JP2020535334A - ジオポリマ前駆体流体を用いるパルス状水圧破砕 - Google Patents

Abstract

貯留層を破砕することは、貯留層内に割れ目を生成するために、ウエル内において坑井を介してパッド流体を貯留層へ提供し、坑井を介して破砕流体を割れ目へ提供し、坑井を介してジオポリマ前駆体流体を割れ目へ提供し、坑井圧力のところで坑井を閉じ、これによってジオポリマ前駆体流体が硬化すると共に割れ目内にジオポリマプロパントピラーを形成することを可能にすることを含む。ジオポリマ前駆体流体を割れ目に提供することは、ジオポリマ前駆体流体の量を破砕流体の連続する流れにパルス状にする、又は、ジオポリマ前駆体流体の量と破砕流体の量とを交互にパルス状にすることを含む。ジオポリマ前駆体流体の量のパルス間の経過時間は、２秒から２０分の間である。

Description

この出願は、２０１７年９月２１日に出願された米国特許出願１５／７１１８８９号への優先権を主張し、その全内容は、ここに取り込まれる。

本願は、貯留層内に、分離されたジオポリマプロパントピラーを産生するために、ジオポリマ前駆体流体を用いて貯留層のパルス状水圧破砕を行うことに関する。

破砕刺激処理の成功は、生成された割れ目（亀裂）が処理後に閉じることを妨げるために使用されたプロパントの強度及び分布に、少なくとも部分的に依存する。割れ目形状全体にわたって高いプロパント配置効率を持つ単純で広い形相（フィーチャ）に対してさえ、現行の数学的及び工学的概念は、依然として、亀裂の流下能力（ｆｌｏｗ ｃａｐａｃｉｔｙ）を桁違いに過大に見積もる。プロパントパックの透過率は、ゲルの不十分な回収に因る残った損傷、細粒の移動、多相流、流体運動量の喪失、けん引力、毛管力、並びにプロパントの潰れ及び埋没といった要因の組み合わせによって低下されることがある。場合によっては、従来のプロパントパックは、ゲルの損傷、細粒分の移動、多相流、非ダルシ流に起因して、当初の水理伝動性の最大９９％を失うことになる。

第１の一般的な形態においては、貯留層を破砕することは：ウエル内において坑井を介してパッド流体を前記貯留層の割れ目へ提供し；前記坑井を介して、破砕流体を割れ目へ提供し；ジオポリマ前駆体流体を坑井を介して割れ目へ提供し；坑井を坑井の圧力のところで閉ざし、これによってジオポリマ前駆体流体が硬化すると共に割れ目内にジオポリマのプロパントピラーが形成することを可能にする；ことを備える。坑井を介してジオポリマ前駆体流体を割れ目へ提供することは、破砕流体の連続する流れにジオポリマ前駆体流体の量をパルス状にする、又は、ジオポリマ前駆体流体の量と破砕流体の量とを交互にパルス状にすることを含む。ジオポリマ前駆体流体のパルス状の量の間の経過時間は、２秒から２０分である。

第１の一般的な形態の実施は、以下の特徴の１又は複数を含むことができる。

パッド流体は、スリックウォータ、線状のゲル、架橋ゲル、又は粘弾性界面活性剤流体を含むことができる。破砕流体は、スリックウォータ、線状ゲル、架橋ゲル、又は粘弾性界面活性剤流体を含むことができる。場合によっては、破砕流体は、ガロン当たり最大１２ポンドの追加された投入プロパントを含む。

ジオポリマ前駆体流体は、典型的には、アルミノケイ酸塩、アルカリ試薬、及び透過性増強剤を含む。アルミノケイ酸塩は、焼成粘土、カオリナイト粘土、ラテライト粘土、火山岩、鉱山尾鉱、高炉スラグ、及び石炭フライアッシュのうち少なくとも１種を含むことができる。アルカリ試薬は、ケイ酸ナトリウム及びケイ酸カリウムの少なくとも一方を含むことができる。透過性増強剤は、ビーズ、繊維、又は布の形態のポリ乳酸といったポリ乳酸を含むことができる。透過性増強剤は、樹脂、塩、安息香酸、及びワックスビーズのうち少なくとも１種を含むことができる。塩は、酸性塩を含むことができる。ジオポリマ前駆体は、促進剤又は遅延剤を含むこともできる。場合によっては、ジオポリマ前駆体流体は、第１のジオポリマ前駆体流体であり、破砕流体は第２のジオポリマ前駆体流体であり、第１のジオポリマ前駆体流体と第２のジオポリマ前駆体流体は、組成において異なる。

