Система и способ обработки подземного пласта с помощью отклоняющей композиции - RU2659929C1

Чертежи

Описание

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0001] Углеводороды (нефть, конденсат и газ), как правило, добывают из скважин, пробуренных в пластах, содержащих углеводороды. По различным причинам, таким как изначально низкая проницаемость коллекторов или повреждение пласта, вызванное бурением и заканчиванием скважины, приток углеводородов в скважину может быть низким. В этом случае скважину можно стимулировать, используя разнообразные технологии, включая гидроразрыв пласта и химическую стимуляцию или их комбинацию (называемую кислотным гидроразрывом пласта).

[0002] При гидравлическом и кислотном гидроразрыве первая жидкость, называемая подушкой, закачивается в пласт для инициирования и распространения трещин. Затем, вводится вторая жидкость для того, чтобы трещина оставалась открытой после снижения давления. Вторая жидкость обычно содержит отклоняющий агент, например, песок. При кислотном гидроразрыве пласта, вторая жидкость также содержит кислоту или хелатирующий агент, который может растворить часть скалы, что может привести к неоднородному травлению поверхности трещины и удалению из него минеральных веществ. При прекращении перекачивания это может привести к неполному закрытию трещины.

[0003] При гидроразрыве пласта процесс может также выполняться без использования высоковязкой жидкости (с помощью реагента на водной основе) с целью: (1) минимизировать повреждения, вызванные полимерами, (2) создать сложную сеть трещин и (3) снизить затраты.

[0004] В процессе бурения скважины различные жидкости могут использоваться для различных целей. Жидкость может циркулировать через бурильную трубу и долото в стволе скважины, а затем может подниматься через ствол скважины на поверхность. Во время циркуляции буровой раствор может служить для выноса бурового шлама из забоя скважины на поверхность, для выноса бурового шлама и утяжеляющей добавки в случае нарушения циркуляции, для контроля за подземным давлением, для поддержания целостности ствола скважины, пока выполняется обсаживание и цементирование фрагмента скважины, для изолирования флюидов от пласта путем обеспечения достаточного гидростатического давления для предотвращения попадания флюидов в ствол скважины, для охлаждения или смазки колонны бурильных труб и долота, и/или для повышения до максимума механической скорости проходки.

[0005] Одной из проблем, возникающей в процессе бурения, является потеря циркуляции, которая характеризуется потерей бурового раствора в пласте, находящемся рядом со стволом скважины. Пласты, находящиеся рядом со стволом скважины, могут включать сланцевую глину, пески, гравий, ракушечники, рифовые отложения, известняк, доломитовый мел или другие твердые частицы. Потеря циркуляции может самопроизвольно произойти в пластах, которые являются трещиноватыми, сильно проницаемыми, пористыми или кавернозными. Кроме того, проблемы при бурении могут включать прихват колонны труб, обрушение стенок скважины, потеря управления скважиной, а также снижение или прекращение добычи.

[0006] Для контроля за потерей циркуляции используются добавки в жидкости, которые вводятся в стволы скважин. Широко распространенной добавкой для контроля или предотвращения потери циркуляции является бентонит, благодаря которому обеспечивается герметичность небольших отверстий или трещин. В более высоких концентрациях бентонит также увеличивает вязкость и замедляет течение жидкости в окружающие породы. Для контроля потери жидкости также используются другие твердые вещества, например измельченная бумага, измельченная сердцевина кукурузных початков, а также опилки. Для увеличения вязкости скважинной жидкости и для контроля потери жидкости также могут использоваться полимеры. При этом часто по сравнению с частицами, например, бентонитом полимерные добавки являются более дорогостоящими.

[0007] Как при гидроразрыве, так и при кислотном гидроразрыве горизонтальных скважин и многослойных пластов могут использоваться технологии отклонения, позволяющие изменить направление гидроразрыва пласта между различными зонами. Существующие способы отклонения включают установку механических изолирующих устройств, например, пакеров, скважинных пробок, извлекаемых мостовых пробок, нагнетание уплотняющих сферических элементов, нагнетание связанных хлопьев бензойной кислоты, а также удаляемых или разлагаемых частиц. В других способах обработки, например, при матричной кислотной обработке отклонение тоже может применяться.

[0008] В случае если отклонение выполняется с помощью извлекаемых отклоняющих материалов, отклонение, как правило, основывается на соединении отдельных частиц отклоняющего материала и образовании заглушки путем накопления остальных частиц с целью образования моста. При этом в случае, если в обычном способе обработки используются удаляемые материалы, связующая способность отклоняющего раствора может снижаться из-за разбавления скважинным буровым раствором. Кроме того, еще одной проблемой во время процесса отклонения является недостаточная стабильность заглушки, сформированной из различных отклоняющих материалов.

[0009] Закупорка или отклонение элемента скважины твердым отклоняющим материалом может достигаться в случае, если отклоняющий агент находится в насыщенном состоянии (например, при высокой концентрации, такой как от около 2,4 г/л (20 фунтов/1000 галлонов) до около 119,8 г/л (1000 фунтов/1000 галлонов), или от около 4,8 г/л (40 фунтов/1000 галлонов) до около 89,8 г/л (750 фунтов/1000 галлонов)) для создания временных заглушек или мостов. Также может использоваться разлагаемый материал в концентрации не менее 4,8 г/л (40 фунтов/1000 галлонов) по меньшей мере 6 г/л (50 фунтов/1000 галлон) или по меньшей мере 7,2 г/л (60 фунтов/1000 галлонов). Повышенная концентрация может привести к тому, что множество частиц будет перекрывать пористую среду. Однако достижение насыщенного состояния отклоняющего агента в потоке жидкости при обработке приствольной зоны является сложной задачей. Затрудняется возможность непрерывного добавления твердого тела с помощью традиционных дозаторов для твердых тел с ограниченной скоростью подачи. Вследствие того, что жидкость для обработки приствольной зоны должна вводиться с высокой скоростью, часто превышающей 132,5 л/мин (50 баррелей/минуту), скорость добавления отклоняющего агента должна быть достаточной для создания насыщенного потока твердого материала. Твердый материал может использоваться в виде изготовленных структур, таких как хлопья, волокна и частицы. Традиционные способы добавления твердого материала не позволяют достичь быстрого введения высоких концентраций отклоняющего агента для достижения подходящего потока, и в случае повторения таких способов во время обработки скважины ошибки могут накапливаться.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0010] В данной сущности изобретения приводится выбор концепций, которые дополнительно описаны ниже в подробном описании изобретения. Данная сущность изобретения не предназначена для определения ключевых или существенных признаков заявленного объекта изобретения, а также не предназначена для использования с целью ограничения объема заявленного объекта изобретения.

