения значительно увеличило возможность добычи природного газа из подземных пластов, таких как сланец.

[0005] Гидроразрыв, называемый иногда гидравлическим разрывом пласта, представляет собой процесс, который используется для добычи природного газа из сланца, особенно из относительно глубоких скважин. С улучшением горизонтального бурения, используемого в сочетании с вертикальным бурением, жидкости гидроразрыва под высоким давлением могут закачиваться в подземные сланцевые пласты. С помощью этого давления можно открывать или создавать трещины в сланцах, обеспечивающие канал для протекания природного газа в ствол скважины с большей скоростью. Когда давление жидкости гидроразрыва превышает градиент давления гидравлического разрыва пласта горной породы или сланца, трещина открывается и/или расширяется.

[0006] При удалении давления из трещины трещина из-за давлений окружающей среды имеет тенденцию к повторному закрытию. Это уменьшает количество или скорость выхода газа в ствол скважины. Продуктивность скважины после гидравлического разрыва пласта зависит от наличия трещины, которая эффективно удерживается открытой по длине и высоте. Проппант добавляют в жидкость гидроразрыва таким образом, чтобы проппант мог удерживать эти трещины открытыми. Для достижения желаемых результатов хорошая или надлежащая транспортировка проппанта является центральной проблемой в обработке трещины «скользкой водой» из-за низкой вязкости жидкости гидроразрыва. Транспортировка проппанта внутри трещины зависит от ряда факторов, в том числе: ширины трещины, скорости закачки, просачивания жидкости, реологии жидкости, разности плотностей жидкости, трения, гидродинамического сопротивления и физических свойств самого проппанта. Кроме того, предпочтительно, чтобы проппант имел достаточно высокую устойчивость к дроблению, чтобы силы окружающей трещину среды не вызывали дробления проппанта, снижая тем самым эффективность проппанта.

[0007] Попытка уменьшить или устранить закрытие трещины задокументирована в патенте США №8298667, который относится к композиции и способу получения проппанта на основе сферы. Существенным недостатком использования сферической формы для проппанта является седиментация. При перемещении проппанта через жидкость сфера имеет тенденцию к осаждению и ограничивает расстояние, на которое перемещается проппант в скважине и трещине. Эта седиментация проппанта первоначально была фактором, ограничивающим отдачу скважины.

[0008] Кроме того, с целью создания более подходящего проппанта и, в конечном итоге, увеличения дебита скважины в уровне техники в настоящее время используют песок, песок со смоляным покрытием, легковесную керамику, керамику средней плотности или керамику высокой плотности. В некоторых испытаниях керамика дает лучшие эксплуатационные характеристики, чем песок. Кроме того, неправильная форма проппанта по-видимому также улучшает эксплуатационные характеристики, однако такая форма является результатом нарушений в самом проппанте, а не разработанной структурированной контролируемой форме проппанта. Кроме того, песок имеет дополнительный недостаток, заключающийся в более низкой устойчивости к дроблению, что делает его менее желательным в качестве проппанта. Дополнительно, когда проппант подвергается дроблению, он распадается на более мелкие частицы, которые могут привести к засорению трещины, уменьшая пустоты в проппанте и снижая дебит скважины.

[0009] В последнее время также была попытка улучшения проппанта посредством использования материалов, которые имеют удельный вес от 1,7 до уровня плавучести, чтобы уменьшить седиментацию и увеличить распределение проппанта по всей скважине и ее трещинам. В патентной заявке РСТ/2012/061329 описан усовершенствованный проппант в виде керамического сверхлегкого пористого проппанта, который может быть использован для гидроразрыва. В этой заявке утверждается, что карбид кремния и нитрид кремния могут преимущественно обеспечить высокую степень устойчивости, имея при этом достаточную пористость для того, чтобы оставаться легковесными и облегчать перемещение жидкости. Однако в этой заявке, опять же, описывается проппант сферической формы.