いくつかの実施では、ジオポリマ前駆体の量をパルス状にする間隔の経過時間は、１０秒と１分との間にある。いくつかの実施では、ジオポリマ前駆体流体の量をパルス状にすることは、破砕流体の連続する流れに、ジオポリマ前駆体流体の離散的な量（ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｑｕａｎｔｉｔｉｅｓ、不連続の量）をパルス状にする、又は、ジオポリマ前駆体流体の離散的な量及び破砕流体の離散的な量を交互にパルス注入することを含む。ジオポリマ前駆体流体の離散的な量は、典型的には、互いから隔置された量である。ジオポリマ前駆体流体の量をパルス状にすることは、ジオポリマ前駆体流体を毎分１バレルから毎分１２０バレルの流量で注入する、又は、ジオポリマ前駆体流体を毎分５バレルから毎分５０バレルの流量で注入することを含むことができる。

第１の一般的な態様の実施は、破砕流体及びジオポリマ前駆体流体を割れ目へ提供することの後に、追加の流体の連続流を割れ目へ提供することを含むことができる。場合によっては、ジオポリマ前駆体流体は、第１のジオポリマ前駆体流体であり、追加流体は、第２のジオポリマ前駆体流体である。ある場合においては、破砕流体は第１の破砕流体であり、追加の流体は第２の破砕流体である。第２の破砕流体は、ガロン当たり最大１２ポンドの追加された投入プロパントを含むことができる。

ある実施では、ジオポリマのプロパントピラー（ｐｒｏｐｐａｎｔ ｐｉｌｌａｒ）の圧縮強度は、貯留層のオーバーバーデン圧（土被り圧）を超える。ジオポリマのプロパントピラーの圧縮強度の範囲は、平方インチ当たり５００ポンドから平方インチ当たり２０，０００ポンドの範囲にあることができる。ジオポリマのプロパントピラーの透過率の範囲は、０．００００１ダルシから２０，０００ダルシの範囲にあることができる。

ジオポリマ前駆体流体によるパルス注入式水圧破砕によると、生産性が高まることになる。さらには、ジオポリマ前駆体流体が貯留層内において硬化してプロパントピラーを形成するので、プロパントの必要性が減る、又必要性が除かれる。ここで説明された方法及びシステムは、従来の処理と比較されるとき、プロパントのコスト、ポンプ馬力、及びゲルの障害を有利に低減する。ここで説明された方法及びシステムは、また、ポンピング手順中におけるプロパントがスクリーンアウト（目詰まり）する機会を減らす。

図１は、坑井のための水圧破砕処理の例示を示す。 図２は、ジオポリマ前駆体流体を用いるパルス状水圧破砕の方法のためのプローチャートである。 図３Ａは、破砕流体流の連続する流れにおいてジオポリマ前駆体流体のパルス化された量の間に経過する時間を示す。 図３Ｂは、破砕流体流のパルス化された量とジオポリマ前駆体流体のパルス化された量との間に経過する時間を示す。 図３Ｃは、破砕流体流のパルス化された量とジオポリマ前駆体流体のパルス化された量との間に経過する時間を示す。 図３Ｄは、破砕流体流のパルス化された量とジオポリマ前駆体流体のパルス化された量との間に経過する時間を示す。 図４は、ある破砕体におけるジオポリマプロパントピラーの断面図を示す。

貯留層内のプロパントパックの伝導性（水理伝導性）の喪失を回避するために、独立したプロパントピラー（プロパント柱）を形成して、割れ目を支えると共に該プロパントピラーを開いた状態に保つ。独立したプロパントピラーは、高い伝導性を有する経路を炭化水素類の流れのために提供する伝導性チャネルを形成する。ここで説明されるように、安定したプロパントピラーは、坑井を通って貯留層内へ破砕圧力で、相応する破砕流体内にジオポリマ前駆体流体のパルスを提供することによって、又は、ジオポリマ前駆体流体のパルスを相応する破砕流体と交互に提供することによって生成される。ジオポリマ前駆体流体は、アルミノケイ酸塩、アルカリ試薬、及び透過性増強剤を含む。パルス注入パターンにより、ジオポリマ前駆体流体は、独立したパターン形状の割れ目を充填することを可能にし、割れ目内にプロパントピラーを生成する。ジオポリマ前駆体流体は、貯留層内において硬化して、割れ目内にジオポリマのプロパントピラーを形成する。