[0011] Утверждения приводятся лишь с целью предоставления информации, касающейся данного изобретения, при этом они могут описывать некоторые варианты реализации изобретения, иллюстрирующие объект изобретения данной заявки.

[0012] В первом аспекте описан способ закачки отклоняющей композиции. Способ может включать перемещение потока разбавленной жидкости к трубопроводу высокого давления, перемещение потока высоконагруженной жидкости к трубопроводу высокого давления, смешивание потока разбавленной жидкости и потока высоконагруженной жидкости для создания отклоняющей композиции и введение отклоняющей композиции в ствол скважины.

[0013] Во втором аспекте описана система для закачки отклоняющей композиции. Система может включать по меньшей мере одно устройство для разбавленной жидкости, перемещающее поток разбавленной жидкости в трубопровод высокого давления и по меньшей мере одно устройство для высоконагруженной жидкости, перемещающее поток высоконагруженной жидкости в трубопровод высокого давления. Поток разбавленной жидкости и поток высоконагруженной жидкости могут смешиваться для создания отклоняющей композиции, при этом отклоняющая композиция может вводиться в ствол скважины.

[0014] В третьем аспекте описан способ для перекачивания отклоняющей композиции. Способ может включать перекачивание потока разбавленной жидкости к трубопроводу высокого давления, перекачку потока высоконагруженной жидкости к трубопроводу высокого давления, смешивание потока разбавленной жидкости и потока высоконагруженной жидкости для создания отклоняющей композиции и введение отклоняющей композиции в ствол скважины. Поток разбавленной жидкости может включать первое количество разлагаемых волокон, загустителя и воды. Поток высоконагруженной жидкости может включать второе количество разлагаемых волокон, гелеобразователь и воду.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0015] На Фиг. 1 проиллюстрирована схема оборудования для обработки скважин в соответствии с предыдущим уровнем техники.

[0016] На Фиг. 2 проиллюстрирована схема оборудования для обработки скважин в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения, описанными в данной заявке.

[0017] На Фиг. 3 проиллюстрирована схема оборудования для обработки скважин в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения, описанными в данной заявке.

[0018] На Фиг. 4 проиллюстрировано графическое представление изменения давления в зависимости от времени в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения, описанными в данной заявке.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0019] С целью облегчения понимания данного изобретения в приведенном ниже описании приводятся многочисленные подробности. При этом для специалистов в данной области техники будет очевидным, что способы по данному изобретению могут использоваться на практике без этих подробностей и, что возможны многочисленные изменения или модификации описанных вариантов реализации изобретения.

[0020] Прежде всего, следует отметить, что при разработке любого подобного реального варианта реализации изобретения могут выполняться многочисленные реализации - конкретные решения для достижения конкретных целей разработчика, например соответствие системным ограничениям и ограничениям, связанным с экономическими факторами, которые будут варьироваться от одной реализации к другой. Кроме того, следует иметь в виду, что такие опытно-конструкторские работы могут быть сложными и трудоемкими, но при этом не станут рутинными мероприятиями для специалистов в данной области техники, извлекающих пользу из данного изобретения. Кроме того, композиция, используемая/описанная в данной заявке, кроме используемых компонентов может также содержать некоторые компоненты. В сущности изобретения и данном подробном описании каждое численное значение один раз следует читать как модифицированное с помощью термина "около" (за исключением случаев, если уже явным образом изменено), а затем читать снова как не модифицированное, за исключением случаев, если в контексте не указано обратное. Кроме того, в сущности изобретения и в данном подробном описании следует понимать, что диапазон, который указан или описан как применимый, подходящий и т. п., предназначается для включения любого возможного поддиапазона в пределах диапазона по меньшей мере потому, что каждую точку в пределах диапазона, включая конечные точки, следует рассматривать как указанную точно. Например, "диапазон от 1 до 10" следует рассматривать как указание каждого возможного числа вдоль непрерывного множества между около 1 и около 10. Кроме того, одна или более точек данных в приведенных примерах могут совмещаться вместе или могут совмещаться с одной из точек, приведенных в описании изобретения, для создания диапазона, и тем самым включать все возможные значения или числа в пределах данного диапазона. Таким образом, (1) даже если многочисленные конкретные точки данных в пределах диапазона явно определены, (2) даже если ссылка делается на несколько конкретных точек данных в пределах диапазона, или (3) даже при отсутствии явно определенных точек данных в пределах диапазона, должно быть понятно (i), что изобретатели подразумевают и понимают, что любая возможная точка данных в диапазоне считается указанной, и (ii) что изобретатели владеют информацией о диапазоне в целом, каждом возможном поддиапазоне в пределах диапазона, и каждой возможной точке в пределах диапазона. Кроме того, объект изобретения, соответствующим образом иллюстративно описанный в данной заявке, может быть реализован при отсутствии какого-либо элемента (элементов), явно не описанных в данной заявке.

[0021] Следующие определения приводятся для того, чтобы предоставить специалистам в данной области техники помощь для понимания подробного описания.

[0022] Термин "ствол скважины" относится к пробуренному отверстию или скважине, включая открытый ствол или необсаженный ствол скважины, который пробуривается при обработке подземного пласта. Термин “ствол скважины” не относится к устьевому, или любому другому аналогичному оборудованию, расположенному над стволом скважины.