[0010] Патент США №7836952 нацелен на создание проппанта для использования в подземных пластах и относится к закупориванию проппантом и предотвращению обратного потока проппанта. Обратным потоком называется ситуация, когда проппант «стекает обратно» в ствол скважины в процессе производства, загрязняет и засоряет ствол скважины и снижает добычу нефти. Проппант, который стекает обратно, должен быть также отделен от нефти, прежде чем нефть станет пригодной для коммерческого использования. Указанная ссылка касается закачки в ствол скважины и закрепления отверстия в стволе скважины. Кроме того, конструкции, предлагаемые в этой ссылке, додержат множество ребер, которые фокусируют силы окружающей среды и невыгодным образом уменьшают устойчивость к дроблению и сжатию описанных форм.

[0011] При разработке оптимального проппанта важное значение имеет время, в течение которого проппант остается во взвешенном состоянии в жидкости, так чтобы проппант не выпадал из жидкости, препятствуя попаданию необходимого количества проппанта в трещину на достаточную глубину. Чем дольше проппант остается в жидкости и не оседает, тем глубже проппант может проходить в трещину для того, чтобы удерживать трещину открытой для извлечения газа и нефти. Поэтому, чем меньше происходящая седиментация, тем больше может быть проводимость трещины для добычи нефти и газа.

[0012] Известно, что не все падающие объекты перемещаются по прямой линии в жидкости. Падающие в жидкости объекты вследствие влияния многих факторов могут колебаться, переворачиваться или и то, и другое вместе. Объект, который имеет форму, способствующую колебаниям и/или переворотам, будет взвешен в жидкости дольше, тем самым снижая скорость седиментации.

[0013] Соответственно, задачей настоящего изобретения является создание проппанта с улучшенными соотношениями седиментации и взвешенности в жидкости.

[0014] Другой задачей настоящего изобретения является создание проппанта, форма которого способствует колебаниям, переворотам или и тому, и другому.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0015] Вышеуказанные недостатки преодолеваются посредством создания проппанта для использования с жидкостью гидроразрыва, содержащего множество трехмерных структур, в котором каждая структура имеет продольную ось, центр масс и центр давления, при этом центр давления и центр масс не совмещаются стабильным образом при расположении в жидкости из-за гидродинамического сопротивления, вызванного воздействием фрикционных сил на структуру, независимо от ориентации структуры. Проппант может включать в себя по меньшей мере одну трехмерную структуру, которая представляет собой цилиндр, имеющий отверстие. Каждая структура может иметь ширину в диапазоне от 100 мкм до 3000 мкм, толщину стенки в диапазоне от 100 мкм до 400 мкм, внутренний диаметр в диапазоне от 100 мкм до 200 мкм и длину в диапазоне от 100 мкм до 3000 мкм.

[0016] Множество структур может быть включено в смесь структур, имеющих ширину в пределах от 100 мкм до 3000 мкм, толщину стенки в пределах от 100 мкм до 400 мкм, внутренний диаметр в диапазоне от 100 мкм до 200 мкм и длину в диапазоне от 100 мкм до 3000 мкм. Первый конец структуры может иметь первую плоскость, не перпендикулярную продольной оси структуры и имеющую угол наклона θ¹; и второй конец структуры может иметь вторую плоскость, не перпендикулярную продольной оси структуры и имеющую угол наклона θ².

[0017] θ¹ может быть по существу равен θ², а разница может быть равна или меньше 30°. Разница между θ¹ и θ² для двух структур может варьироваться в диапазоне от 25° до 65°. По крайней мере одна структура может иметь поперечное сечение, выбранное из группы, состоящей из: асимметричного круга, полукруга, асимметричного полукруга, креста, формы, имеющей удлиненную центральную перекладину, двутавровый профиль и тавровый профиль. Коэффициент гидродинамического сопротивления может превышать 2,3. Свободное пространство, определяемое множеством структур, может превышать 30%. Эти структуры могут быть изготовлены методом экструзии и выбраны из группы, состоящей из боксита, соединений на основе боксита, оксида алюминия и муллита. Скорость оседания в воде может быть по меньшей мере на 15% меньше, чем скорость оседания куба, изготовленного из того же материала, что и структуры, и со стороной, равной ширине структур. Скорость оседания в воде может быть по меньшей мере на 45% меньше, чем скорость оседания куба, изготовленного из того же материала, что и структуры, и со стороной, равной ширине структур.

ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0018] Следующие графические материалы используются для облегчения объяснения и понимания изобретения и являются в настоящем документе частью описания.

