EA015181B1 - Способ защиты пласта во время скважинной операции - Google Patents

Abstract

Предложен способ обработки скважины с образованием временной пробки в трещине, перфорации, стволе скважины или более чем в одном из этих мест в скважине, проходящей сквозь подземный пласт, включающий в себя нагнетание суспензии, содержащей разрушаемый материал, предоставление возможности разрушаемому материалу образовать пробку в перфорации, трещине или в стволе скважины в скважине, проникающей сквозь пласт, выполнение скважинной операции и предоставление возможности разрушаемому материалу разрушиться после выбранного отрезка времени, так что пробка исчезает.

Description

(57) Предложен способ обработки скважины с образованием временной пробки в трещине, перфорации, стволе скважины или более чем в одном из этих мест в скважине, проходящей сквозь подземный пласт, включающий в себя нагнетание суспензии, содержащей разрушаемый материал, предоставление возможности разрушаемому материалу образовать пробку в перфорации, трещине или в стволе скважины в скважине, проникающей сквозь пласт, выполнение скважинной операции и предоставление возможности разрушаемому материалу разрушиться после выбранного отрезка времени, так что пробка исчезает.

Предпосылки создания изобретения

Настоящее изобретение относится к возбуждению скважин, проходящих сквозь подземные пласты. Более конкретно, оно относится к образованию трещин и послеоперационной защите гидравлических разрывов пласта.

Углеводороды (нефть, конденсат и газ) обычно добывают из скважин, которые пробуривают в пластах, содержащих их. По различным причинам, таким как от природы низкая проницаемость коллекторов или повреждение пласта, вызванное бурением и заканчиванием скважины, поток углеводородов в скважину является неприемлемо низким. В этом случае скважину возбуждают, используя, например, гидравлический разрыв пласта, химическое (обычно кислотное) возбуждение или сочетание обоих (называемое кислотным разрывом или кислотной обработкой под давлением выше давления гидравлического разрыва).

Гидравлический разрыв пласта включает в себя нагнетание жидкостей в пласт при высоких давлениях и расходах, так что коллекторная порода ломается и образуется трещина (или сеть трещин). Твердую фазу расклинивающего агента обычно нагнетают в жидкости для разрыва после жидкости для разрыва, не содержащей проппанта, для поддержания трещины (трещин) открытой (открытыми) после того, как давление спадает. При химических (кислотных) обработках пласта для интенсификации притока пропускную способность трещины повышают путем растворения материалов в пласте.

Обычно при гидравлическом и кислотном разрыве сначала вязкую жидкость, называемую жидкостью для разрыва, не содержащей проппанта, нагнетают в пласт для инициирования и распространения трещины. За этим следует нагнетание второй жидкости, которая содержит проппант, для поддержания трещины, открытой после спада давления нагнетания. Гранулированные материалы проппанта могут включать в себя песок, керамическая жидкость содержит кислоту или другой химикат, такой как способствующий образованию хелатов агент, который может растворять часть породы, осуществляя нерегулярное травление поверхности трещины и удаление некоторых минеральных веществ, в результате чего трещина смыкается не полностью, когда нагнетание прекращают. Иногда гидравлический разрыв пласта осуществляют без сильно загущенной жидкости (а именно водой с небольшой добавкой несшитого полимера) для минимизации повреждения, вызываемого полимерами, или затрат на другие загустители.

Когда многочисленные, содержащие углеводороды зоны стимулируют путем гидравлического разрыва пласта или химического стимулирования, желательно обрабатывать многочисленные зоны на многочисленных уровнях. При разрыве многочисленных зон сначала разрывают первую продуктивную зону. Затем жидкость для гидравлического разрыва отклоняют к следующему уровню для разрыва следующей продуктивной зоны. Процесс повторяют до разрыва всех зон. В качестве варианта несколько продуктивных зон могут быть разорваны одновременно, если они расположены близко друг к другу и имеют аналогичные свойства. Отклонение может быть получено различными способами. Обычно используемыми способами для отклонения напряжением/давлением при многочисленных уровнях разрыва являются следующие.

Первым способом является технология с использованием мостовой пробки. Например, рабочий на промысле выполняет перфорации, затем осуществляет разрывы пласта, после чего устанавливает мостовую пробку и затем при необходимости повторяет этот процесс. При установке пакера между разорванными и целевыми зонами этим способом обеспечивается надежная 100%-ная изоляция зоны. Однако этот способ является чрезмерно дорогим. Затраты обусловлены экстенсивными внутрискважинными работами, при которых требуется дополнительное время для перфорирования и установки и последующего извлечения пакера из ствола скважины для каждой продуктивной зоны до и после гидравлического разрыва пласта. К тому же извлечение пакера иногда связано с риском.

Вторым способом является способ с использованием проточной составной мостовой пробки, которая является видоизменением мостовой пробки. Проточная составная мостовая пробка работает как мостовая пробка, когда выше нее имеется более высокое давление, например, во время последующего гидравлического разрыва пласта. Однако, когда более высокое давление имеется под пробкой, например, при протекании в обратном направлении из скважины, проточная составная мостовая пробка позволяет жидкости протекать снизу через пробку. Применение технологии с использованием проточной составной мостовой пробки позволяет жидкости протекать во всех предшествующих разорванных зонах во время заканчивания скважины. Этот способ имеет два преимущества. Во-первых, он значительно сокращает время остановки скважины благодаря обратному течению из каждой трещины на ранней стадии. Вовторых, все ранее обработанные зоны способствуют очистке при каждой новой обработке. После того как скважина закончена, проточная составная мостовая пробка может быть легко выбурена или может быть оставлена в скважине. Подтверждено, что эта технология является надежным способом, который повышает добычу. Основной недостаток заключается в затратах и времени, необходимых для установки пробки.

Третьим способом является технология с использованием песчаных пробок. Она аналогична технологиям с использованием мостовых пробок за исключением того, что вместо устройств используют песчаные пробки. Основная идея заключается в последовательном разрыве нескольких продуктивных зон с помощью различных перфорационных установок и размещении песчаной пробки в конце каждого этапа

- 1 015181 воздействия на пласт для предотвращения потока за пределы пробки, тем самым отклонения поля напряжений в направлении последующих уровней. При этом способе существенно снижаются время и затраты, поскольку извлечение пакера не требуется. Однако вследствие изменений исходных напряжений в пласте не все зоны могут быть разорваны. Кроме того, для размещения проппанта требуется загрузка ствола скважины проппантом, что может привести к низкой эффективности обработки.

Четвертым способом является способ ограниченного проникновения, который является упрощенной технологией, при которой не требуется загрузка ствола скважины песком. Этот способ является более доступным. Способ используют в сочетании, например, с шариковыми уплотнителями для закупоривания уровней или в случае, когда имеется различное число перфораций для разных уровней. Способ ограниченного проникновения в принципе основан на создании искусственного падения давления на расчетном числе перфораций. Исходя из числа перфораций, размера перфораций и скорости нагнетания, рассчитывают падение давления. Затем перепад давления корректируют с учетом числа перфораций, чтобы создать определенное давление на пластовой стороне перфораций, равное давлению образования трещин. Известность точного давления образования трещин для каждого песчаного слоя является существенной частью способа ограниченного проникновения. При реализации программы уплотняющего бурения в пределах стратиграфического продуктивного пласта давление в любом определенном нефтеносном песчаном пласте может изменяться значительно. Регистрация надежных данных давления включает в себя испытание каждой зоны с увеличением времени и затрат на заканчивание. Без знания точных данных обработка может привести к небольшой добыче из некоторых групп перфораций или к отсутствию ее.