[0023] Термин "закачка" описывает введение нового или другого элемента в первый элемент. В контексте данной заявки, закачка жидкости, твердого тела или другого соединения может происходить посредством какой-либо формы физического введения, включая, но, не ограничиваясь этим, перекачивание.

[0024] Термин "гидроразрыв пласта" относится к процессу и способам разрушения геологического пласта и образованию трещины, например, геологического пласта вокруг ствола скважины, с целью увеличения дебита нефтеотдачи из резервуара углеводородов. В технологиях гидроразрыва пласта иным образом используются способы, известные в данной области техники.

[0025] Термин "матричная кислотная обработка" относится к процессу обработки кислотой или другими активными химическими веществами, которые закачиваются в пласт при давлении, ниже которого может формироваться трещина. В технологиях матричной кислотной обработки используются способы, известные в данной области техники.

[0026] Термин "отклоняющий агент" представляет собой химическое вещество, используемое для стимуляции с целью обеспечения равномерной закачки по всей площади обработки. Отклоняющие агенты, также известны как химические отклонители, действуют путем создания временного блокирующего эффекта, который устраняется после обработки.

[0027] В некоторых вариантах реализации отклоняющий агент включает удаляемые отклоняющие материалы, которые могут быть разлагаемым материалом и/или растворимым материалом. Разлагаемый материал означает материал, который по меньшей мере частично разлагается (например, путем разрыва химической связи) в течение ожидаемого периода времени таким образом, что для удаления заглушки не требуется никакого дополнительного вмешательства. Например, может разлагаться по меньшей мере 30% разлагаемого материала, например, по меньшей мере 50%, или по меньшей мере 75%. В некоторых вариантах реализации изобретения может разлагаться 100% разлагаемого материала. Разложение разлагаемого материала может быть вызвано изменением температуры и/или быть результатом химической реакции между разлагаемым материалом и другим реагентом. Разложение может включать растворение разлагаемого материала.

[0028] Разлагаемые материалы для использования в качестве отклоняющего агента могут использоваться в любом подходящем виде: например, порошок, частицы, сферические элементы, хлопья, или волокна. В случае если разлагаемый материал используется в виде волокон, волокна могут иметь длину от около 2 до около 25 мм, например от около 3 мм до около 20 мм. В некоторых вариантах реализации изобретения волокна имеют линейную плотность от около 0,111 дтекс до около 22,2 дтекс (от около 0,1 до около 20 денье), например, от около 0,167 до около 6,67 дтекс (от около 0,15 до около 6 денье). Подходящие волокна могут разлагаться под действием скважинных условий, которые могут включать, например, такие как высокие температуры, как около 180°С (около 350°Ф) или более, а также такие как высокие давления около 137,9 МПа (около 20000 фунтов/квадратный дюйм) или более, в течение времени, требуемого для выбранной операции, с минимальной длительностью от около 0,5, от около 1, от около 2 или от около 3 часов до около 24, до около12, до около 10, до около 8 или до около 6 часов, или диапазона от любой минимальной длительности до любой максимальной длительности.

[0029] Разлагаемые материалы могут быть сенсибилизированными к условиям окружающей среды, поэтому при выборе разлагаемого материала следует учитывать такие свойства как растворение и осадкообразование материала. Разлагаемый материал, используемый в качестве герметизирующего, может сохранять свои свойства в пласте или скважине достаточно длительное время (например, от около 3 до около 6 часов). Продолжительность должна быть достаточной для завершения операций на каротажном кабеле по перфорированию следующего пласта с промышленными запасами, дальнейшей обработки (обработок) с помощью гидроразрыва пласта, а также смыкания трещины на проппанте до его полного оседания, обеспечивая тем самым улучшенную проводимость трещины.

[0030] Дополнительно подходящие разлагаемые материалы, а также способы их использования описаны в заявке на патент США № 2006/0113077, 2008/0093073 и 2012/0181034, содержание которых полностью включено в данную заявку посредством ссылки. К данным материалам относятся неорганические волокна, например, из известняка или стекла, но чаще полимеры или сополимеры эфиров, амидов, или другие аналогичные материалы. Они могут частично расщепляться в местах, которые не являются несущими. Также в способах, рассмотренных в данном описании изобретения, могут использоваться любые аналогичные материалы, являющиеся разлагаемыми (частично по причине того, что материалы могут, например, разлагаться и/или растворяться) в течение соответствующего периода времени из-за возникших условий. Например, могут использоваться полиолы, содержащие три или более гидроксильных групп. Подходящие полиолы включают полимерные полиолы, растворимость которых повышается под действием тепла, деминерализации или их комбинации, и содержат гидроксил-замещенные атомы углерода в полимерной цепи, отстоящие от соседних гидроксил-замещенных атомов углерода в цепи полимера по меньшей мере на один атом углерода. Полиолы могут быть не содержащими соседние гидроксильные замещающие атомы. В некоторых вариантах реализации изобретения полиолы имеют средневесовую молекулярную массу от около 5000 до около 500000 Дальтон или более, например, от около 10000 до около 200000 Дальтон.

[0031] Дополнительные примеры разлагаемых материалов включают полигидроксиалканоаты, полиамиды, поликапролактоны, полигидроксибутираты, полиэтилентерефталаты, поливиниловые спирты, полиэтиленоксид (полиэтиленгликоль), поливиниловый ацетат, частично гидролизованный поливинилацетат и сополимеры этих материалов. Полимеры или сополимеры сложных эфиров, например, включают замещенные и незамещенные лактид, гликолид, полимолочную кислоту, и полигликолевую кислоту. Например, подходящие разлагаемые материалы для использования в качестве отклоняющего агента включают полимолочную кислоту; поликапролактон; полигидроксибутират; полигидроксивалерат; полиэтилен; полигидроксиалканоаты, такие как поли[R-3-оксибутират], поли[R-3-оксибутират-ко-3-гидроксивалерат], поли[R-3-гидроксибутират-ко-4-гидроксивалериат], и тому подобное; полимеры на основе крахмала; полимолочную кислоту и сополиэфиры; полимолочную кислоту и сополимеры; алифатические-ароматические полиэфиры, такие как поли(ε-капролактон), полиэтилентерефталат, полибутилентерефталат и т. п.; поливинилпирролидон; полисахариды; поливинилимидазол; полиметакриловая кислота; поливиниламин; поливинилпиридин; а также белки, такие как желатин, пшеничный и кукурузный глютен, хлопковая мука, белки молочной сыворотки, миофибриллярные белки, казеины и тому подобное. Полимеры или сополимеры амидов, например, могут включать полиакриламиды.