[0019] На фиг. 1А представлено перспективное изображение особенностей настоящего изобретения.

[0020] На фиг. 1В представлено поперечное сечение особенностей настоящего изобретения.

[0021] На фиг. 2А представлено перспективное изображение особенностей настоящего изобретения.

[0022] На фиг. 2B-2D изображены поперечные сечения особенностей настоящего изобретения.

[0023] На фиг. 2Е представлено перспективное изображение особенностей настоящего изобретения.

[0024] На фиг. 3 представлено перспективное изображение особенностей настоящего изобретения.

[0025] На фиг. 4А представлено перспективное изображение особенностей настоящего изобретения.

[0026] На фиг. 4В и 4С изображены поперечные сечения особенностей настоящего изобретения.

[0027] На фиг. 5 представлено перспективное изображение особенностей настоящего изобретения.

[0028] На фиг. 6 представлено перспективное изображение особенностей настоящего изобретения.

[0029] На фиг. 7А-7С приведены перспективные изображения особенностей настоящего изобретения; а также

[0030] на фиг. 8 приведена блок-схема особенностей настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0031] Ниже настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылками на сопровождающие графические материалы, на которых показаны предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения. Это изобретение, однако, может быть воплощено во многих различных формах и не должно быть истолковано как ограниченное вариантами осуществления, изложенными в данном документе; скорее, эти варианты осуществления предоставлены для того, чтобы описание было полным и завершенным и полностью передавало объем изобретения специалистам в данной области техники.

[0032] Когда структура находится в жидкости гидроразрыва, желательно, чтобы структура участвовала в двух типах движения с целью поддержания структуры во взвешенном состоянии в жидкости как можно дольше для того, чтобы уменьшить седиментацию. Первый тип движения, которое желательно - это колебания из стороны в сторону (качание), а второй тип движения - вращение с переворотами (опрокидывание). Когда эти два типа движения происходят во время перемещения структуры в потоке жидкости, говорят о колебательном движении с опрокидыванием.

[0033] Со ссылкой на фигуры 1А и 1В, в настоящем изобретении предложены структуры (или частицы) специальной формы, так что при вынужденном перемещении в потоке жидкости лобовое сопротивление вызывает силу 24, которая пытается повернуть форму в направлении, указанном ссылочной позицией 26. Центр давления - это точка, в которой суммарное поле давлений действует на тело, вызывая действие силы, приложенной в этой точке. Центр тяжести - это точка, в которой действует вес компонентов формы. В одном варианте осуществления настоящего изобретения показан центр 11 тяжести. После такого поворота формы ее вторая сторона 22 оказывается под действием силы потока текучей среды и форма поворачивается в направлении, показанном позицией 27. Это приводит к покачиванию формы.

[0034] Кроме того, когда форма поворачивается, центр масс может смещаться из положения равновесия по отношению к центру давления, при этом форма стремится вернуться в состояние равновесия, что может способствовать вращению формы в направлении, указанном позицией 28. Действие на структуру конкурирующих сил при ее движении через жидкость гидроразрыва вызывает колебания структуры, тем самым уменьшая седиментацию. В одном варианте осуществления внешняя стенка и внутренняя стенка структуры включают в себя микроструктуры.

[0035] В одном варианте осуществления трехмерная структура показана в виде наклонно-цилиндрического проппанта 10, имеющего продольную ось 12, наружный диаметр 14, толщину 16 стенки, длину 18, первую сторону 20 и вторую сторону 22. Первая и вторая стороны могут иметь плоское поперечное сечение. Первая боковая стенка включает в себя угол θ¹, а вторая боковая стенка включает в себя угол θ¹. В одном варианте осуществления первый конец структуры имеет первую плоскость, которая не перпендикулярна продольной оси и имеет угол наклона θ¹. Второй конец структуры, напротив первого конца в одном варианте осуществления, имеет вторую плоскость, которая не перпендикулярна продольной оси и имеет угол наклона θ¹. В одном варианте осуществления θ¹ по существу равен θ², обеспечивая симметрию между первой боковой стенкой и второй боковой стенкой. Угол θ¹ и θ² могут быть в диапазоне от 25° до 65° и в одном из вариантов осуществления - равным или меньшим чем 30°.