Шариковые уплотнители обычно представляют собой небольшие, покрытые резиной шарики, находящиеся во взвешенном состоянии в жидкости для обработки пласта и закачиваемые в скважину вместе с жидкостью для обработки пласта. Шарики переносятся к перфорациям, находящимся в сообщении с высокопроницаемой пластовой зоной. Шариковые уплотнители перекрывают эти перфорации и отклоняют жидкость для обработки пласта в пластовую зону, имеющую более низкую проницаемость. В некоторых случаях присутствие таких шариковых уплотнителей в стволе скважины после обработки создает эксплуатационные проблемы во время извлечения их. Как описано в патенте США № 6380138, выданном Еейу с1 а1., использование разрушаемых шариков может способствовать исключению этих проблем. Шарики, изготовленные из полиэфирного полимера, разрушаются со временем, образуя растворимые олигомеры и позволяя перфорациям открываться повторно.

Пятым способом является технология отклонения наведенным напряжением. Она является просто применением операций гидравлического разрыва на многих уровнях без использования явно выраженной изоляции любого вида, такой как мостовые пробки, уплотнительные перегородки, песчаные пробки или шариковые уплотнители. В технологии отклонения наведенным напряжением сочетаются преимущества технологий ограниченного проникновения и многоуровневого разрыва пласта. Технология включает в себя закачивание в скважину нескольких первичных жидкостей для разрыва и основана на наведенном напряжении, обеспечиваемым более ранней интенсификацией гидравлического разрыва пласта, для отклонения последующего разрыва к желаемой зоне без явно выраженной зональной изоляции. В этом способе наведенное напряжение, являющееся следствием гидравлического разрыва на предшествующих уровнях, действует как входная энергия для эффективного отклонения первичных жидкостей для разрыва к последующим уровням. Процедура отклонения наведенным напряжением может быть использована при необходимости для перфорирования и разрыва многочисленных дискретных продуктивных интервалов путем повторения процессов много раз (см. фиг. 1). Некоторые технологии отклонения наведенным напряжением могут включать в себя способы стимулирования экранирования для содействия отклонению.

Однако для способа отклонения наведенным напряжением требуется хорошее знание коллекторских свойств. Это делает способ отклонения наведенным напряжением трудноповторяемым в областях с изменяющимися свойствами. Для получения максимального отклонения напряжением необходим оптимизированный гидравлический разрыв пласта, основанный на механических свойствах пласта. При этом часто возникает необходимость регистрации данных с использованием средства проектирования, регистрации данных с использованием средства проектирования, такого как Па1аРКАС™ (фирменное наименование 8еЫишЬегдег Теейио1о§у Согр.), и последующей перекомпоновки способа. Это требует времени. В результате в настоящее время отсутствует методология для оправдания использования способа отклонения наведенным напряжением в газовых коллекторах с малой проницаемостью. Поэтому все еще существует необходимость в удобных и надежных способах для отклонения, многоуровневого разрыва или временного уплотнения в скважинных условиях.

Сущность осуществления изобретения

Согласно изобретению создан способ защиты пласта во время скважинной операции, в котором нагнетают суспензию, содержащую разрушаемое волокно, для образования временной пробки по меньшей мере в одном из перфорации, трещины и ствола скважины в скважине, проходящей через, и выполняют скважинную операцию, при этом волокно способно, по меньшей мере, частично разрушаться без обработки другими компонентами суспензии при скважинных условиях для устранения пробки.

- 2 015181

Разрушаемое волокно может содержать по меньшей мере одно из полимера сложного эфира, выбранного предпочтительно из полимера лактида, гликолида, молочной кислоты, полигликолиевой кислоты и смесей их, полимера амида, предпочтительно полиакриламида, поливинилэфира, предпочтительно частично гидролизованного поливинилацетата, или известняковых волокон, или стеклянных волокон.

Разрушаемое волокно может присутствовать в концентрации не ниже чем 4,8 г/л.

Разрушаемое волокно может представлять собой волокно из полимера молочной кислоты.

Суспензия может дополнительно содержать материал в виде частиц, предпочтительно разрушаемый материал в виде частиц или проппант.

Проппант может содержать частицы, имеющие распределение размеров.

Суспензия может дополнительно содержать добавку для замедления или ускорения разрушения разрушаемого волокна.

Скважинная операция может представлять собой ремонт скважины, установку скважинного оборудования или возбуждение скважины, предпочтительно выбранную из гидравлического разрыва пласта, кислотного разрыва и гидравлического разрыва пласта водой.

При этом гидравлический разрыв пласта или кислотный разрыв может содержать нагнетание жидкости для разрыва без проппанта, содержащей разрушаемое волокно.

Гидравлический разрыв пласта или кислотный разрыв можно применять к нескольким слоям многослойного пласта.

Этап нагнетания суспензии можно выполнять в конце разрыва слоя.

При осуществлении способа обработку можно использовать для изоляции области, выбранной из трещины, продуктивной зоны и части ствола скважины, при этом часть ствола скважины находится под давлением выше пластового давления.

Другие аспекты и преимущества изобретения станут очевидными из нижеследующего описания и сопровождающих чертежей.

Краткое описание чертежей

На чертежах изображено следующее:

фиг. 1 изображает схематический вид, иллюстрирующий технологию отклонения наведенным напряжением, используемую в предшествующем уровне техники;

фиг. 2 - диаграмму, иллюстрирующую избыточное давление, необходимое для разрыва продуктивной зоны, в зависимости от глубины и расстояния между продуктивными зонами;

фиг. 3 - график, иллюстрирующий избыточное давление до 1500 фунт/кв.дюйм (10,34 МПа) вследствие разности напряжений между продуктивной зоной и глинистым сланцем на месте естественного залегания;

фиг. 4 - диаграмму, иллюстрирующую разложение пробок, выполненных из волокон полимера молочной кислоты, имеющих различные молекулярные массы (о котором свидетельствует быстрое возрастание расхода через пробки), при 250°Г (121°С) и при 1000 и 2500 фунт/кв.дюйм (6,89 и 17,24 МПа) согласно одному осуществлению изобретения;

фиг. 5 - диаграмму, иллюстрирующую разложение пробок, выполненных из волокон полимера молочной кислоты, имеющих молекулярную массу примерно 128000, о котором свидетельствует быстрое возрастание расхода потока через пробки, в присутствии керосина при 250°Г (121°С) и при 1000 и 2500 фунт/кв.дюйм (6,89 и 17,24 МПа) согласно одному осуществлению изобретения;

фиг. 6 - диаграмму, иллюстрирующую разложение пробок, выполненных из разрушаемых материалов и проппанта, о котором свидетельствует быстрое возрастание расхода через пробки, в присутствии керосина при 250°Г (121°С) и 2500 фунт/кв.дюйм (17,24 МПа) согласно одному осуществлению изобретения;

фиг. 7 - схематический вид, иллюстрирующий закупоривание и блокирование проппанта в трещине согласно одному осуществлению изобретения;

фиг. 8 - схематический вид, иллюстрирующий закупоривание перфорации согласно одному осуществлению изобретения;

фиг. 9 - схематический вид, иллюстрирующий закупоривание ствола скважины согласно одному осуществлению изобретения;

фиг. 10 - схематический вид, иллюстрирующий закупоривание ствола скважины с использованием разрушаемого материала и других материалов (таких как песок) согласно одному осуществлению изобретения.

Подробное описание осуществления изобретения

Осуществления изобретения относятся к способам для временной блокировки стволов скважин, перфораций или трещин пласта с тем, чтобы другая работа (например, разрыв других зон, операции по увеличению дебита скважины, ремонт скважины, установка скважинного оборудования и т.д.) могла быть выполнена более эффективно или без повреждения существующих трещин. Временная блокировка достигается с использованием разрушаемых материалов, которые будут разрушаться в пределах заданного периода времени. Применительно к разрыву пласта технологии изобретения аналогичны способам отклонения наведенным напряжением, которые в настоящее время используют на территории США.

- 3 015181

В прошлом разрушаемые материалы использовали для регулирования утечки и для отклонения жидкости. Примеры включают в себя каменную соль, фракционированную каменную соль, хлопья бензойной кислоты, восковые шарики, восковые таблетки, растворимый в нефти полимерный материал и т.д. Однако эти материалы использовали при размерах и формах, рассчитанных на образование фильтрационных корок на стволе скважины или поверхностях трещин, они не могут быть использованы для закупоривания стволов скважин, перфораций или трещин.