図１は、坑井１２のための破砕処理１０の一例を示す。坑井１２は、貯留層又は地層１４であって、例えば、従来型ではない貯留層であってよく、従来型ではない貯留層では、従来の回収操作に加えてさらなる回収操作が行われて、閉じ込められた炭化水素類を回収する。従来型ではない貯留層は、例えばタイトガスサンド、ガス及びオイルシェール、炭層メタン、重油及びタールサンド、ガスハイドレート堆積を含む。いくつかの実施では、地層１４は、炭化水素（例えば、石油、ガス、又はこれらの両方）を含有する自然に亀裂（割れ目）の入った岩石の地下層を含む。例えば、地層１４は、破砕したシェールを含む。いくつかの実施では、坑井１２は、他の適切な種類の地層１４と交差することがあり、有意な量の自然な破砕が無い貯留層を含む。

坑井（ウエル）１２は、坑井穴（ウエルボア）２０、ケーシング２２、及び坑井ヘッド２４を含むことができる。坑井穴２０は、垂直の穴（ボア）、又は変位した穴で（ボア）あってもよい。ケーシング２２は、坑井１２内にセメントで固定されるようにしてもよく、又は他の場合には、坑井１２に適切に固定されることができる。穿孔２６は、オイル、ガス、及び副産物が坑井１２へ流入することを可能にし、また地表２５へ生産されることを可能にするために、地層１４の高さのところでケーシング２２内において形成される。穿孔２６を、成形爆薬、穿孔銃他を用いて形成することができる。

破砕処理１０のために、坑井穴２０内にワークストリング３０を配設できる。ワークストリング３０は、コイル状のチューブ、区分けされたチューブ、又は他の適切なチューブであってよい。破砕ツール３２を、ワークストリング３０の端部に結合できる。パッカー（Ｐａｃｋｅｒ）３６は、地層１４の上及び下にある坑井２０のアニュラス（環状部、ａｎｎｕｌｕｓ）３８を封止できる。パッカー３６は、機械式、流体膨張式、又は他の適切な方式のパッカーであってよい。

１又は複数のポンプトラック４０を地表２５でワークストリング３０に結合できる。
ポンプトラック４０は、流体５８をワークストリング３０の下にポンプを用いて送って、破砕処理１０を実行すると共に破砕体６０を生成する。流体５８は、パッド流体、破砕流体、ジオポリマ前駆体流体、他の適切な流体、又はそれらの任意の組み合わせを含むことができる。ポンプトラック４０は、移動車両、スキッドといった機器類、又は他の適切な構造物を含むことができる。

１又は複数の観測車（インスツルメントトラック）４４を地表２５に設置することもできる。観測車４４は、破砕制御システム４６及び破砕シミュレータ４７を含むことができる。破砕制御システム４６は、破砕処理１０を監視し、また制御する。破砕制御システム４６は、ポンプトラック４０及び流体弁を制御して、破砕処理１０を停止しまた開始すると共に、破砕処理１０のパッド段階、プロパント段階、及び／又はフラッシュ段階を停止しまた開始することができる。破砕制御システム４６は、破砕処理１０を監視及び制御するために、地表及び／又は地下の機器（インスツルメント）と通信する。いくつかの実施では、地表及び地下の機器は、表面センサ４８、ダウンホールセンサ５０、及びポンプ制御装置５２を含むことができる。

貯留層又は地層１４内に破砕体６０を生成するために破砕制御システム４６によって適用されたエネルギー量は、地層内の貯留岩の特性の影響だけでなく、岩石マトリックスに結び付けられた有機物（例えば、ケロゲン７５）の影響も受けることがある。

図２は、ジオポリマ前駆体流体を用いて貯留層を破砕するためのプロセス２００における操作を示すフローチャートである。ジオポリマ前駆体流体は、典型的には、液中固体分散（ｓｏｌｉｄ ｉｎ ｌｉｑｕｉｄ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）であり、アルミノケイ酸塩と、アルカリ試薬と、透過性増強剤とを含み、ここでアルミノケイ酸塩、アルカリ試薬、及び透過性増強剤は、それぞれ、０．１体積％から９５体積％、０．１体積％から６０体積％、及び、０体積％から９５体積％の範囲で存在できる。ジオポリマ前駆体流体中の固体成分の平均粒径は、典型的には、最大０．１μｍ又は最大１ｃｍである。ジオポリマ前駆体流体は、該流体が破砕体の内部を流れることを可能にすると共に漏洩を最小限にすることとなる粘度を有する。貯留層温度においては、粘度の範囲は、０．０１ｃＰから１００００ｃＰの範囲にある。このようなものとして、ジオポリマ前駆体流体は、貯留層に割れ目（亀裂）を生成するために使用される。