[0036] В одном варианте осуществления цилиндр не включает в себя отверстие. Эта структура может включать в себя физические размеры с шириной в диапазоне от 100 мкм до 3000 мкм, толщиной стенки в диапазоне от 100 мкм до 400 мкм, внутренним диаметром в диапазоне от 100 мкм до 200 мкм и длиной в диапазоне от 100 мкм до 3000 мкм.

[0037] В одном варианте осуществления коэффициент гидравлического сопротивления структуры может быть больше чем 2,3. Когда эти трехмерные формы осаждаются в трещине, формы могут укладываться друг на друга. Когда это происходит, конфигурация этих форм и геометрия форм определяют пустоты, по которым может проходить текучая среда в газообразном или жидком состоянии. В одном из вариантов осуществления эти пустоты, определяемые множеством трехмерных фигур, расположенных в трещине, занимают больше чем 30%.

[0038] При производстве этих форм может использоваться процесс экструзии с получением в результате сплошных форм или форм с отверстием. После экструзии формы могут дополнительно обрабатываться с помощью лазерной резки, зазубривания или пропускания через ролики или пластины для дальнейшего придания формы. Материалы, которые могут использоваться для этих форм, включают в себя бокситы, соединения на основе боксита, оксид алюминия и муллит.

[0039] На фиг. 2А показан один из вариантов осуществления трехмерной структуры 21, в целом имеющей С-образную форму. Ее поперечное сечение может иметь форму полукруга или асимметричную форму, такую как J-образная форма, показанная позицией 23. В одном варианте осуществления одна из ножек формы длиннее, чем другая, что приводит к колебаниям структуры, поскольку конкурирующие силы центра давления стремятся вернуться к центру масс, когда структура испытывает сопротивление при перемещении в жидкости гидроразрыва. Кроме того, открытая конструкция снижает парциальную плотность, что способствует уменьшению седиментации. В процессе работы структура, как правило, качается или опрокидывается изогнутым концом вниз.

[0040] На фиг. 2D показана асимметричная С-образная форма 27. В этом варианте осуществления плечи 29а и 29b имеют различную длину и могут быть разной ширины. Когда сила, такая как поток 24 жидкости, действует на форму 27а в одной точке в потоке жидкости, форма благодаря силе потока может поворачиваться в направлении, указанном позицией 25а. Когда форма 27b находится в другой точке в потоке жидкости и после вращения на форму действует сила 24, приложенная к противоположному плечу, вызывающая вращение формы в направлении, указанном позицией 25b. Когда форма 27с находится в другом месте в потоке жидкости и после вращения на форму действует сила 24, приложенная к противоположному плечу, вызывающая вращение формы в направлении, указанном позицией 25с. Эти силы и повороты вызывают колебания и/или опрокидывания формы в потоке жидкости, снижая тенденцию формы к выпадению из потока жидкости. В одном из вариантов осуществления одно из плеч включает в себя участок 31а, который имеет дугу АВ, длина которой больше, чем дуга CD участка 32b второго плеча. Таким образом, форма структуры, показанной на фиг. 2Е, является асимметричной.

[0041] На фиг. 3 показана в целом круглая форма 33. Круглая форма может включать в себя первое круговое расширение 34, имеющее радиус 36. Круглая форма может также включать в себя второе круговое расширение 38, имеющее радиус 40. Когда форма вводится в трещину, круговые расширения находятся под действием силы потока жидкости, вынуждающей форму качнуться в направлении 32. В одном из вариантов осуществления центры первого и второго расширений, как правило, расположены по периметру круглой формы. В одном варианте осуществления отношение площади поперечного сечения круглой формы к площади поперечного сечения меньшего расширения составляет приблизительно 4:1. В одном варианте осуществления отношение площади поперечного сечения круглой формы к площади поперечного сечения большего расширения составляет примерно 2,4:1.