Согласно осуществлениям изобретения используют различные разрушаемые материалы. Такие материалы включают в себя неорганические волокна, например известковые или стеклянные, но более употребительными являются полимеры или сополимеры сложных эфиров, амидов или других подобных материалов. Они могут быть частично гидролизованными в местах неосновной цепи. Примеры включают в себя полиоксиалканаты, полиамиды, поликапролактоны, полиоксибутираты, полиэтилентерефталаты, поливиниловые спирты, поливинилацетат, частично гидролизованный поливинилацетат и сополимеры этих материалов. Полимеры или сополимеры сложных эфиров включают в себя, например, замещенный и незамещенный лактиды, гликолид, полимер молочной кислоты и полигликолиевую кислоту. Полимеры или сополимеры амидов могут включать в себя, например, полиакриламиды. Кроме того, используют материалы, которые растворяются в соответствующий момент времени при встречающихся условиях, например полиолы, содержащие три или большее количество гидроксильных групп. Полиолы, используемые в настоящем изобретении, представляют собой полимерные полиолы, способные растворяться при нагревании, обессоливании или сочетании их, и состоят, по существу, из гидроксилзамещенных атомов углерода в полимерной цепи, отделенной от смежных гидроксилзамещенных атомов углерода по меньшей мере одним атомом углерода в полимерной цепи. Иначе говоря, предпочтительно, чтобы используемые полиолы были, по существу, без смежных гидроксильных заместителей. Согласно одному осуществлению полиолы имеют среднемассовую молекулярную массу от более чем 5000 до 500000 или более высокую и от 10000 до 200000 согласно другому осуществлению. Если желательно, для дополнительного сдерживания или задержки растворимости полиолы могут быть гидрофобно модифицированы путем, например, включения гидрокарбиловых заместителей, таких как алкил, арил, алкиларил или алкилариловые составляющие и/или боковые цепи, имеющие от 2 до 30 атомов углерода. Кроме того, полиолы могут быть модифицированы с включением карбоновой кислоты, тиола, парафина, кремневодорода, серной кислоты, ацетоацетилата, полиэтиленоксида, четвертичного амина или катионных мономеров. Согласно одному осуществлению полиол представляет собой замещенный или незамещенный поливиниловый спирт, который может быть получен, по меньшей мере, частичным гидролизом поливинилового материала-предшественника с эфирными заместителями. Хотя это является обычным, но не необходимым, разрушение может быть облегчено или ускорено с помощью промывочного раствора, содержащего соответствующий растворитель, или промывочного раствора, который изменяет рН или соленость. Кроме того, разрушение может быть облегчено повышением температуры, когда, например, обработку осуществляют до нагнетания в пласт пара. Ниже при использовании термина разрушаемый будут учитываться все эти соответствующим образом растворяемые материалы.

Чтобы образовывать временные пробки или мосты, эти материалы обычно используют при высоких концентрациях (например, больше 60 фунт/1000 галлон (больше 7,2 г/л)). Концентрации могут быть более низкими, если волокнистая суспензия может терять воду, которую концентрируют волокна. Максимальные концентрации этих материалов, которые могут быть использованы, могут ограничиваться имеющимся оборудованием для введения поверхностной добавки и смешивания компонентов.

Эти разрушаемые или растворяемые материалы могут быть в любой форме, например в виде порошка, частиц, шариков, стружки или волокон. Согласно предпочтительным осуществлениям эти материалы могут использоваться в виде волокон. Волокна могут иметь длину от около 2 до около 25 мм, предпочтительно от около 3 до около 18 мм. Обычно волокна имеют денье от около 0,1 до около 20 (от около 0,1 г до около 20 г на 9000 м), предпочтительно от около 0,15 до около 6 (от около 0,15 г до около 6 г на 9000 м). Предпочтительно, чтобы волокна разрушались в скважинных условиях в течение отрезка времени, который является достаточным для выполнения выбранной операции.

Хотя способы изобретения могут быть использованы при разрыве пласта, операциях по увеличению дебита скважины и работах других видов, в нижеследующем описании для ясности гидравлический разрыв пласта будет использоваться в качестве примера для иллюстрации осуществлений изобретения. Кроме того, для примера будет предполагаться, что последовательные гидравлические разрывы пласта начинаются с забоя вертикальной скважины или дистального конца горизонтальной скважины и продолжается к устью скважины. Конечно, в зависимости профиля напряжения возможны другие последовательности. Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что этим примером не предполагается ограничение объема изобретения гидравлическим разрывом пласта. Вместо этого способы изобретения также могут быть использованы при других работах, таких как временное закупоривание трещин или стволов скважин.

Некоторые осуществления изобретения относятся к временной блокировке ранее образованных трещин для разрыва других зон. В применении для многоуровневого разрыва в конце операции по гидравлическому разрыву пласта закачивают разрушаемый или растворяемый материал для временного за

- 4 015181 купоривания законченной трещины. Временная пробка блокирует проппанты в трещине, делая их неподвижными и вызывая значительное возрастание напряжения и отклонение в нижних зонах с помощью значительного повышения результирующего давления, обусловленного высокой вероятностью перекрывания проппанта разрушаемыми материалами. В соответствии с вариантом способа изобретения разрушаемый материал, который может создавать временный пакер, закачивают после этапов нагнетания проппанта для временного закупоривания трещины путем закупоривания перфораций. Согласно другому варианту пробку образуют в стволе скважины для закупоривания перфораций, ведущих в трещину. Согласно еще одному осуществлению пробку образуют в более чем одном из этих мест. В случае такой системы трещина является защищенной, и последующие операции по гидравлическому разрыву пласта, обычно вверх по стволу скважины, могут быть выполнены без необходимости проведения внутрискважинных работ с использованием спускаемого на кабеле инструмента. Разрушаемый материал со временем будет растворяться и открывать трещину. Разрушаемый материал может иметь различные свойства, формы и содержания. Распад или разложение материала может инициироваться химически, нагревом или механически. Эти способы могут быть осуществлены посредством любого подходящего оборудования, известного в данной области техники, включая колонну гибких труб, которую устанавливают в скважину для образования новых перфораций кумулятивным перфорированием. Эти способы изобретения аналогичны способам отклонения наведенным напряжением, которые в настоящее время используют на территории США. Однако способ отклонения при помощи разрушаемых материалов согласно осуществлениям изобретения может обеспечить намного большее и более надежное отклонение напряжением.

Разрушаемые материалы использовали при других скважинных работах, таких, какие раскрыты в заявке № 11/156966 (АШЬетд с1 а1.) на патент США, поданной 20 июня 2005 г. под названием ЭсдгабаЫс ПЬсг 8у81сш8 ίοτ δΐίιηιιίαΐίοη. Эта заявка переуступлена правопреемнику настоящего изобретения. Разрушаемые материалы, которые могут быть использованы согласно осуществлениям изобретения, могут состоять из различных химических композиций при условии, что они могут разрушаться в пределах заданного периода времени при скважинных условиях, которые могут включать в себя температуры до 350°Е (около 180°С) или более высокие и давления до 20000 фунтов/дюйм² (137,9 МПа) или более высокие. Как отмечалось выше, некоторые осуществления изобретения относятся к отклонению при помощи разрушаемого материала, а другие осуществления относятся к закупориванию существующих трещин, перфораций или стволов скважин. Ниже будут описаны желательные свойства разрушаемых материалов в соответствии с этими назначениями, т.е. в качестве агентов отклонения напряжением или в качестве уплотнителей перфораций, трещин или стволов скважин.

Разрушаемые материалы в качестве агентов отклонения.

