EA012531B1 - Способ разрыва формации с дифференциальным травлением поверхности разрыва - Google Patents

Abstract

Представлен способ разрыва подземной формации, в котором инертный маскирующий материал нагнетается в формацию с растворяющим агентом так, что маскирующий материал замедляет растворение там, где он контактирует с частью одной или обеих поверхностей разрыва. Нерастворенные области обеспечивают поддержку для удержания разрыва открытым после обработки, и растворенные области обеспечивают проводящие протоки для течения флюида в или из скважины.

Description

Уровень техники изобретения

Изобретение относится к стимулированию скважин, пронизывающих подземные формации. Более конкретно, оно относится к кислотному разрыву; совсем конкретно, оно относится к способам травления поверхностей разрыва, так что травление является минимальным в одних областях, но при этом, однако, создаются проводящие пути от конца разрыва к скважине.

При кислотном разрыве кислота помещается в разрыв, предпочтительно вдоль всей его длины от конца разрыва к скважине, так что она вступает во взаимодействие с поверхностью разрыва для осуществления травления дифференциальных протоков, которые а) создают неравенство так, что противолежащие поверхности разрыва не соответствуют друг другу при освобождении давления разрыва и так, что разрыв закрывается не полностью, и Ь) обеспечивают протоки для добычи флюида вдоль поверхностей разрыва от удаленных частей разрыва к скважине (или протоки для нагнетания флюидов в формацию). Обычно, кислота помещается в требуемое место путем формирования кислотного флюида на поверхности и закачивания кислотного флюида с поверхности в скважину под давлением разрыва. При отсутствии воздействий, каналы создаются в результате неравномерной реакции с поверхностью породы (дифференциальное травление), обычно вызываемое локализованными неоднородностями в минералогическом составе (литологии формации). Как правило, сталкиваются с тремя главными проблемами во время проведения этой обычной процедуры.

Во-первых, во время операции закачки кислота контактирует с железосодержащими компонентами скважины, такими как обсадная колона, облицовка, гибкий трубопровод и так далее. Сильная кислота является коррозийной для этих материалов, особенно при высокой температуре. Это означает, что ингибиторы коррозии должны быть добавлены к закачиваемому флюиду, с тем, чтобы не ограничивать количество кислоты и/или время соприкосновения, которые могут использоваться во время нагнетания кислоты. Более того, кислотная коррозия приводит к образованию соединений железа, таких как хлориды железа. Эти соединения железа могут осаждаться, особенно в присутствии серы или сульфидов, и могут влиять на стабильность и эффективность других компонентов флюида, требуя тем самым добавления регулирующих или связывающих железо агентов во флюид.

Во-вторых, если, как обычно имеет место, необходимо использовать кислоту для обработки частей формации на значительном удалении от скважины (обычно в добавление к обработке частей формации около скважины), то это может оказаться трудновыполнимым из-за того, что кислота, закачанная с поверхности в скважину и в формацию, естественным образом будет вступать в реакцию с первым реакционноспособным материалом, с которым она вступит в контакт. В зависимости от типа скважины и типа обработки, этот первый вступивший в контакт или первый вступивший в реакцию материал может быть глинистой коркой, может быть поверхностью формации, образующей стенку необсаженной (или открытой) скважины, может быть околоскважинной формацией или может быть частью формации, которая имеет наивысшую проницаемость для флюида, или находится во флюидном контакте с частью формации, которая имеет наивысшую проницаемость для флюида. В большинстве случаев, это может не быть материалом формации (породы), с которым кислота, по желанию оператора, должна была бы вступать в реакцию. В лучшем случае, это может обернуться напрасной потерей кислоты; в худшем случае, это может сделать обработку неэффективной или даже вредной. В общем, чем выше температура, тем более реакционноспособной является кислота и тем больше возникает проблем. Серьезной проблемой обычно является то, что по меньшей мере часть формации является карбонатом, который обычно является очень реакционноспособным по отношению к кислоте.

В-третьих, даже когда кислота успешно вступила в контакт с требуемой областью поверхности разрыва, иногда имеется тенденция кислоты взаимодействовать с поверхностями разрыва равномерно, особенно в локализованных областях, так что проводящие каналы вдоль поверхностей разрыва в таких областях не создаются путем дифференциального травления после закрытия разрыва. Это может происходит наиболее вероятно тогда, когда скорость доставки кислоты в область реакции (например, скорость нагнетания флюида) является гораздо меньшей, чем скорость взаимодействия кислоты. Попытка избежать этой проблемы может потребовать тщательного наблюдения и управления концентрацией кислоты и скоростями нагнетания.