[0042] На фиг. 4 показана наклонная Н-образная форма. Эта структура включает в себя наклонные боковые стенки, указанные позициями 40 и 42. Угол между наклонной боковой стенкой 40 и горизонтальной осью 44 равен θ¹, а угол наклона стенки 42 к горизонтальной оси равен θ². В одном варианте осуществления толщина 46 по меньшей мере одного плеча меньше, чем толщина соединителя 48. Под воздействием силы со стороны потока жидкости Н-образная форма качается, опрокидывается или и то, и другое. На фиг. 5 показана скрученная Н-образная форма. Продольная ось 40 проходит в основном перпендикулярно боковым стенкам. Первая пара плеч 50 может быть присоединена ко второй паре плеч 52 с помощью соединителя 48. Соединитель может быть смещен по отношению к продольной оси. Первый набор плеч может включать в себя наклонную плоскость 54, которая может находиться под углом λ¹ по отношению к продольной оси. Вторая пара плеч может включать в себя наклонную плоскость 56, которая может находиться под углом λ² по отношению к продольной оси. Эта форма, учитывая скрученную ориентацию, при перемещении в жидкости гидроразрыва будет совершать колебательные, спиральные движения, переворачиваться или совершать любую комбинацию этих движений.

[0043] На фигурах 7А-7С показаны альтернативные варианты осуществления настоящего изобретения. Форма на фиг. 7В имеет в общем крестообразное поперечное сечение с плечами 60a-60d, проходящими от центральной части 68. Плечи могут содержать закругленный по радиусу участок 70. Закругленный по радиусу участок может быть круглым, продолговатым или асимметричным. Плечо может включать в себя плоский участок 72. В одном варианте осуществления, показанном на фиг. 7А, плечо 60а может содержать выемку 62, определенную с помощью первого закругленного по радиусу участка 64 и второго закругленного по радиусу участка 66. Каждое плечо может включать в себя эту конфигурацию. Со ссылкой на фиг. 7С форма может в целом представлять собой Н-образную форму с плечами, имеющими угол β¹ по отношению к вертикальной оси 73. Угол β¹ может быть меньше чем 45°. Концы плеч 74a-74d могут содержать закругленный по радиусу участок 76. В одном варианте осуществления диаметр 75 закругленного по радиусу участка может быть больше, чем длина плеча. В одном варианте осуществления плечи могут иметь угол β² по отношению к горизонтальной оси 78. Угол β² может быть больше чем 45°.

[0044] Формы на фигурах 7А-7С дополнительно описаны с использованием метода конечных элементов (FEA). Формы проверяли на напряжение, деформацию и смещение; при этом предполагалось давление 18000 фунтов на квадратный дюйм и заполнение определенной площади 0,5 мм на 0,5 мм с поверхностью реза под углом 40° относительно оси экструзии. Эти формы сравнивались с формой, показанной на фиг. 4А, со следующими результатами.

[0045] Эти структуры могут производиться путем экструзии и могут выполняться из боксита, соединений на основе боксита, оксида алюминия и муллита.

[0046] В следующей таблице приведены размеры каждой из структур в одном варианте осуществления.

[0047] Тестирование седиментации проводили на всех структурах с использованием материалов равной плотности при сохранении габаритных размеров частиц примерно одинаковыми. Конкретная структура погружается в воду, падает на три фута в стоячей воде, не покидая жидкую среду, при этом время падения на расстояние трех футов измеряется в секундах. Результаты показаны в следующей таблице.

[0048] Ниже приведены результаты тестов для структур, изготовленных из оксида алюминия по сравнению с традиционным проппантом-песком. Результаты тестов на седиментацию для частиц проппанта показывают значительное увеличение времени падения частиц оксида алюминия в виде указанных выше структур в соответствии с настоящим изобретением по сравнению с проппантом-песком, который имел аналогичные размер и вес. Структуры в виде полностью плотных частиц проппанта из оксида алюминия заставляли опрокидываться и колебаться во время осаждения в воде. Такое движение уменьшает скорость седиментации более чем на 40% по сравнению с проппантом в виде песчинок аналогичного общего размера и веса в диапазоне от 57% до 81% для трех лучших образцов.

[0049] В одном тесте структуры, изготовленные из пластика, заполненного керамическим материалом, с плотностью материала приблизительно 1,65 г/см³, тестировали путем замачивания частиц в воде в течение по меньшей мере десяти минут, опуская частицу в пластиковую трубку трехдюймового диаметра, заполненную водой, с измерением времени падения Частицы на дно, что дало следующие результаты.