[0032] Для формирования временных пробок и мостов в составе отклоняющего агента могут использоваться разлагаемые материалы, такие как, например, разлагаемые и/или растворяемые материалы высокой концентрации (например, от около 2,4 г/л (20 фунтов/1000 галлонов) до около 119,8 г/л (1000 фунтов/1000 галлонов), или от 4,8 г/л (40 фунтов/1000 галлонов) до около 89,9 г/л (750 фунтов/1000 галлонов). Разлагаемый материал также может применяться в концентрации не менее 4,8 г/л (40 фунтов/1000 галлонов), по меньшей мере 6 г/л (50 фунтов/1000 галлон) или по меньшей мере 7,2 г/л (60 фунтов/1000 галлонов). Максимальные концентрации данных материалов, которые могут использоваться, могут зависеть от увеличения обрабатываемой поверхности и доступности смесительного оборудования.

[0033] Подходящие разлагаемые отклоняющие агенты также включают растворяемые материалы и плавкие материалы (причем и те и другие также могут быть выполнены с возможностью разложения). Плавкий материал представляет собой материал, который при воздействии соответствующего воздействия, как правило, температуры, будет переходить из твердого состояния в жидкое. Растворяемый материал (в отличие от разлагаемого материала, которым, например, может быть материал, который с помощью химического процесса (при определенных условиях) может быть измельчен на более мелкие части, в результате расщепления химических связей, например, гидролиза) представляет собой материал, который будет переходить из твердого состояния в жидкое при воздействии соответствующего растворителя или системы растворителей (то есть является растворимым в одном или более растворителей). Растворитель может быть жидкостью-носителем, используемой в скважине для гидроразрыва пласта или добываемым флюидом (углеводородами) или другой жидкостью, используемой во время обработки скважины. В некоторых вариантах реализации изобретения удаление отклоняющего агента может включать процессы растворения и разложения.

[0034] Такие разлагаемые материалы, например растворимые, плавкие и/или легко разрушаемые материалы могут использоваться в любом виде: например, порошок, частицы, сферические элементы, хлопья, или волокна. В случае если такой материал используется в виде волокон, волокна могут иметь длину от около 2 до около 25 мм, например от около 3 мм до около 20 мм. Волокна могут иметь любое подходящее значение прочности, такое как от около 0,1 до около 20 денье, или от около 0,15 до около 6 денье.

[0035] К примерам подходящих материалов относятся разлагаемые волокна полимолочной кислоты (PLA) и волокна полигликолида (PGA), стеклянные волокна, полиэтилентерефталатные (PET) волокна и тому подобное.

[0036] В некоторых вариантах реализации изобретения отклоняющий агент может включать предварительно обработанные короткие волокна, представляющие собой твердые тела, вплетенные в сеть волокон.

[0037] Термин "отклоняющая композиция" относится к композиции, содержащей отклоняющий агент и жидкость-носитель. К жидкости-носителю может относиться вода, пресная вода, морская вода, связанная вода или пластовая вода. К жидкости-носителю могут также относится гидратируемые гели (например, гуаровые смолы, полисахариды, ксантан, гидрокси-этил-целлюлоза или другие подобные гели), сшитый гидратируемый гель, кислота с увеличенной вязкостью (например, гель на основе кислоты с увеличенной вязкостью), кислотная эмульсия (например, масляная внешняя фаза кислотной эмульсии), активированная жидкость (например, пена на основе N₂ или CO₂), а также жидкость на нефтяной основе, включая загущенную, вспененную нефть или нефть, вязкость которой была увеличена иным способом. Жидкость-носитель может быть соляным раствором и/или может содержать соляной раствор. Жидкость-носитель может включать соляную кислоту, плавиковую кислоту, бифторид аммония, муравьиную кислоту, уксусную кислоту, молочную кислоту, гликолевую кислоту, малеиновую кислоту, винную кислоту, сульфаминовую кислоту, яблочную кислоту, лимонную кислоту, метил-сульфаминовую кислоту, хлоруксусную кислоту, аминополикарбоновую кислоту, 3-гидроксипропионовую кислоту, полиаминополикарбоновую кислоту и/или соль любой кислоты. В вариантах реализации изобретения жидкость-носитель включает полиаминополикарбоновые кислоты, такие как натрия гидроксид-этил-этилен-диамина триацетат, моноаммониевые соли гидроксил-этил-этилен-диамин триацетата, и/или мононатриевые соли гидроксил-этил-этилен-диамин тетраацетата, или другие аналогичные композиции.

[0038] Термин "макрочастица" или "частица" относится к твердым объемным телам с максимальным размером менее 1 метра. В данной заявке "размер" объекта относится к расстоянию между двумя произвольными параллельными плоскостями, причем каждая плоскость касается поверхности объекта по меньшей мере в одной точке.

[0039] Термин "технологическая обработка" или "обработка" относится к любой подземной операции, при которой жидкость используется в сочетании с требуемой функцией и/или для необходимой цели. Термин "технологическая обработка" или "обработка" не подразумевает какое-либо конкретное действие со стороны жидкости.

[0040] Как проиллюстрировано на Фиг. 1 система для перекачивания жидкости может содержать насосную систему 200 для перекачивания жидкости в процессе эксплуатации нефтяного месторождения с поверхности 118 скважины 120 в ствол скважины 122. Операция может быть операцией гидроразрыва пласта, а жидкость может быть жидкостью для гидроразрыва пласта. Насосная система 200 содержит множество резервуаров с водой 221, с помощью которых вода подается к установке для создания геля 223. Установка для создания геля 223 смешивает воду из резервуаров с водой 221 с гелеобразователем таким образом, что образуется гель. Для приготовления жидкости для гидроразрыва пласта гель транспортируется к блендеру 225, в котором смешивается с проппантом, при этом проппант подается из дозатора 227.