Имеется несколько способов, с помощью которых операторы справлялись с этими проблемами в прошлом. Один способ состоит в отделении кислоты от материалов, взаимодействие с которыми не желательно (таких как скважинные металлы или околоскважинная реакционноспособная область формации). Это достигается, например, за счет а) размещения кислоты во внутренней фазе эмульсии (так называемая «эмульгированная кислота») и последующего вызова или предоставления возможности эмульсии инвертировать во времени и месте, где реакция является желательной, или путем медленного прохождения кислоты через фазовые границы, или Ь) инкапсуляции кислоты, например с помощью способа, описанного в патенте США № 6207620, и затем высвобождения кислоты когда и где это требуется. Эти способы имеют проблемы. Несмотря на то, что эмульгированные кислоты являются популярными и эффективными, они требуют дополнительных добавок и специализированного оборудования и опыта, и могут плохо поддаваться контролю. Проблема с инкапсулированными кислотами состоит в том, что место и время высвобождения кислоты может быть трудно контролируемым. Высвобождение вызывается или

- 1 012531 физическим, или химическим разложением покрытия. Физическое повреждение инкапсулирующего материала, или недостаточное или неправильное покрытие во время изготовления, может вызвать преждевременное высвобождение кислоты.

Второй способ состоит в задержке образования кислоты. Тсшр1с1оп. с1 а1., ίη Н1дйет рН Λοίά §йтиΙαΙίοη Буйетк, 8РЕ рарег 7892, 1979, описали гидролиз сложных эфиров, таких как метилформиат и метилацетат, как генераторов кислоты «по месту» в месторождении. Они также описали реакцию аммониевой монохлоруксусной кислоты с водой для получения гликолевой кислоты и хлорида аммония в месторождении. Однако эти предшественники кислоты являются жидкостями, и эти реакции могут происходить очень быстро, как только предшественники кислоты вступят в контакт с водой. Третий способ стимулирования дифференциального травления состоит в разрыве с помощью вязкого некислотного флюида и последующем проникновении менее вязкой кислоты через вязкий флюид.

Имеется необходимость в способе образования высокопроводимых разрывов на как можно большем протяжении разрыва без применения сложных работ и с одновременным ограничением объема требующейся кислоты, и минимизацией контакта между сильной кислотой и компонентами скважины и околоскважинной области формации.

Сущность вариантов осуществления изобретения

Предложен способ образования разрыва в подземной формации, пронизанной скважиной, который включает в себя этапы, на которых закачивают флюид под давлением, большим давлением разрыва, который содержит как агент, который может растворять по меньшей мере один компонент формации, так и частицы инертного твердого вещества, которое может подавлять реакцию растворяющего вещества с поверхностями разрыва там, где оно вступает с ними в контакт. Частицы должны иметь такую форму или деформироваться в такую форму, чтобы они покрывали части поверхности разрыва, а не имели бы только точечный или линейный контакт. Затем разрыву позволяют закрыться, а растворяющему веществу растворить часть одной или обеих поверхностей разрыва. Флюид может необязательно содержать загуститель, который служит для улучшения расширения разрыва и для поддержки инертных частиц.

Твердые инертные частицы могут быть гранулами, лентами, пластинами, волокнами, другими формами, и смесями; твердые инертные частицы могут быть деформируемыми под давлением закрытия разрыва, так что они покрывают часть поверхности разрыва большую, чем точка или линия, и они могут разрушаться после вступления в реакцию с растворяющим веществом. Подходящие материалы включают в себя пластик, стекло, полиакриламид, фенолформальдегидный полимер, нейлон, воск, натуральный каучук, вермикулит, органические семена, органические скорлупы, слюду, целлофановые хлопья, крахмал, каменную соль, бензойную кислоту, металлы, нафталин и их смеси. Концентрация твердых инертных частиц во флюиде может быть от примерно 0,05 до примерно 0,6 кг/л. Растворяющий агент может быть, например, соляной кислотой, муравьиной кислотой, уксусной кислотой, молочной кислотой, гликолевой кислотой, аминополикарбоксильными кислотами, сульфаминовой кислотой, яблочной кислотой, винной кислотой, малеиновой кислотой, метилсульфаминовой кислотой, хлоруксусной кислотой, 3гидроксипропионовой кислотой, полиаминополикарбоксильными кислотами, бисульфатными солями, также как и скрытыми или замедленными кислотными системами, включающими в себя эмульгированные, инкапсулированные, загущенные или химически замедленные кислоты, их соли, их смеси или другие материалы.