[0050] Структура «Наклонная С» проявила себя лучше, чем песок. Несмотря на то, что эта структура в 5 раз тяжелее, чем песок, эта конструкция показала хорошие эксплуатационные качества со средним временем падения на 13%-23% меньше, чем время падения песка. Наклонный полый цилиндр показал лучшие эксплуатационные качества, чем цилиндр без наклонных боковых стенок. Это демонстрирует эффективность добавления наклонных элементов для того, чтобы добиться опрокидывания частиц. Размеры С-образной структуры в одном варианте осуществления показаны на фиг. 6, где сторона А равна 500 мкм, ширина В - 150 мкм и промежуток С - 200 мкм. В одном варианте осуществления изобретения при действии на эту структуру давления сжатия в 6 килофунтов на квадратный дюйм, показанного позицией 45, эта структура будет испытывать номинальное усилие в 2,3 фунта. Для оксида алюминия при θ=360 килофунтов на квадратный дюйм одна частица разработанного проппанта может выдерживать усилие 6 фунтов, коэффициент запаса прочности 160%. Когда одна частица проппанта ломается, остаются 2 арочных сегмента, которые сохраняют пустоты. Коэффициент гидравлического сопротивления может приблизительно составлять 2,3.

[0051] Настоящее изобретение описывается в действии со ссылкой на фиг. 8. На этапе 80 обеспечивается смесь гидроразрыва, содержит жидкость и множество трехмерных структур. Трехмерные структуры переносятся в жидкости, при этом каждая структура имеет продольную ось, центр масс и центр давления, причем центр давления и центр масс не совпадают стабильным образом, вызывая колебания трехмерной структуры в жидкости; структуры транспортируются жидкостью и закачиваются в трещину. На этапе 82 смесь закачивают в трещину под давлением, чтобы открыть подземные трещины, где это необходимо, для удаления текучей среды, в том числе газа и нефти. После удаления давления из жидкости трехмерные структуры могут удерживать открытой трещину на этапе 84 таким образом, что газ или нефть, или и то, и другое могут извлекаться из трещины.

[0052] В одном варианте осуществления на этапе 86 могут быть сделаны традиционная смесь жидкости гидроразрыва и традиционный проппант. На этапе 88 в трещину под давлением может закачиваться традиционная смесь. В одном варианте осуществления традиционные жидкость гидроразрыва и проппант могут закачиваться в трещину до заполнения по меньшей мере 70% от общего объема трещины прежде, чем начнут закачивать смесь гидроразрыва с трехмерными структурами. В одном из вариантов осуществления закачивание традиционной смеси гидроразрыва в трещину может происходить до закачки обычной смеси. В одном варианте осуществления отношение трехмерных структур к обычным проппантам выбирают из группы, состоящей из: 0,5:10, 1:9, 2:8, 3:7, 4:6 и 5:5 частей на миллион.

[0053] При использовании в качестве проппанта для достижения оптимального экономического эффекта описанные здесь частицы можно закачивать с обычными проппантами в разных комбинациях. Например, уменьшение скорости осаждения может быть возможным при достижении, например, более высоких расклиненных трещин при помощи закачки сначала 90% от общего объема обычным проппантом, для заполнения нижней части трещины, с последующей закачкой 10% объема частицами, описанными в данном документе, в конце, чтобы перекрыть трещину и заполнить верхнюю часть трещины. Различные другие соотношения и способы могут быть использованы в зависимости от различных факторов, таких, как глубина выхода на горизонтальный участок, расположение перфораций, толщина трещины и тип используемой жидкости. Например, в одном варианте можно использовать 80% обычного проппанта и 20% частиц, описанных в настоящей заявке, или наоборот. В других комбинациях может быть разделение 70%-30%, разделение 60%-40% или разделение 50%-50%. В некоторых геологических условиях может быть благоприятным вначале закачивать частицы, описанные в данном документе, чтобы достичь лучше закрепленных высот, при наличии естественных трещин, таким образом, меняя порядок закачки. В других обстоятельствах эти подборки пар описанных в данном документе частиц и обычных проппантов могут закачиваться более чем одной серией, например, 3, 7 или 10 серий в зависимости от конструкции, и в концентрациях в диапазоне от 0,5 ppg до 10 ppg, от 1 до 9 ppg, от 2 до 8 ppg или от 3 до 7 ppg. В зависимости от применения, частицы, описанные в данном документе, можно разделять по размеру, весу или иным образом. Распределения больших размеров можно закачивать в начале работы при низких концентрациях.