В случае многоуровневого разрыва с отклонением напряжением это напряжение должно превышать давление разрыва, и при этом результирующее давление повышается в течение последующих этапов. Напряжение или давление отклонения для последующих уровней разрыва может быть результатом по меньшей мере четырех механизмов: повышения нормального напряжения в зависимости от глубины; сопротивления трению при забивке труб; временного избыточного давления нагнетания в результате разрыва (результирующего давления) и повышенного напряжения на проппантах. Каждый из этих факторов будет детально проанализирован. (Еще одним механизмом отклонения напряжением, который, как и следовало ожидать, встречается при любой работе с использованием полимера в качестве загустителя, является концентрация полимерного геля, обусловленная потерями жидкости, но он не будет рассматриваться в дальнейшем.)

В реальных условиях напряжение пласта может возникать в результате действий напряжения перекрывающих пород, теплового напряжения и тектонических напряжений. Типовая оценка повышения давления гидравлического разрыва составляет 0,62 фунт/кв.дюйм на фут (14 кПа/м). Это означает, что идентичные породы с нормальным градиентом давления имеют 620 фунт/кв.дюйм (4,27 МПа) отклоняющей силы на каждые 1000 фут (304,8 м) разобщения. Однако на самом деле распределение давлений гидравлического разрыва не является равномерным (обычно оно является функцией литологии и порового давления рассматриваемых слоев) и не изменяется линейно в зависимости от глубины. В связи с этим часто бывает необходимо пополнять систему дополнительной энергией, чтобы гарантировать, что технология отклонения наведенным напряжением будет работать соответствующим образом.

Сопротивление трению при забивке труб снижает забойное давление с глубиной. Это оказывает положительное влияние на отклонение напряжением. Однако даже при высоких расходах (и поэтому при высоком трении) потери давления на трение обычно не превышают 1000 фунт/кв.дюйм на каждые 1000 фут (22,6 кПа/м). (На практике в лучшем случае потери давления на трение (например, при очень вязких жидкостях) не будут выше, чем 1000 фунт/кв.дюйм на каждые 1000 фут (6,90 МПа на каждые 304,8 м)). Существующая тенденция заключается в использовании небольшой загрузки полимера в жидкости для гидравлического разрыва. Такие жидкости для гидравлического разрыва должны иметь небольшую вязкость и, следовательно, низкие потери давления на трение. В результате потери давления на трение не будут играть важной роли при выполнении обычной операции по гидравлическому разрыву пласта с использованием способов отклонения наведенным напряжением. (В случае способа ограниченного поступления ограниченным числом перфораций создаются искусственные потери давления на тре

- 5 015181 ние, но обусловленные не жидкостью, а скорее вследствие ограниченного числа перфораций.)

Избыточное давление нагнетания при гидравлическом разрыве вытекает из необходимости преодолевать давление разрыва, чтобы инициировать процесс гидравлического разрыва. Давление разрыва обычно на 5-10% выше, чем давление распространения трещины, которое является примерно таким же, как напряжение смыкания трещины. Типичные значения градиентов давления гидравлического разрыва составляют 0,1-0,2 фунт/кв.дюйм на фут (2,26-4,53 кПа/м) на глубине около 10000 фут (3048 м). Это означает, что целесообразно иметь значительное избыточное результирующее давление в первой (нижней) трещине, чтобы превзойти давление разрыва верхней зоны. Однако, чтобы быть полезным, избыточное давление нагнетания в первую трещину не должно сбрасываться посредством обратного потока.

На фиг. 2 показан график избыточных давлений, обычно необходимых для разрыва пласта на различных глубинах (кривая 21 для 5000 фут (1524 м); кривая 22 для 6000 фут (1829 м) и кривая 23 для 7000 фут (2134 м). На этом графике предполагается, что градиент давления при гидравлическом разрыве составляет 0,65 фунт/кв.дюйм на фут (14,7 кПа/м), тогда как градиент прорыва бурового раствора в пласт составляет 0,75 фунт/кв.дюйм на фут (17 кПа). Из фиг. 2 очевидно, что чем глубже находятся продуктивные зоны, тем выше необходимые избыточные давления для данного расстояния между продуктивными песками. Например, если первая трещина была образована на 7500 фут (2286 м) и следующая на 7000 фут (2134 м), то необходимое избыточное давление в первой трещине составляет приблизительно 370 фунт/кв.дюйм (2551 кПа), см. кривую 23. В случае малопроницаемых газовых пластов необходимое избыточное давление может быть до 2000 фунт/кв.дюйм (13,8 МПа) на глубинах больше, чем 10000 фут (3048 м). Для всех этих данных предполагаются идентичными литология и поровые давления. Изменения каждого из них могут влиять на кривые.

Когда после гидравлического разрыва накачивание прекращают, трещины будут смыкаться на проппанте, который вошел в трещины. Обычная промышленная практика оценивания напряжения, вызывающего смыкание трещины на проппанте, заключается в вычитании динамического забойного давления из оцененного в реальных условиях напряжения подвергнутого гидравлическому разрыву продуктивного интервала. Однако было показано, что вследствие влияния ограничивающих слоев напряжение, вызывающее смыкание трещины на проппанте, может быть значительно выше, чем ожидаемое. См. 8ейиЪаг1й е1 а1. ипбег81апбт§ ргорраи! е1о8иге зйезз, 8РЕ 37489, 8РЕ Ргобиейоп Орегайоиз 8утрозшт, Ок1айота Сйу, ОК, ϋ8Ά, Магсй 9-11, 1997. Обычно трещина не распространяется в пределах целевого песчаника, окаймляющего верхний и нижний глинистые сланцы, где напряжение, вызывающее смыкание трещины, является более высоким. Перепад напряжения между песком в продуктивной зоне и песком на границах может изменяться от 500 до 2500 фунт/кв.дюйм (от 3,44 до 17,2 МПа). Толщина продуктивного интервала может изменяться от 20 до 200 фут (от 6,1 до 61 м). На основании этих значений было показано, что избыточное давление смыкания трещины может изменяться от 300 фунт/кв.дюйм (от 2,1 МПа) при толщине продуктивного песка 200 фут (61 м) до 1500 фунт/кв.дюйм (до 10,34 МПа) при толщине продуктивного песка 20 фут (6,1 м) в предположении перепада давления на месте залегания, составляющего 1500 фунт/кв.дюйм (10,34 МПа) на границах песка и глинистого сланца (см. фиг. 3). Это избыточное напряжение на границах песка и глинистого сланца может оказывать отрицательное влияние на удельную проводимость трещин, но оно оказывает положительное влияние на отклонение напряжением. Следует отметить, что этот механизм является в значительной степени независимым от механизмов 1-3 из четырех механизмов, перечисленных выше, поскольку смыкание трещины не происходит до тех пор, пока избыточное давление нагнетания в трещине не будет полностью сброшено в результате фильтрационной утечки или с помощью обратного потока. Поэтому этот механизм может считаться обособленным от других трех механизмов.

Взаимосвязь первых трех механизмов отклонения может быть лучше понята путем анализа их с помощью аналитических выражений. Во-первых, предположим, что разрывают первый продуктивный песчаный пласт и имеют временное избыточное давление Δ₁ (в фунт/кв.дюйм) нагнетания, избыточное давление Δ₁ нагнетания является достаточным для отклонения ко второму уровню, существует повышение нормального напряжения в зависимости от глубины в виде 0,65 фунт/кв.дюйм на фут (14,7 кПа/м) и потери давления на трение жидкости для гидравлического разрыва пласта составляют 500 фунт/кв.дюйм на каждые 1000 фут (11,3 кПа/м).

При этих предположениях основные уравнения могут быть записаны в следующем виде:

для первой зоны

Рз+РН51^_РГг1^<Т_т1_п1 + А1 . (1) для второй зоны

Рз+Рн32~Р?г2~ σπύη2=Δ2 , ( 2 ) где рз представляет собой давление на поверхности;

рн81 является гидростатическим давлением для ΐ-й зоны;

р_й1 представляет собой потери ΐ-го давления на трение;

σ_πιιι, является напряжением в месте образования;

- 6 015181

Δ₂ представляет собой результирующее давление во второй зоне. При подстановке уравнения (2) в (1) получаем

или

Дг+Арнз^А^Аргг+Аахпхпг (4) где Ар обозначает р₁-р₂.