[0041] Затем жидкость для гидроразрыва пласта перекачивается при низком давлении (например, 0,41-0,83 МПа (60 -120 фунтов на квадратный дюйм (psi)) от блендера 225 к плунжерным насосам 201 по трубопроводу 212. Как проиллюстрировано, к каждому плунжерному насосу 201 при низком давлении подается жидкость для гидроразрыва пласта, нагнетаемая затем под высоким давлением с помощью нагнетательных трубопроводов 214 в общий коллектор 210 (иногда называемый "прицепом для транспортировки ракет" или "ракетой"). Затем с помощью общего коллектора 210 жидкость для гидроразрыва пласта направляется из плунжерных насосов 201 посредством трубопровода 215 к стволу скважины 122. Для управления работой насосной системы 200 в целом может использоваться компьютеризированная система управления 229.

[0042] В данной системе каждый из насосов 201 может подвергаться воздействию абразивного проппанта жидкости для гидроразрыва пласта. Соответственно, в зависимости от вариантов реализации изобретения может быть разработана конфигурация разделения потока для нагнетания жидкости для гидроразрыва пласта в ствол скважины.

[0043] Общепринятая конфигурация разделения потока описывается в патенте США № 7845413 (Shampine и др.), который полностью включен в данную заявку посредством ссылки, при этом насосная система может эксплуатироваться при условии, что жидкость, перекачиваемая с поверхности скважины в ствол скважины, разделяется на чистую ветвь, содержащую, в основном, воду, а также грязную ветвь, содержащую твердые вещества в жидкости-носителе. В процессе операции гидроразрыва пласта грязная ветвь может содержать в жидкости-носителе проппант, а чистая ветвь не будет подвергаться воздействию абразивных жидкостей.

[0044] В некоторых вариантах реализации изобретения конфигурация разделенного потока разработана, в основном, для транспортировки отклоняющей композиции, которая может быть отклоняющим буровым раствором, в ствол скважины. Отклоняющая композиция может использоваться во время операции обработки, включая операцию гидроразрыва пласта или кислотного гидроразрыва. Отклоняющая композиция может вводиться для того, чтобы частично или полностью перекрыть трещины в подземном пласте для выполнения операции отклонения.

[0045] Как описано в заявке на патент США № 2012/0285692 (Potapenko и др.), которая полностью включена в данную заявку посредством ссылки, отклонение, выполняемое с помощью отклоняющей композиции, может применяться для отклонения или для временного разобщения пластов. Отклоняющая композиция может быть приготовлена из смесей частиц или смесей частиц и хлопьев. Размер наибольших частиц или хлопьев в смесях в соответствии с вариантами реализации изобретения может быть немного меньше диаметра перфорированных отверстий в зоне разобщения или отклонения пластов.

[0046] В соответствии с вариантами реализации изобретения размер частиц или хлопьев в смеси может быть больше средней ширина пустоты, которую собираются перекрыть или временно разобщить. Средняя ширина пустоты может быть наименьшей шириной пустоты за перфорированным отверстием или другой точкой входа в такую пустоту размером 10 см, 20 см, 30 см, 50 см или 500 см (при переходе из ствола скважины в пласт). Пустота может быть в виде перфорационного канала, трещины гидроразрыва пласта или червоточины. В некоторых вариантах реализации изобретения проницаемость создаваемых пробок может снижаться за счет изменения соотношения частиц и хлопьев в смеси.

[0047] В вариантах реализации изобретения способ закачки отклоняющей композиции в подземный пласт может включать конфигурацию разделения потока. Как проиллюстрировано на Фиг. 2 отклоняющая композиция может формироваться в точке перед закачкой в ствол скважины.

[0048] На Фиг. 2 проиллюстрирована система 300 для закачки отклоняющей жидкости с поверхности 118 скважины 120 в ствол скважины 122 при эксплуатации нефтяного месторождения. Закачка может выполняться путем перекачки или с помощью иного способа введения. Операция может быть операцией обработки с целью отклонения для выполнения в определенной точке при гидроразрыве пласта или другой операции обработки. Система закачки 300 включает множество резервуаров с водой 321, с помощью которых вода дозировано подается вниз по потоку. Система закачки 300 также содержит резервуар 323, с помощью которого загуститель дозировано подается в блендер 325, где он может смешиваться с определенным количеством проппанта из резервуара с проппантом 327 и определенным количеством твердого тела для создания потока разбавленной жидкости. В некоторых вариантах реализации изобретения твердое тело может быть в виде изготовленных структур, которые могут включать разлагаемые волокна, частицы или их комбинацию.

[0049] Поток разбавленной жидкости перекачивается при низком давлении (например, 0,41-0, 82 МПа (60-120 фунт/квадратный дюйм)) от блендера 325 к плунжерным насосам 301 через трубопровод для потока разбавленной жидкости DL. К каждому плунжерному насосу 301 подается отклоняющая жидкость низкого давления, а затем нагнетается в общий коллектор 310.

[0050] Кроме того, количество воды, подаваемое из резервуаров с водой 321, может смешиваться с гелеобразователем, подаваемым из резервуара 323, для образования геля. Отклоняющий агент может входить в состав геля в автомобиле для перевозки отклоняющего агента 313 для создания потока высоконагруженной жидкости. В некоторых вариантах реализации изобретения отклоняющий агент может включать определенное количество изготовленных структур в виде волокон, частиц или хлопьев. Смесь изготовленных структур и геля может подвергаться такому процессу, как периодическое смешивание. Полученная смесь, образованная в виде потока высоконагруженной жидкости, может быть в виде бурового раствора.