ジオポリマ前駆体流体を重合させると、ジオポリマが生成される。ここで使用されるように、「ジオポリマ」は、一般には、アルミノケイ酸塩を重合させて形成される、Ｓｉ−Ｏ−Ａｌ構造を有するアモルファスポリマを指す。いくつかの実施では、ジオポリマは、完全に無機物である。他の実施では、ジオポリマは有機質部分を含む。ジオポリマ前駆体流体の成分を、約０．５：１と約２：１の間、約１：１と約２：１の間、約１：１と約１．５：１の間、又は、約０．５：１と約１：１との間のケイ素（Ｓｉ）対アルミニウム（Ａｌ）の比（Ｓｉ／Ａｌ比）を有するジオポリマを生成するために選択してもよい。

ジオポリマ前駆体流体中のアルミノケイ酸塩は、焼成粘土、カオリナイト、ラテライト、火山岩、鉱山尾鉱、高炉スラグ、及び石炭フライアッシュのうち少なくとも１種を含む。いくつかの実施では、アルミノケイ酸塩は、カオリナイトの脱ヒドロキシル化形態であるメタカオリンを含む。いくつかの実施では、アルミノケイ酸塩は、低カルシウムフライアッシュ（ＡＳＴＭクラスＦフライアッシュ）を含む。特定の実施では、重合工程に対する大量のカルシウムの干渉、及び、それに続く、固化ジオポリマの微細構造の変化に、少なくとも部分的に起因して、カルシウムフライアッシュが、高カルシウムフライアッシュ（ＡＳＴＭクラスＣフライアッシュ）に対して、好まれる。しかしながら、より多量のカルシウムを持つアルミノケイ酸塩は、少なくとも部分的にはカルシウムアルミニウム水和物及び他のカルシウム化合物の形成に起因して、より高い圧縮強度のジオポリマを産生できる。いくつかの実施では、アルミノケイ酸塩はフライアッシュを含む。フライアッシュは、その微細粒子のサイズに少なくとも部分的に起因して、アルミノケイ酸塩として有利に使用されることができる。アルミノケイ酸塩を、原材料の色、粒子サイズ、及び純度に、少なくとも一部に、基づいて、選択できる。

アルカリ試薬は、アルミノケイ酸塩と反応してジオポリマを生成する任意のアルカリ試薬を含んでもよい。例示的なアルカリ試薬は、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸セシウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、及び水酸化カルシウムの水溶液を含む。他の適切なアルカリ試薬は、水酸化物、炭酸塩、重炭酸塩、アミン、又はそれらの組み合わせといった緩衝液を含む。

透過性増強剤は、ジオポリマ前駆体流体によって形成されたプロパントピラー内に水理伝導性ボイド空間を生成する成分を含む。透過性増強剤は、貯留層内の周囲条件下において分解する成分、貯留層内に存在する水に溶解する水溶性成分、ジオポリマ前駆体流体内の気体又は泡を放出する反応物質、及び植物油を含む。透過性増強剤の例は、ポリ乳酸（例えば、ビーズ、繊維、又は布の形態）、樹脂、塩、安息香酸、及びワックスビーズを含む。適切な塩は、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化カリウム、及び同様なものを含む。

いくつかの実施では、ジオポリマ前駆体流体は、貯留層内のジオポリマの形成を加速する促進剤を含む。適切な促進剤の例は、水酸化物、炭酸塩、重炭酸塩、アミン、又はそれらの組み合わせといった流体のｐＨを上昇させる試薬を含む。

いくつかの実施では、ジオポリマ前駆体流体は、貯留層内のジオポリマの形成を遅らせる遅延剤を含む。適切な遅延剤は、酸を生成するエステルを含む。適切な遅延剤の例は、ポリ乳酸、エチルエタノエート、エチルプロパノエート、プロピルメタノエート、メチルブタネート、及びプロピルエタノエートを含む。

再び図２を参照すると、２０２では、パッド流体が、貯留層に割れ目を生成するために、坑井を介して貯留層へ提供される。適切なパッド流体は、スリックウォータ、線状ゲル、架橋ゲル、及び粘弾性界面活性剤流体を含む。「スリックウォータ」は、一般に、低濃度のプロップ剤を用いて狭く複雑な割れ目を生成するために、高速でポンプにより注入された低粘度の流体を指す。「線形ゲル」は、一般に、グアー、誘導体化グアー、ＨＥＣ、又はキサンタンといった多糖類の非架橋溶液を指し、また地上温度で最大約１００ｃＰの粘度を有する。「架橋ゲル」は、一般に、ホウ素、ジルコニウム、チタン、アルミニウムといった架橋剤で架橋されたグアー、誘導体化グアー、ＨＥＣ、キサンタンといった多糖類を指し、また地表温度で約１００ｃＰから約１０００ｃＰの粘度を持つ。「粘弾性界面活性剤流体」は、一般に、ポリマ添加剤無しの破砕操作に適する粘度を生成するポリマ無しの（ポリマーフリーの）流体を指す。いくつかの実施では、パッド流体は、ジオポリマ前駆体流体である。