Правой частью неравенства (4) описываются позитивные механизмы изоляции или наведенных напряжений, тогда как левая часть представляет собой необходимое избыточное давление. При предположениях, перечисленных выше, Δρ_Η8=50 фунт/кв.дюйм на 100 фут (11,3 кПа/м), Δρ_1Γ 50 фунт/кв.дюйм на 100 фут (11,3 кПа/м) и Δσ_ω;_η=65 фунт/кв.дюйм на 100 фут (14,7 кПа/м). Подставляя эти значения в неравенство (4) для интервала 500 фут (152,4 м) получаем

Δ!>Δ₂-325 фунтов/дюйм² (2,24 кПа). (5)

Неравенство (5) свидетельствует о том, что, если результирующее давление в первой трещине полностью сброшено (вследствие обратного потока или фильтрационной утечки), то будет существовать избыточное давление 325 фунт/кв.дюйм (2,24 кПа) для отклонения к следующему уровню. В случае твердых пород с низкой проницаемостью типичное значение для результирующего давления может изменяться от 1000 до 2000 фунт/кв.дюйм (от 6,9 до 13,8 МПа). Это означает, что в случае обратного потока первого уровня коэффициент безопасности отклонения наведенным напряжением может быть легко превышен.

Приведенным выше описанием иллюстрируется, что, хотя технологии отклонения наведенным напряжением могут обеспечивать эффективное отклонение в некоторых пластах, эти технологии могут не работать в других пластах. К сожалению, за исключением измерения в реальных условиях напряжения каждой продуктивной зоны, подлежащей разрыву, нет надежного пути прогнозирования, какие пласты являются пригодными для технологий отклонения наведенным напряжением. Согласно осуществлениям изобретения предлагаются более надежные способы отклонения путем добавления разрушаемых материалов для повышения результирующего напряжения продуктивной зоны, которая только что была подвергнута гидравлическому разрыву.

Согласно осуществлениям изобретения для получения более высокого результирующего давления в первой трещине высокие концентрации специальных разрушаемых материалов используют в заключительной части гидравлических разрывов пласта. Разрушаемые материалы могут быть волокнами, порошками или любыми другими формами. Лабораторные и промысловые эксперименты показали, что при высоких концентрациях волокон, суспензия проппанта и волокон может образовывать мост. В результате обрабатываемая трещина может экранироваться. Это будет приводить к значительному повышению результирующего давления и к оптимальному размещению проппанта вблизи ствола скважины. Такая процедура может быть названа экранированием задней части трещины. Кроме того, исследования показали, что закупоривание волокнами представляет собой сложное явление, для которого требуется специальное моделирование, чтобы надлежащим образом выполнить такую операцию. В заявке № 10/214817 на патент США, поданной 8 августа 2002 г. Вопеу е! а1., раскрыты способы и композиции, предназначенные для осуществления концевого экранирования трещин. Эта заявка переуступлена правопреемнику настоящего изобретения.

С другой стороны, если избыточное давление нагнетания в первой трещине спадает (например, вследствие фильтрационной утечки или обратного потока), включается четвертый механизм из механизмов, перечисленных выше (а именно постепенно нарастающее напряжение на проппантах). На фиг. 3 показано, что возрастающее напряжение на проппантах может с успехом заменять избыточные давления нагнетания, описанные выше, если одновременно разрывают несколько тонких продуктивных зон на первом этапе гидравлического разрыва.

Из приведенного выше описания следует, что в случае малопроницаемых газовых пластов имеются две возможности выбора для обеспечения напряжения, достаточного для отклонения: сохранение высокого результирующего избыточного давления нагнетания в первом продуктивном песчаном пласте, то есть предотвращение или минимизация обратного потока; расчет на высокое, постепенно нарастающее напряжение на проппанте, то есть на незамедлительный обратный поток после первого этапа. Вторая возможность выбора (основанная на постепенно нарастающем напряжении на проппантах) будет выгодной, если разрывают несколько тонких продуктивных зон при значительной разности напряжений непосредственно между песками и глинистыми сланцами.

Из приведенного выше описания также следует, что высокие концентрации разрушаемых материалов в заключительной части обработки могут быть использованы для подкрепления проппантов (то есть для снижения скорости осаждения во время и после обработок и для уменьшения обратного потока проппанта) и обеспечения более высокого результирующего избыточного давления нагнетания на предшествующих уровнях.

Кроме того, из приведенного выше описания также следует, что являются желательными соответствующие расчет и лабораторные эксперименты для гарантии того, что способы отклонения при помощи

- 7 015181 разрушаемых материалов согласно осуществлениям изобретения будут работать надлежащим образом. В дополнение к расчету и лабораторным экспериментам моделирование также может быть использовано для расчета параметров, необходимых для отклонения при помощи разрушаемых материалов. В данной области техники известны различные способы моделирования, предназначенные для планирования различных работ в скважинных условиях, такие, как моделирование возбуждения скважины, заканчивания скважины и т.д. Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что любой из таких способов моделирования может быть использован совместно со способами отклонения при помощи разрушаемых материалов согласно изобретению.

Разрушаемые материалы в качестве уплотнителей.

Некоторые осуществления изобретения относятся к использованию разрушаемых материалов в качестве уплотнителей для временного блокирования перфораций, трещин или стволов скважин, так что другие операции могут быть выполнены без помехи со стороны существующих трещин или повреждения их. Когда разрушаемые материалы используют в качестве уплотнителей стволов скважин, перфораций или трещин, все из описанных выше механизмов для отклонения также являются применимыми. К тому же после этапов нагнетания проппантов разрушаемый материал, например, в виде волокон, в высоких концентрациях (например, больше 60 фунт/1000 галлон ( больше 7,2 г/л)) может быть закачан для временного закупоривания ствола скважины, перфораций или трещин сетками волокон и для отклонения к последующим уровням.

Выполнен ряд лабораторных экспериментов по образованию и испытанию волокнистых пробок. Испытания показали, что пробки диаметром 1 см и длиной 2 см могут противостоять давлению 2500 фунт/кв.дюйм (17,2 МПа) и при этом в зависимости от состава пробок в течение 2-4 ч при 250°Р (121°С). На фиг. 4 показаны долговечности волокнистых пробок, выполненных из полимеров молочной кислоты, имеющих различные молекулярные массы. Как показано на фиг. 4, волокнистые пробки с более высокой молекулярной массой имеют более высокие долговечности в условиях проведения испытаний (250°Р (121°С); 1000 фунт/кв.дюйм (6,9 МПа)). Например, пробка, имеющая полимер с молекулярной массой 77600, имеет долговечность несколько часов, тогда как пробки, выполненные из полимеров с более высокой молекулярной массой, имеют более высокие долговечности (до 6 ч).

В дополнение к применению полимеров с более высокими молекулярными массами долговечности пробок также можно повысить, используя замедлители, которые предохраняют полимеры от разрушения. Например, для полимеров молочной кислоты основным механизмом разрушения является гидролиз. При добавлении гидрофобного агента к полимеру (или к пробке), например, в виде покрытия скорости гидролиза будут снижаться. В результате, как показано при исследовании разложения пробок, выполненных из полимера молочной кислоты, имеющего молекулярную массу —1280000, в процессе которого осуществлялось быстрое увеличение потока через пробки в присутствии керосина при 250°Р (121°С), при 1000 и 2500 фунт/кв.дюйм (6,89 и 17,24 МПа), долговечности полимеров (следовательно, долговечности пробок) будут повышаться. Таким образом, можно регулировать долговечности пробок, приводя их в соответствие с назначением операций.