В других вариантах осуществления флюид может содержать фторводородный источник, при этом нагнетание флюида может предваряться нагнетанием не содержащего фтор кислотного флюида и/или разделителя. Фторводородный источник может быть НР или может быть выбран из фторида аммония, дифторида аммония, поливиниламмонийфторида, поливинилпиридинфторида, пиридинфторида, имидазолфторида, тетрафторбората натрия, тетрафторбората аммония, солей гексафторида сурьмы, ΊΈΡΈΟΝ™ синтетического смолистого фторсодержащего полимера и смесей. Фторводородный источник может быть растворен в нагнетаемом флюиде или может быть твердым и быть покрытым (включая инкапсулирование).

Еще одним вариантом осуществления изобретения является состав, содержащий как агент, способный растворять по меньшей мере часть подземной формации, так и твердые инертные частицы, которые могут прикрепляться к одной или обеим плоскостям разрыва в формации и которые замедляют реакцию растворяющего вещества по меньшей мере с одним компонентом формации, где они прикрепляются (согласуются с) к поверхности разрыва.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 показывает результат эксперимента по промыванию керна, который был проведен с использованием инертного маскирующего материала.

Фиг. 2 показывает проницаемости, полученные в эксперименте по промыванию керна, который был проведен с использованием инертного маскирующего материала.

Фиг. 3 схематически показывает разрыв, который был создан в присутствии инертного маскирующего материала.

Подробное описание вариантов осуществления изобретения

Способы изобретения являются особенно полезными: а) в условиях высокого напряжения закрытия,

- 2 012531

Ь) если формация имеет низкую прочность на сжатие или с) если литология формации является очень однородной.

Несмотря на то, что термин «кислота» обычно используется здесь для описания агентов, способных растворять компоненты формации, следует понимать, что другие активные флюиды (такие как хелатирующие агенты, например аминокарбоксильные кислоты, полиаминополикарбоксильные кислоты и т.д.) также могут быть использованы, и термин «кислота» предполагает включение таких материалов. Способ изобретения может быть по сути использован с любым растворяющим агентом (включая те, которые являются задержанными, или замедленными (загущенными или эмульгированными)) для любой литологии подземной формации, обеспечивая только, чтобы маскирующее вещество (см. ниже) было выбрано подходяще инертным в растворяющем агенте (и не сильно влияло на его эффективность). Способ является особенно подходящим для использования с дорогими растворяющими агентами, поскольку способ увеличивает эффективность растворения и, тем самым, уменьшает количество необходимого растворяющего агента. С другой стороны, с помощью настоящего изобретения уменьшается необходимость в задержке или замедлении.

Большая проблема с кислотным разрывом карбонатов возникает тогда, когда кислота вступает в реакцию с формацией слишком быстро, так что перенос кислоты в точку реакции становится ограничением по скорости, приводя к слишком обильной реакции в некоторых локализованных областях и к слабой реакции или ее отсутствию где-либо еще. Большая проблема с кислотным разрывом песчаников заключается в том, что кислота обычно вступает в реакцию очень медленно, так что скорость реакции является ограничением по скорости, приводя к слишком равномерной реакции и неадекватному дифференциальному травлению. Это особенно верно для песчаных резервуаров, имеющих относительно низкие постоянные температуры в забое скважины.

В вариантах осуществления изобретения растворяющие системы не предназначены для вступления в реакцию с некоторыми частями поверхности разрыва, в то время как они вступают в реакцию и вытравливают другие части поверхности разрыва. Во время обработки части поверхности разрыва защищаются от растворения кислотой путем размещения барьера или маски на части поверхности разрыва. Этот процесс маскирования формации (похожий на процесс, выполняемый во время фотолитографии) защищает часть поверхности разрыва от растворения и в конечном счете оставляет поддерживающие «опоры», которые выступают в роли расклинивающего наполнителя при гидроразрыве и помогают держать разрыв открытым. Растворяющая система удаляет немного породы с любой части поверхности разрыва, которая не защищена маскирующим материалом. Путем балансирования маскированных и немаскированных областей вдоль поверхности разрыва создается высоко проводимый проток, использующий поддерживающие опоры для удержания разрыва открытым в способе, аналогичном «камерностолбовому» руднику. Это приводит к образованию проводящего протока, даже если поток флюида и скорости реакции находятся в одном из режимов, в котором растворение поверхности разрыва иначе бы было сравнительно равномерным. Маскирующие частицы также выступают в роли добавки для снижения водоотдачи для уменьшения необходимого объема разрывающего/растворяющего флюида.