[0054] Понятно, что приведенные выше описания и иллюстрации предназначены для иллюстрации и не имеют ограничительного характера. Другие варианты осуществления, а также множество применений помимо приведенных примеров, будут очевидны для специалистов в данной области техники после прочтения вышеприведенного описания. Объем настоящего изобретения должен, следовательно, определяться не при помощи ссылки на вышеприведенное описание, а вместо этого определяться при помощи ссылки на прилагаемую формулу изобретения, вместе с полным объемом эквивалентов, на которые такая формула изобретения дает право. Описание всех статей и ссылок, включая патентные заявки и публикации, включено в качестве ссылки во всех смыслах. Исключение в следующих пунктах формулы изобретения любого характерного признака объекта изобретения, который раскрыт в настоящем документе, не является отказом от такого объекта, и не следует считать, что изобретатель не рассматривал такой предмет как часть раскрытого объекта изобретения.

1. Компонент гидравлического разрыва пласта, содержащий:

жидкость и

множество трехмерных структур, перемешанных в жидкости, при этом каждая структура имеет продольную ось, центр масс и центр давления, причем центр масс и центр давления не совпадают стабильным образом, вызывая колебания структуры в жидкости с целью уменьшения выпадения структуры в осадок из жидкости при закачке в трещину, где множество трехмерных структур включает в себя смесь структур, имеющих ширину в диапазоне от 100 мкм до 3000 мкм, толщину стенки в диапазоне от 100 мкм до 400 мкм, внутренний диаметр в диапазоне от 100 до 200 мкм и длину в диапазоне от 100 мкм до 3000 мкм.

2. Компонент гидравлического разрыва пласта по п. 1, где по меньшей мере одна трехмерная структура представляет собой цилиндр с отверстием.

3. Компонент гидравлического разрыва пласта по п. 2, где трехмерная структура с отверстием имеет ширину в диапазоне от 100 мкм до 3000 мкм, толщину стенки в диапазоне от 100 мкм до 400 мкм, внутренний диаметр в диапазоне от 100 мкм до 200 мкм и длину в диапазоне от 100 мкм до 3000 мкм.

4. Компонент гидравлического разрыва пласта по п. 1, содержащий:

первый конец структуры, имеющий первую плоскость, которая не перпендикулярна продольной оси и имеет угол наклона θ¹; и

второй конец структуры, имеющий вторую плоскость, которая не перпендикулярна продольной оси и имеет угол наклона θ².

5. Компонент гидравлического разрыва пласта по п. 4, где θ¹ по существу равен θ².

6. Компонент гидравлического разрыва пласта по п. 4, где разница между θ¹ и θ² равна или меньше 30°.

7. Компонент гидравлического разрыва пласта по п. 4, где разница между θ¹ и θ² находится в диапазоне от 25° до 65°.

8. Компонент гидравлического разрыва пласта по п. 1, где по меньшей мере одна структура имеет поперечное сечение, выбранное из группы, состоящей из: асимметричного круга, полукруга, асимметричного полукруга, креста, креста с выпуклыми плечами и формы, имеющей удлиненную центральную перекладину.

9. Компонент гидравлического разрыва пласта по п. 1, где по меньшей мере одна структура имеет коэффициент лобового сопротивления больше 2,3.

10. Компонент гидравлического разрыва пласта по п. 1, где пустота, определенная множеством расположенных в трещине трехмерных структур, больше 30%.

11. Компонент гидравлического разрыва пласта по п. 1, где трехмерные структуры изготовлены путем экструзии.

12. Компонент гидравлического разрыва пласта по п. 11, где трехмерные структуры изготовлены при помощи лазерной резки или зазубривания и пропускания через ролики или пластины для создания трехмерной структуры с наклонными концами после экструзии.

13. Компонент гидравлического разрыва пласта по п. 1, где трехмерные структуры изготовлены из материалов, выбранных из группы, состоящей из: боксита, соединений на основе боксита, оксида алюминия и муллита.