В некоторых осуществлениях изобретения используют разрушаемые волокнистые пробки, описанные выше. В других осуществлениях изобретения используют пробки, которые образуют из разрушаемых волокон и другого материала, такого как твердая фаза проппанта, других частиц (например песка) или разрушаемых поглотителей (таких как полимер молочной кислоты - сополимер акриламида). Включение поглощающего вещества может способствовать заполнению пор внутри пробки и делает ее прочнее. Использование соответствующих полимерно-покрытых проппантов или не покрытых полимером проппантов с небольшими размерами зерен дает вполне удовлетворительные результаты: как показано на фиг. 5, пробки из полимерно-покрытого проппанта (ППП) и волокна способны противостоять перепаду давления 2500 фунт/кв.дюйм (17,2 МПа) при 250°Р (121°С) в течение нескольких часов.

Согласно некоторым осуществлениям изобретения разрушаемые материалы применяют в сочетании со способами повышения содержания твердой фазы суспензии, используя технологию распределения частиц по размерам. При правильно выбранном многомодальном распределении размеров частиц более мелкие частицы заполняют поровые пространства между более крупными частицами, в результате чего для суспензии требуется меньше воды. В типичных распределениях используют два или три отдельных диапазона размеров частиц. Так получают суспензию с улучшенными реологическими свойствами и хорошим набором таких свойств, как проницаемость и прочность. Поэтому в некоторых осуществлениях изобретения используют проппанты с различными размерами частиц вместо полимернопокрытых проппантов. В случае этих осуществлений составы проппантов могут быть оптимизированы для достижения достаточной удельной проводимости пробок после того, как волокна разрушаются.

При использовании такой методики (то есть многомодального распределения размеров частиц) могут быть получены различные комбинации временных уплотнителей перфораций с хорошими свойствами. Поскольку разрушаемые или растворяемые материалы, такие как полимерное волокно молочной кислоты, могут быть выбраны из условия совместимости с пластовыми флюидами, и их долговечности в скважине могут быть легко изменены (например, путем добавления замедлителей для повышения долговечностей их), такая методика является очень привлекательной в технологии отклонения при помощи

- 8 015181 разрушаемых материалов.

При планировании многочисленных операций по гидравлическому разрыву особое внимание следует обращать на следующее.

Химические продукты (разрушаемые материалы) могут быть чувствительными к окружающей среде, вследствие чего могут быть проблемы с растворением и осаждением. Предпочтительно, чтобы уплотнитель оставался в пласте или стволе скважины в течение достаточно продолжительного периода времени (например, 3-6 ч). Продолжительность пребывания должна быть достаточно большой для выполнения операций на каротажном кабеле для перфорирования следующего продуктивного песчаного пласта, осуществления последующего гидравлического разрыва (разрывов) и смыкания трещины на проппанте до того, как он полностью осядет, с получением наилучшей удельной проводимости трещины. В случае малопроницаемых газовых пластов с небольшой фильтрационной утечкой это может быть проблемой.

Уплотнители из разрушаемых материалов должны делать невозможным обратный поток. В результате трещина будет находиться под избыточным давлением нагнетания в течение намного более длительного периода времени. Это является благоприятным для отклонения. Однако в пластах с низкой фильтрационной утечкой продолжительность остановки скважины становится слишком большой, что может приводить к оседанию проппанта. В этом случае для содействия суспендированию проппанта в трещине может быть использовано прерывание обратного потока после нагнетания разрушаемых материалов.

Поэтому между этими двумя факторами должен быть сделан компромисс. Согласно осуществлениям изобретения предпочтительно, чтобы долговечности химических продуктов в стволе скважине и трещине были не меньше чем 2-3 ч. С другой стороны, предпочтительно, чтобы их долговечности не превышали определенного предела для получения обратного потока из пластов при предельно низкой фильтрационной утечке. Это свидетельствует о том, что надлежащий выбор вида уплотнителя и добавок является важным.

Рассмотрим более подробно механизмы действия уплотнителя из разрушаемого материала. Предположим, что разрывают первый продуктивный песчаный пласт и имеют временное избыточное давление Αι нагнетания (фунт/кв.дюйм), уплотняющая способность материала составляет р_М8=1000 фунт/кв.дюйм (6,9 МПа), наведенное напряжение является достаточным для отклонения к последующему уровню, существует повышение нормального напряжения в зависимости от глубины, составляющее 0,65 фунт/кв.дюйм на фут (14,7 кПа/м), потери давления на трение жидкости при гидравлическом разрыва составляют 500 фунт/кв.дюйм на 1000 фут (11,3 кПа/м) и перепад гидростатического давления составляет 500 фунт/кв.дюйм (3,45 МПа).

При этих предположениях основное уравнение (4) может быть переписано в виде А2+Ар_да<А1+Ар_Гг+Аа_т1_П+р_да. (6)

При разнесении уровней на 500 фут (152,4 м) это даст

А!>А₂-1325 фунтов/дюйм² (9,1 МПа). (7)

С учетом того, что при наличии уплотнителя отсутствует обратный поток, то есть большая часть избыточного давления Α1 нагнетания будет сохраняться в первой трещине, становится ясно, что уплотнитель из разрушаемого материала может быть хорошим отклоняющим средством, обеспечивающим избыточное давление до или выше чем 2000 фунт/кв.дюйм (13,8 МПа).

Из приведенного выше описания очевидно, что хорошая осведомленность о свойствах пласта и пластового флюида имеет большое значение для использования способов отклонения при помощи разрушаемых материалов надлежащим образом в случае выполнения многочисленных гидравлических разрывов. Следующие параметры являются важными для учета при оптимизации работы по отклонению при помощи разрушаемых материалов: профиль напряжения на месте проведения работ; перепад напряжения на месте проведения работ между продуктивным песчаным пластом и глинистыми сланцами; состав пластового флюида и его совместимость с разрушаемым материалом и проппант, сохраняющийся в трещине. Некоторые из этих параметров могут стать доступными в результате скважинных измерений, тогда как другие не могут стать доступными. Как отмечалось выше, согласно осуществлениям изобретения можно использовать способ моделирования для оптимизации работы по отклонению при помощи разрушаемых материалов. Любые недоступные параметры могут быть оптимизированы путем использования подходящего способа моделирования, известного в данной области техники.

Как показано в приведенном выше описании, в осуществлениях изобретения используют разрушаемый материал для временного блокирования перфорации, трещины или ствола скважины, так что работа может выполняться в других зонах. В соответствии с некоторыми осуществлениями изобретения в конце гидравлического разрыва пласта разрушаемый материал закачивают в высокой концентрации для временного закупоривания законченной трещины и для запирания проппанта в трещине, что делает его неподвижным и вызывает значительное напряжение и отклонение от нижних зон посредством значительного повышения результирующего давления, обусловленного более высокой вероятностью закупоривания проппанта. В соответствии с некоторыми осуществлениями изобретения разрушаемый материал, который может создавать временный пакер, закачивают после этапов нагнетания проппанта для вре

- 9 015181 менного закупоривания перфораций, связанных с трещиной, или для временного закупоривания ствола скважины вблизи этих перфораций. Таким способом защищают трещину, и последующий гидравлический разрыв вверх по стволу скважины может быть выполнен без проведения внутрискважинных работ с использованием спускаемого на канате инструмента.

Разрушаемые материалы будут растворяться со временем и откупоривать трещину. Разрушаемые материалы могут иметь различные свойства, формы и составы. Распад или разложение материалов можно инициировать химически, повышенной температурой или механически. Способы изобретения могут быть осуществлены с помощью любого подходящего оборудования, используемого в отрасли промышленности, такого как колонна гибких труб, которую без труда устанавливают в скважине для образования новых перфораций с помощью кумулятивных зарядов. Хотя способы изобретения, по существу, являются аналогичными технологии отклонения наведенным напряжением, способами отклонения при помощи разрушаемых материалов согласно изобретению гарантируется намного более сильное и более надежное отклонение напряжением.