[0051] Поток высоконагруженной жидкости может проходить через трубопровод потока высоконагруженной жидкости HL и достигать насосов 301', при этом поток высоконагруженной жидкости будет смешиваться и затем перекачиваться в общий коллектор 310, который может включать или быть прямо или косвенно связанным с трубопроводом высокого давления. Насосы 301' могут быть насосами повышенной нагрузки. Для создания отклоняющей композиции поток высоконагруженной жидкости и поток разбавленной жидкости могут смешиваться в общем коллекторе. Затем отклоняющая композиция из плунжерных насосов 201 с помощью общего коллектора 310 по трубопроводу 315 может направляться в ствол скважины 122. В вариантах реализации изобретения поток высоконагруженной жидкости и поток разбавленной жидкости могут смешиваться вне общего коллектора 310, например, на выходе из коллектора, который может быть соединен с помощью паяного соединения или путем подключения потоков высоконагруженной жидкости и разбавленной жидкости на устьевом оборудовании скважины.

[0052] Для управления работой насосной системы 300 в целом может использоваться компьютеризированная система управления 329.

[0053] В вариантах реализации изобретения насосы 301' могут быть насосами высокого давления, например, нагнетательными перекачивающими насосами, многоступенчатыми центробежными насосами или их комбинацией. В некоторых вариантах реализации изобретения насосы 301' могут быть устройствами, выполненными с возможностью закачки отклоняющего агента сферической формы. Таким образом, насосы 301' могут быть инжектором для подачи сферических элементов, как описано в заявке на патент WO 2013/085410 (Lecerf и др.), содержание которой полностью включено в данную заявку посредством ссылки. В вариантах реализации изобретения, в которых насосы 301' являются инжекторами для подачи сферических элементов, поток высоконагруженной жидкости будет включать отклоняющий агент в виде сферических элементов. Насосы 301' могут также быть выполнены с возможностью ввода разрушаемых контейнеров или контейнеров, содержащих жидкости и предназначенных для механического разрушения или иным образом в определенный момент времени при закачке или после закачки в скважину.

[0054] Следующее описание относится к потоку высоконагруженной жидкости.

[0055] В вариантах реализации изобретения, компоненты потока высоконагруженной жидкости отличаются от компонентов отклоняющего агента жидкости-носителя. Жидкость-носитель может включать воду, пресную воду, морскую воду, связанную воду или пластовую воду. Жидкость-носитель может также включать гидратируемые гели (например, гуаровые смолы, полисахариды, ксантан, гидрокси-этил-целлюлозу или другие подобные гели), сшитый гидратируемый гель, кислота с увеличенной вязкостью (например, гель на основе кислоты с увеличенной вязкостью), кислотная эмульсия (например, масляная внешняя фаза кислотной эмульсии), активированная жидкость (например, пена на основе N₂ или CO₂), а также жидкость на нефтяной основе, включая загущенную, вспененную нефть или нефть, вязкость которой была увеличена иным образом.

[0056] Жидкость-носитель может быть соляным раствором и/или может содержать соляной раствор. Жидкость-носитель может включать соляную кислоту, плавиковую кислоту, бифторид аммония, муравьиную кислоту, уксусную кислоту, молочную кислоту, гликолевую кислоту, малеиновую кислоту, винную кислоту, сульфаминовую кислоту, яблочную кислоту, лимонную кислоту, метил-сульфаминовую кислоту, хлор-уксусную кислоту, аминополикарбоновую кислоту, 3-гидроксипропионовую кислоту, полиаминополикарбоновую кислоту и/или соль любой кислоты. В вариантах реализации изобретения жидкость-носитель включает полиаминополикарбоновые кислоты, такие как натрия гидроксид-этил-этилен-диамина триацетат, моноаммониевые соли гидроксил-этил-этилен-диамин триацетата, и/или мононатриевые соли гидроксил-этил-этилен-диамин тетраацетата, или другие аналогичные композиции.

[0057] Поток высоконагруженной жидкости также содержит отклоняющий агент, который может включать разлагаемые волокна, изготовленные структуры высокой плотности, как правило, более чем 12 г/л (100 фунтов/1000 галлонов).

[0058] В вариантах реализации изобретения используемыми изготовленными структурами могут быть частицы сферической формы, такие как, например, частицы с соотношением сторон менее чем около 5, или менее чем около 3. Частицы могут иметь размеры, оптимальные для перекрытия или разложения, например, описанные в заявке на патент США № US2012/0285692 (Potapenko и др.). Хотя в вариантах реализации изобретения некоторые частицы могут быть сферической формы, частицы не обязательно должны иметь сферическую форму. Частицы могут включать несколько частиц сферической формы и некоторые частицы других форм или могут включать вообще частицы не сферической формы. В вариантах реализации изобретения, в которых частицы включают сферические частицы и частицы другой формы, частицы другой формы могут иметь форму кубов, тетраэдров, октаэдров, пластинчатую форму (хлопья), овальную и др.

[0059] Кроме того, частицы могут включать песок, различные типы керамики, используемые для изготовления проппанта, а также алюмосиликаты, например, белую слюду. Кроме того, отклоняющий агент может включать смеси волокон, песка, частиц, пленок и других подобных компонентов.

[0060] В вариантах реализации изобретения, в которых волокна входят в поток высоконагруженной жидкости, волокна могут быть любыми из неорганических или органических волокнистых материалов и могут быть либо разлагаемыми или стабильными в условиях призабойной зоны. Варианты реализации изобретения могут содержать волокнистые материалы, например PLA и PGA волокна, стеклянные волокна, или PET волокна. В вариантах реализации изобретения могут включаться предварительно обработанные короткие волокна, представляющие собой твердые тела, вплетенные в сеть волокон.

[0061] Отклоняющий агент может включать изготовленные структуры, которые могут изготавливаться из набухающего материала. Набухающими материалами могут быть любые материалы, которые набухают в присутствии углеводородов, воды или их смеси. В вариантах реализации изобретения они могут включать эластомеры, набухающие смолы, набухающие полимеры или глины. Материалами могут быть один или более из х-связанных полиакриламидов, а также производные полиакриловой кислоты, смектитовых глин, бентонита, нефтенабухающей резины, водонабухающих эластомеров и их смеси.