14. Компонент гидравлического разрыва пласта по п. 1, где скорость седиментации трехмерных структур в воде на 10-15% ниже, чем скорость седиментации куба, изготовленного из того же материала, что и трехмерные структуры, и с той же шириной, что и у трехмерных структур.

15. Компонент гидравлического разрыва пласта по п. 1, где скорость седиментации трехмерных структур в воде на 15-30% ниже, чем скорость седиментации куба, изготовленного из того же материала, что и трехмерные структуры, и с той же шириной, что и у трехмерных структур.

16. Компонент гидравлического разрыва пласта по п. 10, где скорость седиментации трехмерных структур в воде на 30% и 41% ниже, чем скорость седиментации куба, изготовленного из того же материала, что и трехмерные структуры, и с той же шириной, что и у трехмерных структур.

17. Компонент гидравлического разрыва пласта, содержащий:

жидкость;

множество трехмерных структур, перемешанных в жидкости, имеющих плечи, вытянутые в стороны от центральной точки;

первый угол, образованный плечом и вертикальной осью, который составляет менее 45°;

второй угол, образованный плечом и горизонтальной осью, который составляет более 45°;

при этом каждая структура колеблется в жидкости, снижая склонность структур к выпадению в осадок из жидкости при закачке в трещину.

18. Компонент гидравлического разрыва пласта по п. 17, содержащий на каждом плече закругленный по радиусу участок, обеспечивающий закругленный конец на каждом плече.

19. Компонент гидравлического разрыва пласта по п. 17, содержащий:

первый конец структур, имеющий первую плоскость, которая не перпендикулярна продольной оси и имеет угол наклона θ¹; и

второй конец структур, имеющий вторую плоскость, которая не перпендикулярна продольной оси и имеет угол наклона θ².

20. Компонент гидравлического разрыва пласта по п. 17, имеющий напряжение по Мизесу в результате анализа FEA, равное приблизительно 1,150 МПа.

21. Компонент гидравлического разрыва пласта по п. 17, имеющий смещение, полученное в результате анализа FEA, равное приблизительно 5,45е-04 мм².

22. Компонент гидравлического разрыва пласта по п. 21, имеющий деформацию, полученную в результате анализа FEA, равную приблизительно 0,1775 мм².

23. Компонент гидравлического разрыва пласта, содержащий:

жидкость и

множество трехмерных структур, переносимых в жидкости, при этом каждая структура имеет продольную ось, центр масс и центр давления, при этом центр масс и центр давления не совпадают стабильным образом, вызывая колебания трехмерной структуры в жидкости с целью снижения седиментации во время закачивания жидкости в трещину:

первый конец структуры, имеющий первую плоскость, которая не перпендикулярна продольной оси и имеет угол наклона θ¹; и

второй конец структуры, имеющий вторую плоскость, которая не перпендикулярна продольной оси и имеет угол наклона θ², причем θ¹ по существу равен θ².

24. Компонент гидравлического разрыва пласта по п. 23, содержащий пустоту, определяемую трехмерными структурами, которая составляет более 30% от области, занимаемой трехмерными структурами при расположении в трещине.

25. Способ осуществления гидравлического разрыва пласта по трещине, включающий этапы:

обеспечения смеси гидроразрыва, содержащей жидкость и множество трехмерных структур, переносимых в жидкости, при этом каждая структура имеет продольную ось, центр масс и центр давления, причем центр давления и центр масс не совпадают стабильным образом, вызывая колебания трехмерной структуры в жидкости, структуры транспортируются при помощи жидкости и закачиваются в трещину;

закачивания обычной смеси жидкости гидроразрыва и обычного проппанта в трещину, пока по меньшей мере 70% от общего объема трещины не будет заполнено; и

закачивания смеси гидроразрыва в трещину.

26. Способ по п. 25, где закачивание смеси гидроразрыва в трещину происходит до закачивания в нее обычной смеси.

27. Способ по п. 25, где отношение трехмерных структур к обычным проппантам выбирают из группы, состоящей из: 0,5:10, 1:9, 2:8, 3:7, 4:6 и 5:5 частей на миллион.