２０４では、破砕流体が、坑井を介して割れ目（亀裂）へ提供される。適切な破砕流体は、スリックウォータ、線状ゲル、架橋ゲル、及び粘弾性界面活性剤流体を含む。いくつかの実施では、破砕流体は、ジオポリマ前駆体流体である。破砕流体は、ガロン当たり最大約１２ポンドの追加された投入プロパントを含む。

プロパントは、樹脂で被覆された（ｃｏａｔｅｄ）プロパントであることができ、封入された（カプセル化された、ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ）樹脂であることができ、又はこれらの組み合わせであってもよい。プロパントは、誘発された水圧亀裂（水圧割れ目）を少なくとも部分的に開いた状態に、破砕処理中又は破砕処理後に、保つ材料である。プロパントは、破砕流体又は別の流体といった流体を用いて、貯留層中へ、及び割れ目へ運ばれることができる。より高い粘度の流体は、割れ目内の望ましい位置へプロパントを、特により大きいプロパントを流体内においてより効果的に懸濁状態（ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ ｓｔａｔｅ）に保つことによって、より効果的に運ぶことができる。プロパントの例は、砂；砂利；ガラスビーズ；ポリマビーズ；貝殻、及びクルミといった種子の粉砕物；並びに、セラミックプロパント、ボーキサイト、テトラフルオロエチレン材料（例えば、デュポンから入手可能なＴＥＦＬＯＮ（登録商標）^ＴＭ）、フルーツピット材料、加工木材、及び、アルミナ、ヒュームドシリカ、カーボンブラック、グラファイト、マイカ、二酸化チタン、メタケイ酸塩、ケイ酸カルシウム、カオリン、タルク、ジルコニア、ホウ素、フライアッシュ（飛散炭）、中空ガラスマイクロスフェア、及び中実ガラス、又はそれらの混合物といった細粒度の粒子状物質と結合剤とから調整された複合粒子状物質を含む。いくつかの実施では、プロパントは、約０．００１ｍｍから約３ｍｍ、約０．１５ｍｍから約２．５ｍｍ、約０．２５ｍｍから約０．４３ｍｍ、約０．４３ｍｍから約０．８５ｍｍ、約０．８５ｍｍから約１．１８ｍｍ、約１．１８ｍｍから約１．７０ｍｍ、又は約１．７０から約２．３６ｍｍを有することができ、ここで、平均粒子サイズにおいて、粒子サイズが粒子の最大寸法である。いくつかの実施では、プロパントは、粒子サイズに分布を有することができ、該分布は、１つ、２つ、３つ、又は４つの異なる平均粒子サイズといった複数の平均値付近に一団として集まる。組成物又は混合物は、任意の適切な量のプロパントを含むことができ、該量は、例えば約０．０００１重量％から約９９．９重量％、約０．１重量％から約８０重量％、又は約１０重量％から約６０重量％、０．０００００００１重量若しくはより小さい、又は約０．０００００１重量％、０．０００１、０．００１、０．０１、０．１、１、２、３、４、５、１０、１５、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、８５、９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９、９９．９重量％、又は約９９．９９重量％若しくはより多く、といったものである。

２０６では、ジオポリマ前駆体流体が、坑井を介して割れ目へ提供される。いくつかの実施では、ジオポリマ前駆体流体を亀裂へ提供することには、破砕流体の連続する流れにジオポリマ前駆体流体の量をパルス状に提供することを含む。ジオポリマ前駆体流体の量は、互いに離れて間をとった不連続の（離散的な）量であってもよい。破砕流体の連続する流れにジオポリマ前駆体流体の量をパルス状に与えることは、破砕ポンプによって達成できる。いくつかの実施では、ジオポリマ前駆体流体を割れ目へ提供することは、ジオポリマ前駆体流体の量及び破砕流体の量を交互にパルス状にすることを含む。ジオポリマ前駆体流体の量は、破砕流体の量によって互いに離されて間をとった不連続の量であってもよく、逆もまた同様である。

ジオポリマ前駆体流体の量をパルス状にすることは、毎分１バレルから毎分１２０バレル、又は毎分５バレルから毎分５０バレルの流量においてジオポリマ前駆体流体を、２秒間から１０分間、又は１０秒間から１分間のポンピング時間で、注入することを含むことができる。破砕流体の量をパルス状にすることは、毎分１バレルから毎分１２０バレル、又は毎分５バレルから毎分５０バレルの流量において破砕流体を、２秒間から１０分間又は１０秒間から１分間のポンピング時間で注入することを含むことができる。

いくつかの実施では、２０４における破砕流体は、２０６におけるジオポリマ前駆体流体と組成の点で異なるジオポリマ前駆体流体である。特定の実施では、２０４における破砕流体は、２０６におけるジオポリマ前駆体流体とは異なる化学成分を含む。特定の実施では、２０４における破砕流体は、２０６におけるジオポリマ前駆体流体と同じ成分を、異なる濃度で含む。

２０８では、追加の流体が、任意選択的に、坑井を介して割れ目（亀裂）へ提供される。追加の流体は、典型的には、（パルス状でなく）連続して提供される。追加の流体は、典型的には、破砕流体である。破砕流体は、プロパントを含むことができる。一例では、プロパント投入は、ガロン当たり最大約１２ポンドである。いくつかの実施では、追加の流体は、ジオポリマ前駆体流体である。ジオポリマ前駆体流体は、２０６におけるジオポリマ前駆体流体と組成の点において異なってもよい。特定の実施では、２０８における追加の流体は、２０６におけるジオポリマ前駆体流体と異なる化学成分を含む。特定の実施では、２０８における追加の流体は、２０６におけるジオポリマ前駆体流体と同じ成分を異なる濃度で含む。

２１０では、坑井は、坑井圧力で閉ざされ、それによって、ジオポリマ前駆体流体が、硬化することを可能にし、またジオポリマ前駆体流体が、亀裂（割れ目）内にジオポリマのプロパントピラーを形成することを可能にする。

図３Ａは、時間（ｔｉｍｅ）の関数として、破砕流体の連続する流れにおける前駆体流体のパルス状の量の間の経過時間を示す。波形３００は、前駆体流体のパルス状の流れを表し、波形３１０は、破砕流体の連続する流れを表す。波形３００の前駆体流体注入セグメント３０２は、前駆体流体を注入するポンプの作動（「ポンプオン」）に対応する。前駆体流体注入セグメント３０２の持続時間ｔ_ｇ１は、典型的には、２秒から１０分、又は１０秒から１分の範囲であり、１又は複数の前駆体流体注入セグメントについては同じとすることも、異なるようにすることもできる。前駆体流体注入セグメント３０２は、前駆体流体非注入セグメント３０４によって時間的に隔てられている。前駆体流体非注入セグメント３０４は、前駆体流体を注入するポンプの停止（「ポンプオフ」）に対応する。前駆体流体非注入セグメント３０４の持続時間ｔ_ｇ０は、典型的には、２秒から２０分の範囲である。

図３Ｂは、ジオポリマ前駆体流体と破砕流体とをパルス注入した各量間の経過時間を示す。波形３００は、パルス注入されたジオポリマ前駆体流体の流れを表し、波形３１０は、破砕流体の連続する流れを表す。波形３００のジオポリマ注入セグメント３０２は、ジオポリマ前駆体流体を注入するポンプの作動（「ポンプオン」）に対応する。ジオポリマ注入セグメント３０２の持続時間ｔ_ｇｉは、典型的には、２秒から１０分、又は１０秒から１分の範囲であり、該持続時間は、１又は複数のジオポリマ注入セグメントについて、同じであることができ、又は異なることもできる。ジオポリマ注入セグメント３０２は、ジオポリマ非注入セグメント３０４によって時間において隔てられている。ジオポリマ非注入セグメント３０４は、ジオポリマ前駆体流体を注入するポンプの停止（「ポンプオフ」）に対応する。ジオポリマ非注入セグメント３０４の持続時間ｔ_ｇ０は、典型的には、２秒から２０分の範囲である。波形３１０の破砕流体注入セグメント３１２は、破砕流体を注入するポンプの作動（「ポンプオン」）に対応する。破砕流体注入セグメント３１２の持続時間ｔ_ｆ１は、典型的には、２秒から１０分、又は、１０秒から１分の範囲であり、１又は複数の破砕流体注入セグメントについては、同じであることができ、又は異なることもできる。破砕流体注入セグメント３１２は、破砕流体非注入セグメント３１４によって時間的に隔てられている。破砕流体非注入セグメント３１４は、破砕流体を注入するポンプの停止（「ポンプオフ」）に対応する。破砕流体非注入セグメント３１４の持続時間ｔ_ｆ０は、典型的には、２秒から１５分の範囲である。図３Ｂに示すように、ジオポリマ注入セグメント３０２は、破砕流体非注入セグメント３１４に対応し、ジオポリマ非注入セグメント３０４は、破砕流体注入セグメント３１２に対応する。

いくつかの実施では、持続時間ｔ_ｆｇが、時間において、ジオポリマ注入セグメント３０２と破砕流体注入セグメント３１２とを隔ててもよい。図３Ｃは、ジオポリマ前駆体流体及び破砕流体の注入量の間の経過時間を示す。波形３００は、ジオポリマ前駆体流体のパルス状の流れを表し、波形３１０は、破砕流体のパルス状の流れを表す。ジオポリマ注入セグメント３０２と破砕流体注入セグメント３１２との間の経過時間ｔ_ｆｇは、同じであっても異なっていてもよく、また典型的には、２秒から１５分の範囲である。

いくつかの実施では、ジオポリマ注入セグメント３０２と破砕流体注入セグメント３１２とが、持続時間ｔ_ｆｇだけ時間的に重複することができる。図３Ｄは、ジオポリマ前駆体流体及び破砕流体のパルス注入された量の間の経過時間を示す。波形３００は、ジオポリマ前駆体流体のパルス状の流れを表し、波形３１０は、ジオポリマ前駆体流体のパルス状の流れを表す。ジオポリマ注入セグメント３０２と破砕流体注入セグメント３１２との間の重複の持続時間ｔ_ｆｇは、同じであることができ、又は異なっていてもよく、典型的には、２秒から２０分の範囲である。

特定の実施では、ジオポリマ注入セグメントと破砕流体注入セグメントとが、時間において隔てられていてもよく、時間において重なり合うことができ、又は、それらを任意に組み合わせてもよい。

図４は、ジオポリマのプロパントピラー４０２及び該ピラー間の水理伝導性チャネル４０４を有する割れ目（亀裂）４００を示す。いくつかの実施では、ジオポリマ前駆体流体を重合してジオポリマを生成するのに必要な時間の長さを短くするために、促進剤が、ジオポリマ前駆体流体に含まれる。いくつかの実施では、ジオポリマ前駆体流体を重合してジオポリマを生成するのに必要な時間の長さを増加させるために、遅延剤が、ジオポリマ前駆体流体に含まれる。適切な硬化時間及び閉じ時間の範囲は、１時間未満（例えば、３０分）から複数日（例えば、２０日）である。

ジオポリマのプロパントピラーの圧縮強度は、貯留層のオーバーバーデン圧を超えることがある。いくつかの実施では、ジオポリマのプロパントピラーの圧縮強度は、約５００ｐｓｉから約２０，０００ｐｓｉの範囲にある。いくつかの実施では、ジオポリマピラーの透過率は、約０．０１ｍＤ（ミリダルシ）から約２０，０００Ｄ（ダルシ）の範囲にある。

本発明をその詳細な説明とともに述べたが、先の説明は、付帯する特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲の例示であって、限定を意図するものではないことを理解すべきである。他の態様、利点、及び改変は、以下の特許請求の範囲に含まれる。

１０ 破砕処理
１２ 坑井
１４ 地層
２０ 坑井穴（ウエルボア）
２２ ケーシング
２４ 坑井ヘッド
２５ 地表
２６ 穿孔
３０ ワークストリング
３２ 破砕ツール
３６ パッカー（Ｐａｃｋｅｒ）
３８ アニュラス（環状部、ａｎｎｕｌｕｓ）
４０ ポンプトラック
４４ 観測車
４６ 破砕制御システム
４７ 破砕シミュレータ
４８ 表面センサ
５０ ダウンホールセンサ
５２ ポンプ制御装置
５８ 流体
６０ 破砕体
７５ ケロゲン
２００ プロセス
３００ 波形
３０２ 前駆体流体注入セグメント
３０４ 前駆体流体非注入セグメント
３１０ 波形
３１２ 破砕流体注入セグメント
３１４ 破砕流体非注入セグメント
ｔ_ｇｉ 持続時間
ｔ_ｇ０ 持続時間
ｔ_ｆｇ 持続時間

Claims (26)

1. 貯留層を破砕する方法であって：
   ウエル内の坑井を介してパッド流体を前記貯留層の割れ目へ提供するステップと；
   前記坑井を介して、破砕流体を前記割れ目へ提供するステップと；
   ジオポリマ前駆体流体を前記坑井を介して前記割れ目へ提供するステップであって、ジオポリマ前駆体流体を前記坑井を介して前記割れ目へ提供するステップは、前記破砕流体の連続する流れに前記ジオポリマ前駆体流体の量をパルス状にする、又は、交互に前記ジオポリマ前駆体流体の量と前記破砕流体の量とをパルス状にすることを含み、前記ジオポリマ前駆体流体の前記量をパルス状にする間の経過時間は、２秒から２０分である、ステップと；
   前記坑井を坑井圧力のところで閉ざすステップであって、これによって前記ジオポリマ前駆体流体が硬化すると共に前記割れ目内にジオポリマプロパントピラーが形成することを可能にする、ステップと；を備える、
   貯留層を破砕する方法。
2. 前記パッド流体は、スリックウォータ、線状ゲル、架橋ゲル、又は粘弾性界面活性剤流体を備える、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記破砕流体は、スリックウォータ、線状ゲル、架橋ゲル、又は粘弾性界面活性剤流体を備える、
   請求項１に記載の方法。
4. 前記破砕流体は、ガロン当たり最大１２ポンドの追加された投入プロパントを備える、
   請求項１に記載の方法。
5. 前記ジオポリマ前駆体流体は、アルミノケイ酸塩、アルカリ試薬、及び透過性増強剤を備える、
   請求項１に記載の方法。
6. 前記アルミノケイ酸塩は、焼成粘土、カオリナイト粘土、ラテライト粘土、火山岩、鉱山尾鉱、高炉スラグ、及び石炭フライアッシュのうち少なくとも１種を備える、
   請求項５に記載の方法。
7. 前記アルカリ試薬は、ケイ酸ナトリウム、及びケイ酸カリウムのうち少なくとも１種を備える、
   請求項５に記載の方法。
8. 前記透過性増強剤は、ポリ乳酸を備える、
   請求項５に記載の方法。
9. 前記ポリ乳酸は、ビーズ、繊維、又は布の形態である、
   請求項８に記載の方法。
10. 前記透過性増強剤は、樹脂、塩、安息香酸、及びワックスビーズのうち少なくとも１種を備える、
    請求項５に記載の方法。
11. 前記塩は、酸性塩を備える、
    請求項１０に記載の方法。
12. 前記ジオポリマ前駆体は、促進剤を更に備える、
    請求項５に記載の方法。
13. 前記ジオポリマ前駆体は、遅延剤を更に備える、
    請求項５に記載の方法。
14. 前記ジオポリマ前駆体の前記量をパルス状にする間の前記経過時間は、１０秒から１分である、
    請求項１に記載の方法。
15. 前記ジオポリマ前駆体流体の前記量をパルス状にするステップは、前記ジオポリマ前駆体流体の不連続の量を前記破砕流体の前記連続する流れにパルス状にするステップ、又は、交互に前記ジオポリマ前駆体流体の不連続の量と前記破砕流体の不連続の量とをパルス状にするステップを備える、
    請求項１に記載の方法。
16. 前記ジオポリマ前駆体流体は、第１ジオポリマ前駆体流体であり、前記破砕流体は、第２ジオポリマ前駆体流体を備え、前記第１ジオポリマ前駆体流体と前記第２ジオポリマ前駆体流体は、組成において異なる、
    請求項１に記載の方法。
17. 前記ジオポリマ前駆体流体の前記不連続の量は、互いに離して間を空けている、
    請求項１６に記載の方法。
18. 前記ジオポリマ前駆体流体の前記量をパルス状にするステップは、前記ジオポリマ前駆体流体を毎分１バレルから毎分１２０バレルの流量で注入するステップを備える、
    請求項１に記載の方法。
19. 前記ジオポリマ前駆体流体の前記量をパルス状にするステップは、前記ジオポリマ前駆体流体を毎分５バレルから毎分５０バレルの流量で注入するステップを備える、
    請求項１８に記載の方法。
20. 前記破砕流体及び前記ジオポリマ前駆体流体を前記割れ目へ提供するステップの後に、追加の流体の連続する流れを前記割れ目へ提供するステップを更に備える、
    請求項１に記載の方法。
21. 前記ジオポリマ前駆体流体は、第１ジオポリマ前駆体流体であり、前記追加の流体は、第２ジオポリマ前駆体流体である、
    請求項２０に記載の方法。
22. 前記破砕流体は、第１破砕流体であり、前記追加の流体は、第２破砕流体である、
    請求項２０に記載の方法。
23. 前記第２破砕流体は、ガロン当たり最大１２ポンドの追加された投入プロパントを備える、
    請求項２２に記載の方法。
24. 前記ジオポリマプロパントピラーの圧縮強度は、前記貯留層のオーバーバーデン圧を超える、
    請求項１に記載の方法。
25. 前記ジオポリマプロパントピラーの前記圧縮強度は、１平方インチ当たり５００ポンドから１平方インチ当たり２０，０００ポンドの範囲にある、
    請求項２４に記載の方法。
26. 前記ジオポリマプロパントピラーの透過率は、０．００００１ダルシから２０，０００ダルシの範囲にある、
    請求項２４に記載の方法。

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