На фиг. 7 показана схема способа согласно некоторым осуществлениям изобретения. В соответствии с этим способом разрушаемый материал/химикат добавляют в заключительной части этапов нагнетания проппанта для инициирования перекрывания проппанта. Добавление материала значительно повышает вероятность перекрывания проппанта в трещине, образованной на более раннем этапе (показанной в виде продуктивной зоны 1). После того как перекрывание проппанта произошло, проппант блокируется в трещине, что предотвращает обратный поток и способствует поддержанию напряжения, вызванного избыточным давлением нагнетания, в продуктивной зоне 1 (показанного справа пунктирной линией профиля давления). Кроме того, перекрывание проппанта может инициировать экранирование вблизи ствола скважины, которое, в свою очередь, может значительно повысить избыточное давление нагнетания на трещину в продуктивной зоне 1. Напряжение в продуктивной зоне 1, вызванное избыточным давлением нагнетания, будет отклонять жидкости для гидравлического разрыва к следующей продуктивной зоне, подлежащей разрыву (показанной в виде продуктивной зоны 2).

Как отмечалось выше, добавляемые разрушаемые материалы могут иметь различные формы (например, могут быть частицами или волокнами). Предпочтительно осуществлять выбор размеров добавок на основании ширины трещины, они должны быть меньше, чем раскрытия трещин для прохождения в трещины. К тому же разрушаемый материал должен противостоять пластовым условиям в течение заданного отрезка времени (например, в течение 3-6 ч), то есть требования по совместимости должны удовлетворяться.

На фиг. 8 показан другой способ согласно одному осуществлению изобретения. В этом способе разрушаемый материал закачивают при высокой концентрации после этапов закачивания проппанта. Химикат, как и проппант, закупоривает перфорации, создавая временное уплотнение. Как показано выше, в зависимости от пластовых условий временное уплотнение (или пробка), образованное из разрушаемого материала, может противостоять перепаду давления свыше 2500 фунт/кв.дюйм (17,2 МПа) при 250°Р (121°С) в течение нескольких часов (см. фиг. 4 и 5). Согласно предпочтительным осуществлениям уплотнение или пробка состоит только из одного или нескольких разрушаемых материалов. Однако, поскольку существует опасность излишней закачки проппанта в трещину, то в некоторых случаях может быть целесообразно стимулировать экранирование заднего конца трещины путем добавления специального химиката или материала (вызывающего закупоривание материала, такого как стеклянные волокна) в конце этапов закачивания проппанта. Уплотняющие или вызывающие закупоривание материалы могут отличаться от разрушаемых материалов. В соответствии с этими осуществлениями изобретения оба материала должны быть совместимыми с пластовыми флюидами в течение заданных отрезков времени.

На фиг. 9 показан еще один способ согласно одному осуществлению изобретения. В соответствии с этим способом временная мостовая пробка может быть образована в стволе скважины. Временный мост образуют из разрушаемого материала. В этом способе уплотнение распространено на ствол скважины, чтобы позаботиться о защите предшествующей трещины от повторного разрыва (повторного открывания существующей трещины).

Аналогично способу, показанному на фиг. 7, может быть стимулировано экранирование заднего конца трещины. Хотя некоторое количество песка может иметься в перфорациях и стволе скважины вследствие стимулирования экранирования заднего конца трещины, количество песка в стволе скважины будет намного меньше, чем при использовании технического решения с песчаной пробкой. В действительности к осуществлениям изобретения относятся все сочетания и комбинации частично или полностью закупоренных стволов скважин, перфораций и трещин.

На фиг. 10 показан еще один способ согласно одному осуществлению изобретения. В этом способе разрушаемый материал закачивают вместе с проппантом в конце гидравлического разрыва пласта, чтобы создать составную пробку в перфорациях и/или стволе скважине. Стимулированное экранирование заднего конца трещины не является необходимым. В этом случае может быть получено наилучшее отклонение уровня. Разрушаемые материалы должны выбираться так, чтобы они сохранялись целыми несколько часов в стволе скважины. Возможный недостаток осуществления заключается в выносе песка из материала в ствол скважины в продолжение существования обратного потока, когда уплотнительный матери

- 10 015181 ал выносится.

Как отмечалось выше, способы изобретения, в которых образуют временные мосты или уплотнения в перфорациях, трещине (трещинах), стволе скважины или в любом сочетании из них, используют для последующего гидравлического разрыва или для других работ, выполняемых в стволе скважины. Согласно некоторым осуществлениям изобретения после того, как временное уплотнение образовано, вместо последующего гидравлического разрыва скважину можно подвергнуть различным обработкам. Например, ствол скважины может быть отремонтирован (кислотными обработками) или может быть выполнена установка электрического погружного насоса. Закупоривающий агент может быть выбран достаточно длительно существующим для защиты пласта на протяжении ожидаемого периода времени выполнения последующей скважинной операции.

Таким образом, в соответствии с некоторыми осуществлениями изобретения трещину временно закупоривают или блокируют разрушаемым материалом. Разрушаемый материал используют для временной защиты трещины от повреждения жидкостью для ремонта скважин при последующих работах или для временной защиты скважинного оборудования от повреждения обратным потоком из трещины. Выбор разрушаемых материалов зависит от ожидаемого повреждения, забойных условий и периодов времени, в течение которых необходима защита.

В соответствии с осуществлениями изобретения предпочтительно, чтобы разрушаемые материалы были совместимыми с жидкостями для гидравлического разрыва, имеющими различные рН, и с соляными растворами, содержащими соли в различных концентрациях (такие как хлорид натрия №1С1. хлорид кальция СаС1₂, бромид натрия №Вг хлорид калия КС1 и другие). Разрушаемые материалы должны быть совместимыми с как можно более широкими диапазонами температур. Предпочтительно, чтобы разрушаемые материалы были совместимыми с температурами выше 32°Р (0°С). Разрушаемые материалы должны быть совместимыми с утяжеленными соляными растворами, а также с растворами для заканчивания скважины.

В соответствии с некоторыми осуществлениями изобретения химикаты различных видов могут быть закачаны для ускорения или задержки разложения разрушаемых материалов (см. выше). Примеры замедлителей могут включать в себя гидрофобный материал любого вида (например, керосин, нефть, дизельное топливо, полимеры, поверхностно-активные вещества и т.д.), которые могут покрывать поверхности разрушаемых материалов для замедления взаимодействий их с водой. В случае полиолов, таких как, например, частично гидролизованный поливинилацетат, в раствор могут быть включены, например, соли, при большой ионной силе снижается растворимость таких материалов. Примеры ускорителей могут включать в себя любые жидкости с высоким или низким рН (например, растворы каустической соды или кислоты), которые будут ускорять разложение разрушаемых материалов.

Как отмечалось выше, способы изобретения, предназначенные для отклонения или закупоривания трещин пласта с использованием разрушаемых материалов, могут быть основаны на результатах, полученных моделированием. Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что различные технические средства моделирования пласта являются доступными применительно к гидравлическому разрыву пласта, такие как имитатор РтасСАЭЕ™ от БсЫишЬетдет и способы, раскрытые в патенте США № 6876959, выданном Р1егсе е! а1., который переуступлен правопреемнику настоящего изобретения. Другое доступное программное обеспечение включает в себя, например, псевдотрехмерные имитаторы гидравлического разрыва пласта и планарные трехмерные имитаторы гидравлического разрыва (в том числе СОНРЕК™ от Бйт-ЬаЬ и Матайои 011 Со.). Осуществления изобретения не ограничиваются никаким конкретным способом моделирования.

В соответствии с некоторыми осуществлениями изобретения моделирование используют для имитации отклонения наведенным напряжением к представляющему интерес пласту. Соответственно выбирают виды и количества используемых жидкостей и продолжительности и скорости закачивания, необходимые для выполнения работы по гидравлическому разрыву пласта.

Осуществлениями настоящего изобретения предоставляются эффективные способы получения отклоняющего напряжения/давлений для многоуровневого гидравлического разрыва. Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что эти способы могут быть применены в скважине любого типа, в том числе в вертикальных, искривленных или горизонтальных скважинах, и с открытым или обсаженным стволом.