[0062] Набухающие материалы могут иметь любую форму и размер, в том числе гранулы, сферы, волокна, частицы, формованные частицы, бусины и шарики. Набухающие материалы также могут быть разлагаемыми или растворимыми в присутствии кислот, гидроксидов, аминов или других реагентов. Временем набухания частиц можно также управлять с помощью медленно растворимых покрытий, добавок к основе буровой жидкости или к композиции набухающего материала, а также путем изменения температуры.

[0063] В вариантах реализации изобретения отклоняющий агент, в том числе волокна и набухающие материалы могут быть взвешенными в жидкости-носителе.

[0064] В вариантах реализации изобретения набухающие материалы могут набухать в виде заглушки, что приводит к снижению проводимости заглушки, которая будет тем самым уменьшать скорость проникновения жидкости в изолированные зоны. Управление проницаемостью заглушки может выполняться путем замены жидкости, окружающей заглушку, жидкостью, вызывающей усадку набухших частиц. В вариантах реализации изобретения, в которых в качестве набухающего компонента используются частицы полиакриламида и начальное набухание происходит в жидкостях на водной основе, в таком случае усадка набухших частиц может вызываться воздействием органических растворителей или соляных растворов с высокой минерализацией. В случае усадки набухших гранул бентонита могут использоваться углеводороды.

[0065] Другие набухшие частицы могут быть модифицированными проппантами, содержащими частицы проппанта и гидрогелевые покрытия. Для создания модифицированного проппанта на поверхность частиц проппанта наносится гидрогель и локализуется на поверхности.

[0066] В некоторых вариантах реализации изобретения отклоняющий агент может включать частицы полиактидной смолы. Полиактидная смола может формоваться в виде различных форм и размеров.

[0067] Следующее относится к потоку разбавленной жидкости.

[0068] Поток разбавленной жидкости может содержать жидкость-носитель. Жидкость-носитель может быть одинаковой с жидкостью-носителем в потоке высоконагруженной жидкости или может отличаться от нее. В вариантах реализации изобретения поток разбавленной жидкости может включать жидкость с более низкой вязкостью, по сравнению с жидкостью в потоке высоконагруженной жидкости, которая может быть получена при использовании того же гелеобразователя, что и в потоке высоконагруженной жидкости, но меньшего количества.

[0069] Поток разбавленной жидкости может содержать изготовленные структуры, или может не содержать изготовленных структур. В вариантах реализации изобретения, в которых используются изготовленные структуры, данные структуры могут быть такими же, как и в потоке высоконагруженной жидкости. В таких вариантах реализации изобретения структуры могут быть включены в поток менее высоконагруженной жидкости (например, более низкой концентрации), чем структуры в потоке высоконагруженной жидкости. Также изготовленные структуры в потоке разбавленной жидкости могут быть меньшего размера, чем изготовленные структуры в потоке высоконагруженной жидкости.

[0070] В вариантах реализации изобретения поток высоконагруженной жидкости может содержать большие разлагаемые частицы диаметром от 4 до 10 меш (ячеек на квадратный дюйм) или более. Поток разбавленной жидкости может содержать сравнительно небольшие разлагаемые частицы, например диаметром от 10 до 100 меш (ячеек на квадратный дюйм) или меньше. В вариантах реализации изобретения размер частиц и распределение частиц будет оптимальным в случае, если потоки высоконагруженной жидкости и разбавленной жидкости сходятся.

[0071] В вариантах реализации изобретения поток разбавленной жидкости может содержать материал структуры, который отличается от материала структуры в потоке высоконагруженной жидкости. Поток разбавленной жидкости может содержать структуры из волокон, в то время как поток высоконагруженной жидкости может содержать структуры из частиц или наоборот. В вариантах реализации изобретения поток высоконагруженной жидкости может содержать различные структуры, в то время как поток разбавленной жидкости содержит меньше разнообразных структур. В некоторых вариантах реализации изобретения поток высоконагруженной жидкости может содержать и волокна и частицы, в то время как поток разбавленной жидкости содержит волокна. Поток разбавленной жидкости будет кроме того будет иметь меньшую плотность изготовленных структур, чем поток высоконагруженной жидкости, которая описывается как отношение веса частиц структуры к объему потока.

[0072] В вариантах реализации изобретения поток высоконагруженной жидкости и поток разбавленной жидкости закачиваются в общий коллектор с определенными скоростями. Поток высоконагруженной жидкости может закачиваться со скоростью от около 159 л/мин (1 баррель/минуту) до около 3180 л/мин (20 баррелей/минуту), или от около 794 л/мин (5 баррелей/минуту) до около 1590 л/мин (10 баррелей/минуту), или около 1113 л/мин (7 баррелей/минуту). Поток разбавленной жидкости может закачиваться со скоростью от около 159 л/мин (1 баррелей/минуту) до около 15900 л/мин (100 баррелей/минуту) или от около 3975 л/мин (25 баррелей/минуту) до около 10330 л/мин (65 баррелей/минуту) или около 6836 л/мин (43 баррелей/минуту). Общая скорость закачки в коллектор и затем в скважину, поэтому составит от около 318 л/мин (2 барреля/минуту) до около 120 баррелей/минуту, или около 19080 л/мин (30 баррелей/минуту) до около 11920 л/мин (75 баррелей/минуту) или около 7949 (50 баррелей/минуту).

[0073] Затем, для завершения операции может быть выполнена операция очистки. Это может включать перекачивание некоторого количества волокон для чистки трубопроводов, затем остановку перекачиваемых волокон, а затем в случае продавливания частиц через перфорацию замедление скорости закачки после прохождения последней фракции проппанта через перфорацию.

[0074] В следующем примере описывается обработка с использованием отклоняющей композиции, а также способ в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения.