Маскирующий материал будет называться «инертным», если он не растворяется растворяющим формацию агентом (или другими позднее закачанными флюидами или флюидами формации) за время большее, чем время, за которое растворяющий формацию флюид активно растворяет формацию. Маскирующий материал будет называться «постоянно инертным», если он не растворяется растворяющим формацию агентом (или другими позднее закачанными флюидами или флюидами формации) на протяжении, по меньшей мере, всего времени использования разрыва (например, как части протока нагнетания или добычи), без ремедиации. Термин «инертный» будет использоваться здесь для обозначения как «инертного» так и «постоянно инертного», если это не будет определено по-другому. Маскированные, не вступившие в реакцию места являются по-настоящему опорами, если они полностью простираются поперек ширины получившегося разрыва.

Действительно, поскольку не все маски растворились и некоторые из них попали между поверхностями разрыва, или если поверхности разрыва сместились навстречу друг другу после исчезновения маски, то маска привела к тому, что поверхности разрыва прореагировали меньше там, где была расположена маска. Если большинство или все маски растворились, но поверхности разрыва не сместились навстречу друг другу после растворения масок (движение уже произошло), часть поверхности разрыва, где была маска, является более узкой, чем части, которые не были маскированы, и эти части по-прежнему образуют проток. Использование либо инертного, либо постоянно инертного материала зависит от многих факторов, включающих в себя, но не ограниченных ими, стоимость и доступность маскирующих материалов, насколько твердой или мягкой является формация, насколько твердой или мягкой является маскирующий материал, и вероятность миграции мелких частиц.

Имеется несколько форм частиц, которые используются в изобретении для инертных материалов, например, но не ограничены ими, гранулы, волокна, пластины или ленты и другие формы. Размеры частиц могут быть одинаковыми или могут быть в целом однородными. Могут использоваться смеси форм и размеров. Могут использоваться смеси инертных частиц и постоянно инертных частиц.

В одном варианте осуществления, особенно полезном для создания поддерживающих опор в кар

- 3 012531 бонатах, опоры для поддержки открытого протравленного разрыва создаются путем закачивания мягких деформируемых частиц в замедленной кислоте. Эти деформируемые частицы становятся маскирующим веществом после того, как разрыв сомкнётся на них. Маскирующий материал покрывает часть поверхностей разрыва и препятствует реакции кислоты с этой частью поверхностей разрыва. Не прореагировавшие поверхности разрыва образуют маленькие опоры, способные держать открытым протравленный разрыв. Открытая часть разрыва является почти бесконечно проводимой.

В одном варианте осуществления размещение маскирующего материала достигается на ранних стадиях процесса травления или даже до начала процесса травления. Если кислота (или растворяющий формацию агент) начинает взаимодействовать до того, как маски займут свои места, или завершается, то эффективность финального процесса маскирования может быть уменьшена и открытое протравленное пространство может быть уменьшено из-за того, что некоторое количество растворяющего агента было израсходовано на более равномерное удаление некоторого количества породы во время начального растворения. Таким образом, размещение маскирующего материала с относительно нереакционноспособным растворяющим агентом, таким как сильно замедленная кислота или кислота, которая генерируется на месте (например, задержанная), может быть выгодным. Размещение маски до растворения может не всегда быть необходимо, например, это может не быть необходимым в околоскважинной области разрыва, где разрыв может контактировать с чрезмерным количеством кислоты во время операции разрыва. Некоторое растворение может происходить до размещения маски, но некоторое растворение должно происходить после размещения маски.

Инертные частицы могут находиться в различных формах, включающих в себя, но не ограниченных, волокна, гранулы, пленки, ленты, пластины и смеси этих форм. Если используется смесь, то размеры частиц отдельных компонентов смеси могут быть одинаковыми или разными. Могут использоваться почти любые размеры частиц. Важнейшие факторы включают в себя а) совместимость оборудования, Ь) генерируемую ширину разрыва и с) требуемую скорость и время растворения формации. Предпочтительными размерами являются приблизительно размеры расклинивающих наполнителей и добавок для снижения потери флюида, чтобы операторы имели оборудование и опыт, подходящие для этих размеров.

В одном варианте осуществления отличными частицами, используемыми для создания маскирующей области, являются мягкие деформируемые материалы, такие как (но не ограниченные ими) мягкие пластмассы, воск, натуральный или синтетический каучук, вермикулит, органические семена или скорлупа, полиакриламид, фенолформальдегидный полимер, нейлон, крахмал, бензойная кислота, металлы или нафталин. Эти материалы прикрепляются к одной или обеим поверхностям разрыва после их деформации, даже если изначально они были в форме гранул. Деформация маскирующего материала увеличивает эффективность маскирующего процесса путем создания большей площади покрытия при закрытии разрыва. Давление закрытия разрыва может сдавливать деформируемую частицу в уплощенный блинообразный материал, который в итоге покрывает и защищает большую площадь поверхности разрыва. Такие мягкие деформируемые маскирующие материалы часто не являются постоянно инертными и стремятся испортиться и полностью разрушиться с течением времени. Это минимизирует закупоривание или ухудшение пропускной способности разрыва после того, как работа будет завершена.

Пластинчатые материалы или частицы, имеющие очень большое отношение размеров (например, слюда, целлофановые хлопья и т.д.) так же являются эффективными из-за того, что они покрывают относительно большую площадь поверхности разрыва. Если эти материалы много тоньше, чем ширина разрыва, то они являются эффективными только на одной поверхности разрыв и, тем самым, обеспечивают только приблизительно половину общей поддерживаемой ширины разрыва. Чтобы эти материалы прикреплялись к поверхности разрыва, необходимо чтобы они были либо гибкими, либо частицы имели размеры по длине и ширине, которые являются маленькими относительно изначальной неровности поверхности разрыва. На практике, материалы, имеющие эту форму, трудно использовать из-за проблем размещения во время закачивания.

Частицы недеформируемых материалов (таких как стекло, слюда и соли) предпочтительно имеют формы, которые позволяют большим площадям частиц прикрепляться к поверхностям разрыва. Подходящие формы включают в себя пластины и хлопья. Гранулы недеформируемых материалов, таких как обычный песок и керамические расклинивающие наполнители, могут не подходить, из-за того, что они контактируют с очень малой площадью поверхности разрыва. Обычно расклинивающий наполнитель не используется при кислотном разрыве, тем не менее, это может быть, и такое использование будет входить в объем изобретения.

В другом варианте осуществления для создания больших опорных структур может потребоваться закачивать порции маскирующих частиц с кислотой так, чтобы маскирующие частицы создавали большие поддерживающие опоры. То есть концентрация инертных маскирующих частиц в разрывающем флюиде может изменяться во время обработки и может даже быть нулевой во время части обработки.

Обработки не обязательно сопровождаются недорогими водными разрывами, в которых низкая концентрация, например примерно 0,05 кг/л, инертного материала накачивается с высокой скоростью, например до примерно 3500 л/мин или больше, с небольшим количеством загустителя или без него. Необязательно они также проводятся, как проводятся более традиционные обработки, с загустителями и

- 4 012531 большей концентрацией инертных маскирующих частиц, например до примерно 0,6 кг/л, инертного материала или смеси. Должно быть уделено внимание предотвращению образования перемычек (экранирования) твердого материала, если этого не требуется в некоторых точках; специалист в данной области техники должен знать, что для заданной формы частицы, скорости потока, свойств породы и так далее, существует концентрация, которая может быть рассчитана специалистом в данной области техники, выше которой могут образовываться перемычки. Загустители являются полимерами или вязкоупругими поверхностно-активными веществами, обычно используемыми при разрыве, разрыве-набивке и гравийной набивке. Более низкая плотность многих типов инертных частиц относительно плотности обычных расклинивающих наполнителей является преимущественной, поскольку загустителя требуется меньше. Кислота обычно также выступает в роли разрушителя загустителя, улучшая, таким образом, очистку и компенсируя любое повреждение, которое в противном случае может быть сделано загустителем. Известно, что кислоты повреждают или разрушают многие синтетические полимеры и биополимеры, используемые для вязких буровых, завершающих и стимулирующих флюидов. Также известно, что кислоты повреждают или разрушают как мицелярные/визикуловые структуры, образованные многими вязкоупругими поверхностно-активными веществами, так и, в некоторых случаях, сами поверхностноактивные вещества.

Количество инертных частиц, используемых на единицу площади создаваемого разрыва, зависит, среди прочих факторов, от механических свойств формации, ширины протравленного разрыва, ширины гидравлического разрыва, вязкости несущего флюида, плотности частиц. С помощью балансирования маскированных и немаскированных площадей вдоль одной или обеих поверхностей разрыва создаются высокопроводимые протоки, использующие поддерживающие опоры для того, чтобы держать открытым разрыв в способе, аналогичном «камерно-столбовому» руднику. Предпочтительный диапазон концентрации находится между примерно 0,42 фунт/галлон и примерно 5 фунт/галлон (между примерно 0,05 кг/л и примерно 0,6 кг/л). Наиболее предпочтительный диапазон находится между примерно 0,83 фунт/галлон и примерно 2,5 фунт/галлон (между примерно 0,1 кг/л и примерно 0,3 кг/л). Должно быть уделено внимание предотвращению образования перемычек (экранирования) твердого материала, если этого не требуется в некоторых точках; специалист в данной области техники должен знать, что для заданной формы частицы, скорости потока, свойств породы и так далее, существует концентрация, которая может быть рассчитана специалистом в данной области техники, выше которой могут образовываться перемычки.

Способ изобретения может быть использован с любым растворяющим агентом для любой литологии. В качестве не ограничивающего примера, очень часто используются для карбонатов соляная кислота, уксусная кислота, их смеси и тому подобное; хелатирующий агент, такой как гидроксиэтилэтилендиаминтриуксусная кислота (ΗΕΌΤΑ) и гидроксиэтилиминодиуксусная кислота (ΗΕΙΌΑ), также могут быть использованы для карбонатов, особенно подкисляемые соляной кислотой; и грязевая кислота (соляная кислота, смешанная с плавиковой кислотой) и грязевая кислота с уксусной кислотой обычно используются для песчаников. Кислоты могут быть замедлены путем эмульгирования и загущивания и/или задержаны с использованием предшественника, особенно для плавиковой кислоты, такого как фторборная кислота, фторид аммония и дифторид аммония. При обработке песчаников, как известно в данной области техники, если формация содержит какой-либо карбонат, то является обычным предварительно обрабатывать (предварительно промывать) формацию кислотой, такой как соляная кислота, для растворения карбоната, и, затем, по необходимости, нагнетать разделитель, такой как хлорид аммония, для выталкивания обратно растворенных материалов перед тем, как нагнетать фторсодержащий флюид, так чтобы ионы фтора не контактировали с катионами, такими как натрий, кальций и магний, которые могут выпадать в осадок. Если растворяющий агент содержит достаточное количество хелатирующего агента, предварительная промывка может быть не нужной. Типичный вариант осуществления для осуществления дифференциального травления с частичным маскированием поверхности разрыва включает в себя закачивание смеси, содержащей инертный маскирующий материал, неорганическую или органическую кислоту, фторсодержащий химикат и, необязательно, загуститель, в песчаниковый резервуар под давлением, большим давления разрыва.

Публикация заявки на патент США № 2003/0104950 описывает особенно эффективный растворяющий агент, который может быть использован в настоящем изобретении, и который составлен из одного или обоих а) кислота выбирается из одной или более соляной, серной, фосфорной, плавиковой, муравьиной, уксусной, борной, лимонной, яблочной, винной и малеиновой кислот и смесей этих кислот; и Ь) аминополикарбоксилкислотный хелатирующий агент, выбранный из одной или более этилендиаминтриуксусной кислоты (ΕΌΤΑ), гидроксиэтилэтилендиаминтриуксусной кислоты (ΗΕΌΤΑ), диэтилентриаминпентауксусной кислоты (ΌΤΡΑ), гидроксиэтилиминодиуксусной кислоты (ΗΕΙΌΑ), нитрилтриуксусной кислоты (ΝΤΑ), и их К, Ыа, ΝΗ₄ или аминовых солей. Одним подходящим примером является смесь лимонной кислоты, фтористо-водородной кислоты, борной кислоты и тринатрийгидроксиэтилэтилендиаминтриацетата.

Публикации заявок на патент США №№ 2002/0104657 и 2002/0070022 описывают состав, пригодный для обработки песчанной формации, который может быть использован в настоящем изобретении,

- 5 012531 особенно содержащие материалы, чувствительные к НС1, например цеолиты и хлориты. Состав является водным раствором кислоты, содержащим источник ионов фтора; источник бора и смесь кислот, которые хелатируют ионы алюминия и свободные радикалы фторида алюминия. Источник ионов фтора выбирают, например, из дифторида аммония и фторида аммония и их смеси; источником бора, например, является борная кислота; и кислота, которая хелатирует ионы алюминия и свободные радикалы фторида алюминия, является, например, поликарбоксиловой кислотой, полиаминополикарбоксильной кислотой, моноаминполикарбоксильной кислотой, поликарбоксильной кислотой, полиаминополикарбоксильной кислотой, или смесями этих кислот или их солями. Источник фтористого водорода и источник бора комбинируют для получения фтороборной кислоты.

Заявка на патент США № 10/249573 описывает растворяющий агент, который может быть использован в настоящем изобретении, который получается из источника фтористого водорода (такого как фторид аммония или дифторид аммония), и из хелатирующей кислоты, для которой значение первой постоянной стабильности с ионами алюминия является большим чем 5 (такой как одна или более чем одна из малеиновой кислоты, винной кислоты, лимонной кислоты, ΝΤΑ (нитрилтриуксусной кислоты), НЕША (гидроксиэтилиминодиуксусной кислоты), ΗΕΌΤΑ (гидроксиэтилэтилендиаминтриуксусной кислоты), ΕΌΤΑ (этилендиаминтриуксусной кислоты), СуИТА (циклогексилендиаминтетрауксусной кислоты), ΌΤΡΑ (диэтилентриаминпентауксусной кислоты), аммониевых, литиевых или натриевых солей этих кислот, или смесей этих кислот и/или их солей). Особенно подходящей хелатирующей кислотой является этилендиаминтетрауксусный диаммоний.

Твердые источники фтористого водорода обычно не являются компонентами нагнетаемого флюида, используемого при кислотном гидроразрыве песчанника. Однако они являются полезными в настоящем изобретении. В дополнение к влиянию на инертный материал изобретения, скорость растворения части поверхности разрыва песчанника зависит от того, находится или нет это часть в контакте с твердым источником фтористого водорода. Скорость растворения зависит от относительной скорости высвобождения фтористого водорода из твердого вещества, диффузии или конвекции фтористого водорода из твердых частиц в поверхность разрыва формации и взаимодействия фтористого водорода с поверхностью разрыва формации. Поэтому существуют области поверхности разрыва, которые растворяются при различных скоростях: область в контакте с инертным твердым веществом, область в контакте с твердым источником фтористого водорода и область ни с чем не контактирующая.

Примерами таких твердых источников фтористого водорода являются фторид аммония, дифторид аммония, поливиниламмонийфторид, поливинилпиридинфторид, пиридинфторид, имидазолфториды, тетрафторборат натрия, тетрафторборат аммония, соли гексафторида сурьмы, ΤΈΕΕΟΝ™ синтетический смолистый фторсодержащий полимер, и смеси этих материалов. Твердые источники фтористого водорода могут быть покрыты (здесь мы включаем инкапсулирование, когда говорим покрыты) для задержки реакции с водой. Другие материалы попадают в эту категорию, если они являются практически нерастворимыми в воде при примерно нейтральном рН и высвобождают фтористый водород в кислых условиях. Опять-таки, эффект маскирования достигается при использовании инертных твердых материалов. Несущий флюид содержит органические и неорганические кислоты и, необязательно, загуститель. Органическая и неорганическая кислота в несущем флюиде имеет очень низкую реакционную способность по отношению к песчаниковой породе. Реакции растворения происходят только после высвобождения фтористого водорода из твердого источника фтористого водорода.

Кислотный разрыв обычно применяется для получения улучшенных протоков для добычи углеводородов, но способ является одинаково полезным в скважинах для добычи других флюидов (таких как вода или гелий) или для скважин нагнетания (например, для улучшения восстановления нефти или для размещения).

Пример 1.

Фиг. 1 и 2 показывают эксперимент по омыванию керна, в котором был использован расколотый песчаниковый керн, и было смоделировано влияние инертного маскирующего материала. Фиг. 1А показывает керн с размещенным маскирующим материалом, и фиг. 1В показывает керн после травления. Дюймовый керн размерами 2,5 смх15 см был разрезан пополам по длине керна; одна из половин показана как [12]. Тефлоновые волокна [8] (примерно 0,08 смхпримерно 15 см) были размещены между двумя кусками, как показано на фиг. 1А. Куски были затем собраны обратно и помещены в держатель керна, и было приложено ограничивающее напряжение в 13,8 МПа. Фиг. 2 показывает проницаемость, когда различные флюиды нагнетались в зазор между двумя кусками песчаника в держателе керна. 5% раствор фторида аммония нагнетался (треугольники до примерно 7 мин) со скоростью 5 см³/мин, затем 12/6 грязевая кислота при той же скорости (квадраты), и затем снова 5% фторид аммония при той же скорости (треугольники после примерно 17,5 мин). Проницаемость была заметно выше после обработки этого моделирования частично маскированного керна. После обработки половинки керна были осмотрены и было обнаружено, что имело место дифференциальное травление. Фиг. 1 показывает это схематически; область [10] показывает протравленную область. Этот маскирующий материал был раздавлен под ограничивающим давлением и покрыл большую площадь, чем та, на которую он был нанесен, так что протрав

- 6 012531 ленная область на фиг. 1В имеет большую площадь, чем немаскированная область на фиг. 1А.

Пример 2.

Фиг. 3 схематически показывает, как разрыв будет выглядеть, если он был создан по способу изобретения. Разрыв [4] в формации [2] содержит области [6], которые не являются открытыми для течения флюида. Эти области расположены там, куда попал инертный маскирующий материал при закрытии разрыва. Поверхность разрыва в этих местах защищается от растворяющего формацию агента.

Claims (12)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ создания кислотного разрыва, приводящий к образованию по меньшей мере одного разрыва в подземной формации, пронизанной скважиной, и селективного травления по меньшей мере одной поверхности разрыва, содержащий этапы, на которых:

   a) нагнетают под давлением выше давления разрыва флюид, содержащий агент, способный растворять по меньшей мере один компонент упомянутой формации, и частицы из деформируемого или листового материала, время растворения которого агентом превышает время активного растворения формации, при этом упомянутые частицы способны прикрепляться к одной или обеим поверхностям упомянутого разрыва и ингибировать реакцию упомянутого растворяющего агента с упомянутой формацией там, где они прикрепились к поверхности разрыва, при этом упомянутые частицы находятся во флюиде в концентрации ниже той, при которой в разрыве образуется перемычка из частиц; и

   b) выдерживают растворяющий агент в условиях, выбранных из повышенной температуры и рН, что приводит к взаимодействию упомянутого растворяющего агента с частью упомянутой поверхности разрыва, не находящейся в контакте с упомянутыми частицами.
2. 2. Способ по п.1, где упомянутые частицы разрушаются после взаимодействия с упомянутым растворяющим агентом.
3. 3. Способ по п.1, где упомянутые частицы выбирают из пластика, стекла, полиакриламида, фенолформальдегидного полимера, нейлона, воска, натурального каучука, вермикулита, органических семян, органических скорлуп, слюды, целлофановых хлопьев, крахмала, бензойной кислоты, металлов, нафталина и их смесей.
4. 4. Способ по любому из пп.1-3, где упомянутый растворяющий агент выбирают из соляной кислоты, муравьиной кислоты, уксусной кислоты, молочной кислоты, гликолевой кислоты, аминополикарбоксильных кислот, сульфаминовой кислоты, яблочной кислоты, винной кислоты, малеиновой кислоты, метилсульфаминовой кислоты, хлоруксусной кислоты, 3-гидроксипропионовой кислоты, полиаминополикарбоксильных кислот, бисульфатных солей, скрытой кислоты, замедленной кислоты, эмульгированной кислоты, инкапсулированной кислоты, загущенной кислоты, химически замедленной кислоты, их солей и их смесей.
5. 5. Способ по любому из пп.1-4, где упомянутый флюид дополнительно содержит источник фтористого водорода, выбираемый из фторида аммония, дифторида аммония, поливиниламмонийфторида, поливинилпиридинфторида, пиридинфторида, имидазолфторидов, тетрафторбората натрия, тетрафторбората аммония, солей гексафторида сурьмы, ΙΈΤΈΟΝ™ синтетического смолистого фторсодержащего полимера и их смесей.
6. 6. Способ по п.5, где упомянутый источник фтористого водорода не растворяется в упомянутом флюиде, и упомянутые частицы и упомянутый источник фтористого водорода, который не растворяется в упомянутом флюиде, различаются в одном или более чем в одном свойстве, выбранном из размера, формы, площади поверхности и скорости гидролиза.
7. 7. Способ по п.6, где упомянутый источник фтористого водорода покрывают для препятствования гидролизу.
8. 8. Способ по любому из пп.1-7, где концентрация упомянутых частиц в упомянутом флюиде во время упомянутого этапа нагнетания находится в пределах от 0,05 до 0,6 кг/л.
9. 9. Способ по любому из пп.1-8, где концентрацию упомянутых частиц в упомянутом флюиде изменяют во время упомянутого этапа нагнетания.
10. 10. Сухой состав для получения кислотного флюида для разрыва формации, содержащий твердый источник фтористого водорода и частицы из деформируемого или листового материала, время растворения которого кислотным агентом превышает время активного растворения формации, при этом упомянутые частицы способны прикрепляться к одной или обеим поверхностям разрыва в формации и способны ингибировать взаимодействие фтористого водорода по меньшей мере с одним компонентом формации там, где они прикрепились к поверхности разрыва.
11. 11. Состав по п.10, где упомянутые частицы выбирают из пластика, стекла, полиакриламида, фенолформальдегидного полимера, нейлона, воска, натурального каучука, вермикулита, органических семян, органических скорлуп, слюды, целлофановых хлопьев, крахмала, бензойной кислоты, металлов, нафталина и их смесей.
12. 12. Состав по п.10, где упомянутый твердый источник фтористого водорода выбирают из фторида аммония, дифторида аммония, поливиниламмонийфторида, поливинилпиридинфторида, пиридинфтори