Хотя в приведенном выше описании для иллюстрации осуществлений изобретений использовался гидравлический разрыв пласта, специалисту в данной области техники должно быть понятно, что способы изобретения также могут быть использованы при разрывах пласта других видов, включая разрыв водой с реагентом для снижения поверхностного натяжения (или гидравлический разрыв пласта с использованием воды) и кислотный разрыв. Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что различные способы кислотного разрыва могут быть применены совместно с осуществлениями изобретения, включая способы создания кислотного забоя скважины (с использованием кислотной эмульсии, капсулированной кислоты или твердокислотного предшественника). Например, в заявке № 10/605784 на патент США, поданной 27 октября 2003 г. 81111 е1 а1., раскрыто использование твердокислотных предше

- 11 015181 ственников для обеспечения управляемого выделения кислоты путем гидролиза или растворения. Эта заявка переуступлена правопреемнику настоящего изобретения.

В соответствии с одним осуществлением изобретения разрушаемые материалы могут быть использованы при кислотном разрыве. Разрушаемые материалы образуют временные преграды в зонах с высокой проницаемостью для отклонения кислотного разрыва к зонам, нуждающимся в воздействиях на пласт. При кислотном разрыве можно использовать, например, твердокислотный предшественник. Твердокислотный предшественник может быть лактидом, гликолидом, полимером молочной кислоты, полигликолиевой кислотой, сополимером полиуксусной кислоты и полигликолиевой кислоты, сополимером гликолевой кислоты и других составляющих, содержащих гидроксильную группу, карбоновую кислоту или оксикарбоновую кислоту, сополимером молочной кислоты и других составляющих, содержащих гидроксильную группу, карбоновую кислоту или оксикарбоновую кислоту, или смесь из предшествующих. Твердая кислота может быть смешана со вторым твердым веществом, которое реагирует с кислотой, что повышает скорость растворения и гидролиза твердокислотного предшественника.

Кроме того, чтобы получать желаемые эффекты или выполнять другую работу, осуществления изобретения также могут быть использованы для временного закупоривания трещин или ствола скважины. Например, способы изобретения могут быть использованы для временной остановки скважины после гидравлического разрыва пласта с тем, чтобы напряжение в трещинах могло спасть. С этой целью продолжительность действия закупоривания обычно является небольшой, например около 0,5 ч. Можно выбирать надлежащий разрушаемый материал так, чтобы получать желаемую продолжительность. Разрушаемые пробки согласно осуществлениям изобретения также могут быть использованы в качестве заглушающих пуль для временного закупоривания перфораций или трещин.

Согласно осуществлениям изобретения добавление разрушаемых материалов может быть осуществлено с помощью существующего оборудования. Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что различные способы, применяемые в данной области техники, могут быть приспособлены для использования совместно со способами изобретения. Например, разрушаемые материалы могут быть смешаны с проппантами в смесительных установках. Добавлением химикатов (разрушаемых материалов или других добавок) можно управлять с помощью модифицированного загрузочного устройства или оборудования для промывочной жидкости. В качестве альтернативы также можно размещать разрушаемые материалы в стволе скважины с помощью колонны гибких труб. Аналогичным образом колонну гибких труб также можно использовать для нагнетания (добавления) замедлителей или ускорителей. Кроме того, можно размещать разрушаемые материалы через колонну гибких труб или насоснокомпрессорную колонну при одновременном разрыве кольцевого пространства между колонной гибких труб и обсадной колонной. Для осуществления закупоривания разрушаемые материалы должны быть смешаны с проппантом или должны просто следовать в обсадную колонну после проппанта.

Кроме того, способы изобретения можно сочетать со способами применения волокон для содействия транспортировке проппанта, например, при разрывах водой с реагентом для снижения поверхностного натяжения, описанных, например, в заявке № 11/156966 на патент США под названием ЭедгабаЫе ПЬсг 5у51сш5 Гог 811ти1а11оп, поданной 20 июня 2005 г., переуступленной правопреемнику настоящей заявки. Кроме того, способы настоящего изобретения могут быть применены для обработок, при которых волокна также используют в свободных от проппанта жидкостях, например в жидкостях для гидравлического разрыва пласта, не содержащих проппанта, или для предотвращения утечки жидкости в природные трещины, как описано, например, в заявке № 11/206898 на патент США под названием МеШобк Гог соШгоШпд Пшб 1о8§, поданной 18 августа 2005 г., переуступленной правопреемнику настоящей заявки. Предпочтительно использовать одно и то же волокно на всех этапах этих комбинированных обработок. Для примера, одно и то же разрушаемое волокно используют в растворе, не содержащем проппанта, на этапе гидравлического разрыва пласта и/или в жидкости для гидравлического разрыва пласта на основном этапе для содействия транспортировке проппанта, и в заключительной части стадии для отклонения при содействии разрушаемого материала.

Следует отметить, что для содействия экранированию скорость закачивания может быть снижена в заключительной части этапа гидравлического разрыва, например, волокон и проппанта при гидравлическом разрыве или волокон при кислотном разрыве. Следует также отметить, что первая трещина будет находиться в наиболее слабой части пласта, которая может быть в конце устья скважины, дальнем конце или где-либо между, и слои могут быть разорваны в любой последовательности. Если одна или несколько пробок находятся в стволе скважины, а не в трещинах, то в продолжение разрыва потребуется удалить одну или несколько пробок.

Хотя изобретение было описано применительно к ограниченному числу осуществлений, специалистам в данной области техники, имеющим выгоду от этого раскрытия, должно быть понятно, что могут быть разработаны другие осуществления, которые не выходят за объем изобретения, раскрытый в настоящей заявке. В соответствии с этим объем изобретения должен ограничиваться только прилагаемой формулой изобретения.

Claims (12)

1. Способ защиты пласта во время скважинной операции, в котором нагнетают суспензию, содержащую разрушаемое волокно, для образования временной пробки по меньшей мере в одном из перфорации, трещины и ствола скважины в скважине, проходящей через, и выполняют скважинную операцию, при этом волокно способно, по меньшей мере, частично разрушаться без обработки другими компонентами суспензии при скважинных условиях для устранения пробки.

2. Способ по п.1, в котором разрушаемое волокно содержит по меньшей мере одно из полимера сложного эфира, выбранного предпочтительно из полимера лактида, гликолида, молочной кислоты, полигликолиевой кислоты и смесей их, полимера амида, предпочтительно полиакриламида, поливинилэфира, предпочтительно частично гидролизованного поливинилацетата, или известняковых волокон, или стеклянных волокон.

3. Способ по п.1 или 2, в котором разрушаемое волокно присутствует в концентрации не ниже чем 4,8 г/л.

4. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором разрушаемое волокно представляет собой волокно из полимера молочной кислоты.

5. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором суспензия дополнительно содержит материал в виде частиц, предпочтительно разрушаемый материал в виде частиц или проппант.

6. Способ по п.5, в котором проппант содержит частицы, имеющие распределение размеров.

7. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором суспензия дополнительно содержит добавку для замедления или ускорения разрушения разрушаемого волокна.

8. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором скважинная операция представляет собой ремонт скважины, установку скважинного оборудования или возбуждение скважины, предпочтительно выбранную из гидравлического разрыва пласта, кислотного разрыва и гидравлического разрыва пласта водой.

9. Способ по п.8, в котором гидравлический разрыв пласта или кислотный разрыв включает нагнетание жидкости для разрыва без проппанта, содержащей разрушаемое волокно.

10. Способ по п.8, в котором гидравлический разрыв пласта или кислотный разрыв применяют к нескольким слоям многослойного пласта.

11. Способ по п.10, в котором этап нагнетания суспензии выполняют в конце разрыва слоя.

12. Способ по любому из предшествующих пунктов, который используют для изоляции области, выбранной из трещины, продуктивной зоны и части ствола скважины, при этом часть ствола скважины находится под давлением выше пластового давления.