[0075] Горизонтальная скважина проходит перелом в секции, причем секции разделяются мостовыми заглушками. Каждая секция имеет длину 91,4 м (300 футов) и содержит 6 кластеров перфорации длиной 0,3 м (1 фут) на расстоянии 15,2 м (50 футов). Каждый кластер перфорации содержит шесть перфораций. Обработку секции производят в два этапа по 36290 кг (80000 фунтов) проппанта, причем каждый этап отделяется путем закачки отклоняющего агента, который является смесью изготовленных структуры. Структуры включают частицы, а также бусины различного размера и волокна.

[0076] Отклоняющий агент (также называемый заглушкой или отклоняющим составом) содержит 22,7 кг (50 фунтов) частиц, 3,81 кг (8,4 фунта) волокон в 794,9 л (5 баррелях) 11,34 кг (25 фунтах) линейного геля. Это соответствует 28,52 г/л (238 фунтов/1000 галлонов) частиц и 6 г/л (50 фунтов/1000 галлонов) волокна. Поток высоконагруженной жидкости закачивается в трубопровод, соединяющий коллектор с устьевым оборудованием скважины (например, вниз по потоку из коллектора, обозначенный как трубопровод 315 на Фиг. 2) со скоростью около 18,6 л/мин (7 баррелей/минуту), а поток разбавленной жидкости закачивается со скоростью около 113,9 л/мин (43 баррель/минуту), для обеспечения скорости закачки в 132,5 л/мин (50 баррелей/минуту). Отклоняющая композиция, полученная в результате смешивания потока высоконагруженной жидкости и потока разбавленной жидкости, имеет объем 5724 л (36 баррелей) и имеет концентрацию частиц 33,3 ppt (частей на тысячу), и концентрацию волокон 50 ppt.

[0077] Поток высоконагруженной жидкости готовится в смесительном баке цементно-смесительной установки/блендерного парка. За 30 минут до ввода последней фракции проппанта в ствол скважины в порционную мешалку добавляется отклоняющий материал. В частности, смесительный бак наполняют 794,9 л (5 баррелей) воды с добавлением 11,34 кг (25 фунтов) линейного геля. Добавляются и смешиваются 3,81 кг (8,4 фунтов) волокон. Затем для достижения нужной концентрации добавляются 22,68 (50 фунтов) частиц смеси, а затем поток смешивается.

[0078] Для перекачки отклоняющего агента, после прохождения последней фракции проппанта через насос, проппант отделяется и вводится 3180 л (20 баррелей) жидкости, загущенной сшитым полимером. Затем сшивающий агент удаляется и вводится 3180 л (20 баррелей) линейного геля.

[0079] Для приготовления потока разбавленной жидкости в распределительном блендере (расположен на стороне низкого давления потока разбавленной жидкости), сухая добавка в дозаторе может устанавливаться до 6 грамм волокон/1 литр геля WF125 (50 фунтов/1000галлонов). Скорость потока разбавленной жидкости составляет 6836 л/мин (43 баррелей/минуту), так что суммарный коэффициент гидроразрыва оборудования (потока высоконагруженной жидкости и потока разбавленной жидкости) равен 7949 л/мин (50 баррелей/минуту).

[0080] Как проиллюстрировано на Фиг. 3, поток разбавленной жидкости перекачивается со скоростью 6836 л/мин (43 баррелей/минуту), в то время как поток высоконагруженной жидкости, смешанный в порционной мешалке, перекачивается со скоростью 1113 л/мин (7 баррелей/минуту). После того как потоки объединяются, общая скорость перекачки для приготовления отклоняющей композиции составляет 7949 л/мин (50 баррелей/минуту).

[0081] Для смешивания потока высоконагруженной жидкости с потоком разбавленной жидкости поток высоконагруженной жидкости с максимально возможной скоростью перекачивается с помощью специальных насосов, поддерживая заданную скорость других насосов для гидроразрыва.

[0082] После смешивания потока высоконагруженной жидкости с потоком разбавленной жидкости, операция очистки включает закачку 794,9 л (5 баррелей) из жидкости, высоконагруженной волокнами, для очистки трубопроводов, использованных для перекачивания потока высоконагруженной жидкости. Затем, перекачивание волокон прекращается и) в случае продавливания частиц через перфорацию после прохождения последней фракции проппанта через перфорацию скорость закачки снижается до 3180 л/мин (20 баррелей/минуту).

[0083] Как проиллюстрировано на Фиг. 4 отклоняющая композиция в соответствии с вариантами реализации изобретения, описанными в данной заявке, выполнена с возможностью использования при давлении от 3,1 МПа до 21,4 МПа (от 450 до 3100 фунтов на квадратный дюйм (psi)) в случае, если отклоняющая композиция достигает области перфорации. На этапе 10, когда повышение давления достигает амплитуды 24,1 МПа (3500 фунтов на квадратный дюйм), давление резко падает и стабилизируется при приросте давления 15 МПа (2180 фунтов на квадратный дюйм). Это отображает то, что давление увеличилось на 24,1 МПа (3500 фунтов на квадратный дюйм) при достижении отклоняющей композицией перфорации. Затем давление резко снижается, но по-прежнему остается достаточно высоким. В целом прирост давления при обработке иллюстрирует то, что кластеры перфорации были эффективно перекрыты с помощью отклоняющей композиции.

[0084] Хотя приведенное описание данного изобретения приводится со ссылкой на конкретные средства, материалы и варианты реализации, они не предназначены для ограничения описанных в данной заявке частных случаев реализации изобретения; скорее, они распространяется на все функционально эквивалентные структуры, способы и области применения в пределах объема приведенной формулы изобретения.

Реферат

Группа изобретений относится к обработке подземного пласта и, в том числе, его гидроразрыва, исключающей нарушение свойств пласта и предусматривающей использование потоков разбавленной жидкости и высоконагруженной жидкости. По способу закачки отклоняющей композиции транспортируют поток разбавленной жидкости в трубопровод высокого давления. Транспортируют поток высоконагруженной жидкости в трубопровод высокого давления. Смешивают поток разбавленной жидкости и поток высоконагруженной жидкости для создания отклоняющей композиции. Вводят отклоняющую композицию в ствол скважины. При этом отклоняющую композицию выполняют с возможностью введения посредством сшитого полимера. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула