PL227550B1 - Sposób obróbki formacji podziemnej oraz minimalizacji nadmiernego wypierania podsadzki z formacji podziemnej - Google Patents

Description

Węglowodory takie jak ropa naftowa, kondensat i gaz są często pozyskiwane z szybów wierconych w formacjach, które je zawierają. Częstokroć napływ węglowodorów do odwiertu może być niski ze względu na obniżoną przepuszczalność zbiorników lub uszkodzenie formacji powodowane przez wiercenie i wykonywanie szybu. Aby umożliwić żądany napływ węglowodorów, stosuje się różne metody, takie jak szczelinowanie hydrauliczne lub kwasowe.

Szczelinowanie hydrauliczne obejmuje wtłaczanie cieczy obróbkowych (płynów szczelinujących) do formacji pod wysokim ciśnieniem i z takimi prędkościami, że nie dochodzi do utworzenia zbiorników, a dochodzi natomiast do utworzenia szczeliny (lub sieci szczelin). Podsadzka może być wtłaczana w cieczach obróbkowych po otwarciu nakładek do utrzymywania szczelin w pozycji otwartej po zredukowaniu ciśnienia. Szczelinowanie hydrauliczne (i szczelinowanie kwasowe) odwiertów poziomych i formacji wielowarstwowych wymaga często stosowania technik zmieniających kierunek, aby umożliwić zmianę kierunku szczelinowania między różnymi strefami.

Metody zmiany kierunku wykorzystujące cząstki stałe mogą bazować na metodzie mostkowania cząstek materiału zmieniającego kierunek za obudową i formowania uszczelnienia przez akumulację resztek cząstek na uformowanym mostku. W tego rodzaju metodach otwarcie indukowanej szczeliny pociąga za sobą ryzyko, że cząstki stałe użyte do zmiany kierunku nie utworzą mostka nad szczeliną. Zamiast tego cząstki tego typu mogą zostać wyparte z obszarów w pobliżu odwiertu, w którym pożądana jest wysoka przewodność, i ostatecznie stracone w obrębie szczeliny (nadmierne wypieranie).

Sposób obróbki formacji podziemnej, przez którą przechodzi odwiert, w którym to sposobie generuje się szczeliny w formacji podziemnej, według wynalazku charakteryzuje się tym, że wtłacza się ciecz obróbkową do odwiertu pod ciśnieniem płynu równym lub większym niż ciśnienie inicjacji szczelinowania formacji podziemnej, którą to ciecz obróbkową wykorzystuje się do transportu wstępnie wyznaczonej ilości podsadzki do odwiertu; wprowadza się środek uszczelniający podczas wtłaczania cieczy obróbkowej bez obniżania ciśnienia płynu, przy czym środek uszczelniający wprowadza się do cieczy obróbkowej po wprowadzeniu całości wstępnie wyznaczonej ilości podsadzki do odwiertu, ale zanim całość wstępnie określonej ilości podsadzki dotrze do szczeliny, a ponadto w sposobie pompuje się objętość separatora między tylnym czołem podsadzki, a brzegiem czoła prowadzącego środka uszczelniającego, która to objętość jest niniejsza niż objętość odwiertu między płaszczyzną otwarcia odwiertu a szczeliną uszczelnianą środkiem uszczelniającym: oraz wytwarza się usuwalne uszczelnienie ze środka uszczelniającego w szczelinie, aby zapobiegać nadmiernemu wypieraniu podsadzki, która została wprowadzona do szczeliny. Korzystnie, jako środek uszczelniający stosuje się materiał wybrany z grupy obejmującej materiał usuwalny i nieusuwalny. W szczególności, jako środek uszczelniający stosuje się materiał usuwalny obejmujący materiał degradowalny, a w sposobie ponadto umożliwia się, aby materiał degradowalny ulegał co najmniej częściowej degradacji po wstępnie określonym okresie czasu, ewentualnie, jako środek uszczelniający stosuje się materiał usuwalny obejmujący materiał rozpuszczalny, a w sposobie ponadto umożliwia się aby materiał rozpuszczalny ulegał co najmniej częściowemu rozpuszczeniu po wstępnie określonym okresie czasu. Środek uszczelniający wprowadza się do cieczy obróbkowej wraz z ostatnim 1% wag. wstępnie określonej porcji podsadzki, która jest wtłaczana do odwiertu, a zwłaszcza środek uszczelniający wprowadza się do cieczy obróbkowej w okresie czasu, który zawiera się w zakresie od około 2 sekund do około 180 sekund od wtłoczenia całości wstępnie określonej ilości podsadzki do odwiertu.

Korzystnie, w sposobie ponadto wykonuje się operację w kanale podziemnym po uformowaniu degradowalnego uszczelnienia.

Korzystnie, ciecz obróbkową wtłacza się do odwiertu z prędkością przepływu od około 20 baryłek na minutę (2,38 m³/min) do około 120 baryłek na minutę (14,31 m³/min). Korzystnie, w sposobie ponadto wprowadza się uszczelnienie mostkujące w odwiercie pomiędzy otworem na powierzchni odwiertu a szczeliną.

Sposób minimalizacji nadmiernego wypierania podsadzki z formacji podziemnej, przez którą przechodzi odwiert, według wynalazku charakteryzuje się tym, że wprowadza się zawiesinę, w tym porcję podsadzki, do szczeliny uformowanej w formacji podziemnej; pompuje się objętość separatora między tylnym czołem podsadzki, a brzegiem czoła prowadzącego środka uszczelniającego; wprowadza się środek uszczelniający) do zawiesiny, jednocześnie lub po wprowadzeniu ostatniego

PL 227 550 B1 procentu porcji podsadzki, bez obniżania ciśnienia płynu używanego do wprowadzania porcji podsadzki do szczeliny; oraz uszczelnia się szczelinę przez wytworzenie uszczelnienia ze środka uszczelniającego.

Korzystnie, prędkość przepływu zawiesiny wprowadzanej do odwiertu, nie ulega fluktuacjom przekraczającym 5% w czasie wprowadzania środka uszczelniającego do zawiesiny.

Korzystnie, zawiesinę wprowadza się do odwiertu z prędkością przepływu od około 20 baryłek na minutę (2,38 m³/min) do około 120 baryłek na minutę (14,31 m³/min).

Korzystnie, jako środek uszczelniający stosuje się materiał obejmujący materiał usuwalny. W szczególności, materiał usuwalny obejmuje włókna. Ewentualnie, jako środek uszczelniający stosuje się usuwalny materiał obejmujący cząstki stałe.

Korzystnie, stosuje się materiał usuwalny tworzący uszczelnienie w szczelinie poprzez, formowanie mostków z podsadzką w szczelinie.

Korzystnie, w sposobie ponadto umożliwia się co najmniej częściową degradację materiału degradowalnego po wstępnie określonym okresie.

Korzystnie, nie wprowadza sie uszczelnienia mostkowego lub piaskowego do odwiertu przed szczelinowaniem kolejnej warstwy.

Korzystnie, stosuje się fazę ciekłą zawiesiny zawierającą jeden lub więcej składników wybranych z grupy obejmującej surfaktanty wiskoelastyczne, kosurfaktanty i modyfikatory reologii.

Niniejsze podsumowanie przedstawia wybór koncepcji ujętych poniżej w szczegółowym ujawnieniu. W zamierzeniu niniejsze podsumowanie nie identyfikuje kluczowych lub zasadniczych cech przedmiotu zastrzeganego wynalazku; jak i nie powinno być wykorzystane jako przyczynek do ograniczenia zakresu wynalazku.

Przedstawiane stwierdzenia mają jedynie stanowić źródło informacji dotyczących niniejszego ujawnienia i mogą opisywać niektóre jego przykłady wykonania stanowiące ilustrację przedmiotu niniejszego zgłoszenia.

W pierwszym aspekcie ujawniana jest metoda postępowania z podziemnymi formacjami, w których wykonano odwierty. Metoda ta polega na wykonaniu szczelinowania w formacji podziemnej. Metoda ta polega również na wtłaczaniu cieczy obróbkowej (płynu szczelinującego) do odwiertu pod ciśnieniem równym lub wyższym niż ciśnienie inicjacji szczelinowania formacji podziemnej w taki sposób, że płyn szczelinujący jest wykorzystywany do transportu wstępnie określonej ilości podsadzki do odwiertu. Metoda ta wymaga następnie uformowania uszczelnienia szczeliny ze środka uszczelniającego wprowadzanego do cieczy obróbkowej (płynu szczelinującego), zanim cała wstępnie wyznaczona ilość podsadzki dotrze do szczelin bez obniżania ciśnienia płynu.

W drugim aspekcie ujawniana jest metoda minimalizacji nieprawidłowego nadmiernego wypierania podsadzki z formacji podziemnej, przez którą przechodzi odwiert. Metoda ta polega na wprowadzaniu zawiesiny zawierającej określoną ilość podsadzki do szczelin uformowanych w formacji podziemnej i uformowaniu uszczelnienia poprzez wprowadzenie do zawiesiny środka uszczelniającego, jednocześnie lub po wprowadzeniu ostatniej dawki podsadzki, bez obniżania ciśnienia płynu wykorzystywanego do wprowadzania porcji podsadzki do szczelin.

Krótki opis rysunku

Sposób uzyskania żądanej charakterystyki niniejszego ujawnienia i innych pożądanych charakterystyk został wyjaśniony w poniższym opisie i na załączonych rysunkach, w których:

fig. 1 - w sposób schematyczny przedstawia układ pomp wykorzystywanych do przeprowadzania operacji szczelinowania hydraulicznego w odwiercie, zgodnie z jednym lub większą liczbą przykładów wykonania wynalazku opisanych poniżej;

fig. 2 - stanowi graficzną prezentację wykresu nacisków powierzchniowych, zgodnie z jednym lub większą liczbą przykładów wykonania wynalazku opisanych poniżej.

Szczegółowy opis wynalazku

Poniższy opis zawiera szereg szczegółów, których celem jest ułatwienie zrozumienia niniejszego ujawnienia. Dla osób znających temat jest jednak jasne, że metody te można stosować bez wgłębiania się w prezentowane szczegóły i że możliwy jest szereg wariantów oraz modyfikacji opisywanych przykładów wykonania wynalazku.

Na początku należy pamiętać, że w procesie opracowania rzeczywistych przykładów wykonania wynalazku można podjąć szereg zależnych od danego wdrożenia decyzji, mających na celu uzyskanie konkretnych celów, takich jak zgodność z ograniczeniami nakładanymi przez system lub

PL 227 550 B1 względy biznesowe, które są różne dla poszczególnych wdrożeń. Należy ponadto zdać sobie sprawę, że tego typu wysiłki związane z opracowaniem mogą być złożone i czasochłonne, niemniej stanowiące rutynowe przedsięwzięcie dla osób o przeciętnej wiedzy fachowej na ten temat, które dysponowałyby treścią niniejszego ujawnienia. Co więcej, zastosowany/ujawniony tutaj skład może również obejmować niektóre inne składniki, tutaj niewymienione. Wartości liczbowe zawarte w podsumowaniu i niniejszym opisie szczegółowym należy traktować najpierw jako zmodyfikowane poprzez użycie terminu „około” (chyba że zostały już wyraźnie zmodyfikowane w ten sposób), a następnie jako niezmodyfikowane, chyba że kontekst wskazuje inaczej. Należy przyjąć, że zawarte w podsumowaniu i opisie szczegółowym zakresy opisane jako użyteczne, odpowiednie lub podobne mogą obejmować wszelkie wyobrażalne podzakresy elementów w ramach zakresu co najmniej dlatego, że każdy punkt w tym zakresie, w tym również punkty końcowe, należy uznać za ustalony. Na przykład „zakres od 1 do 10” należy odczytać jako oznaczający każdą z możliwych liczb w obrębie ciągłości od około 1 do około 10. Ponadto jeden lub więcej punktów danych w przedstawianych przykładach można ze sobą połączyć lub też można je połączyć z innymi punktami danych w wyszczególnieniu, aby stworzyć zakres i w ten sposób ująć możliwą wartość lub liczbę w tym zakresie. W ten sposób, nawet jeśli określone punkty danych są w danym zakresie wyraźnie identyfikowane lub nie, czy też dotyczą kilku określonych, należy rozumieć, że wynalazcy zdają sobie sprawę i rozumieją, że wszelkie wyobrażalne punkty danych w danym zakresie należy uznać za uwzględnione, i że wynalazcy posiadali wiedzę na temat całego zakresu oraz każdego z wyobrażalnych punktów danych i podzakresów w obrębie tego zakresu.

Poniższe definicje są przytoczone, aby umożliwić znawcom w dziedzinie wynalazku zrozumienie szczegółowego opisu.

W przypadku stosowania szczelinowania hydraulicznego w zbiornikach węglowodorów dla zwiększenia wydajność produkcji (pozyskiwania) węglowodorów ze zbiornika, podstawowym celem postępowania z odwiertem jest zwiększenie powierzchni produkcji formacji. Pomiędzy tą zwiększoną powierzchnią a odwiertem produkcyjnym należy zlokalizować ścieżkę o wyższej przewodności niż ta występująca w formacji. W celu zwiększenia powierzchni stosowane są wysokie ciśnienia, które szczelinują skałę. Metody niniejszego ujawnienia określają sposób tworzenia ścieżki o wysokiej przewodności poprzez minimalizację nadmiernego wypierania podsadzki przez generowanie szczelin w formacji podziemnej, wprowadzając wstępnie określoną ilość podsadzki do płynu szczelinującego, zanim całość wstępnie określonej podsadzki dotrze do szczeliny.

Sposób według niniejszego ujawnienia można wykorzystywać do postępowania co najmniej w części formacji podziemnych. Termin „obróbka”, „postępowanie” lub „zabieg” nie oznacza jakiegoś konkretnego działania płynu. Na przykład płyn roboczy umieszczany lub wprowadzany do formacji podziemnej może być płynem do szczelinowania hydraulicznego, płynem do kwasowania (szczelinowanie kwasowe, kwasowy środek zmieniający kierunek), płynem stymulującym, płynem sterującym przepływem piasku, płynem kończącym, płynem konsolidującym odwiert, płynem obróbki remediacyjnej, płynem cementującym, płuczką wiertniczą, płynem Frac-Pack lub płynem ze żwirem uszczelniającym.

Stosowany w niniejszym dokumencie termin „ciecz obróbkowa” odnosi się do każdego znanego dostarczanego pompami i/lub przepływającego płynu, stosowanego do operacji podziemnych w związku z żądaną funkcją i/lub żądanym celem. Stosowany w dokumencie termin „pigułka” lub „płyn uszczelniający” jest rodzajem, o stosunkowo niewielkiej objętości, specjalnie przygotowanego płynu obróbkowego wprowadzanego lub krążącego w odwiercie.

Termin „formacja podziemna” odnosi się do każdej formacji fizycznej, co najmniej częściowo zlokalizowanej pod powierzchnią ziemi.

Termin „szczelinowanie” odnosi się do procesu i metod kruszenia formacji geologicznej i tworzenia szczelin, na przykład w formacjach skalnych wokół odwiertu, przez wtłaczanie płynu obróbkowego (szczelinującego) pod bardzo wysokim ciśnieniem (ciśnienie wyższe niż wyznaczone ciśnienie zamykania formacji) w celu zwiększenia wydajności produkcji lub wydajności wtłaczania do zbiorników węglowodorów. Metody szczelinowania prezentowanego ujawnienia mogą polegać na formowaniu uszczelnienia w szczelinie przez wprowadzanie środka uszczelniającego do płynu szczelinującego, zanim całość wstępnie określonej objętości podsadzki dotrze do szczeliny bez obniżania ciśnienia płynu, ale stosując konwencjonalne elementy składowe i techniki znane przez specjalistów w tej dziedzinie.

PL 227 550 B1

Termin „ziarnisty” lub „cząstka” odnosi się do trójwymiarowych ciał stałych o maksymalnych wymiarach poniżej 20 mm, zazwyczaj mniejszych niż około 15 mm. W dalszej części, termin „ziarnisty” lub „cząstka” w znaczeniu stosowanym w dokumencie oznacza uszczelniacze kulkowe. W tym przypadku „wymiar” obiektu oznacza odległość pomiędzy dwiema dowolnie wybranymi płaszczyznami równoległymi, w których każda z płaszczyzn styka się z powierzchnią obiektu co najmniej w jednym punkcie. Wymiar maksymalny oznacza największą odległość występującą między dowolnymi dwiema płaszczyznami równoległymi, a wymiar minimalny to najmniejsza odległość występująca między dowolnymi dwiema płaszczyznami równoległymi. W niektórych przykładach wykonania wynalazku stosowane cząstki stałe mają współczynnik zawierający się między wymiarami maksymalnym a minimalnym (stosunek wymiar maksymalny/minimalny), wynoszący 5 lub mniej, taki jak 3 lub mniej, lub w zakresie od około 0,01 do około 5, czyli w zakresie od około 0,2 do około 4. Cząstki nadające się do stosowania w tych metodach prezentowanego ujawnienia obejmują dowolne znane cząstki nadające się do operacji szczelinowania, takie jak opisane na przykład w publikacji zgłoszenia patentowego US nr 2012/0285692, którego ujawnienie załączamy tu do celów informacyjnych w całości.

„Odwiert” może być dowolnym rodzajem kanału, w tym odwiertem produkcyjnym, odwiertem nieprodukcyjnym, odwiertem do wtłaczania, odwiertem do odprowadzania płynu, odwiertem eksperymentalnym, głębokim odwiertem eksploracyjnym i tym podobnym. Odwierty mogą być pionowe, poziome, pod kątem do pionu lub poziomu, i stanowiące kombinację powyższych, na przykład odwiert pionowy z elementem niepionowym.

Termin „czas rzeczywisty” oznacza faktyczny czas, w którym odbywa się proces lub zdarzenie. Monitorowanie w czasie rzeczywistym oznacza monitorowanie danych, na przykład danych dotyczących rozmiaru lub orientacji szczeliny, które mogą umożliwiać wykonanie danej operacji, na przykład aplikację środka uszczelniającego w oparciu o monitorowanie. Omówienie techniki, czujników i metodologii monitorowania danych odpowiednich dla formacji podziemnych dostępne jest na przykład w opisach patentowych US nr 7,302,849 i 4,802,144, których ujawnienia załączamy tu do celów informacyjnych w całości.

Sposobu według przedmiotowego ujawnienia można zastosować w dowolnym żądanym zastosowaniu w odwiertach podziemnych (takich jak na przykład szczelinowanie hydrauliczne i/lub stymulacja) w dowolnym momencie cyklu eksploatacyjnego zbiornika, pola lub pola naftowego. Termin „pole” oznacza zastosowania ziemne (powierzchniowe lub podpowierzchniowe) i podziemno-podwodne. Termin „pole naftowe” w znaczeniu stosowanym w dokumencie oznacza złoża ropy naftowej lub gazu węglowodorowego i formacje lub części formacji, w których oczekujemy występowania ropy naftowej lub gazu węglowodorowego, które jednak mogą dodatkowo zawierać inne materiały, takie jak woda, solanka lub inne składniki. Termin „płatek” oznacza specjalny rodzaj cząstki stałej określony powyżej. Płatek jest trójwymiarowym ciałem stałym o grubości większej niż jego inne wymiary, na przykład jego długość lub szerokość.

Cząstki i płatki stosowane do celów niniejszego ujawnienia mogą mieć strukturę jednorodną lub niejednorodną, na przykład porowatą lub z materiałów złożonych.

Termin „rozmiar cząstki”, „rozmiar ziarna” lub „rozmiar płatka” oznacza średnicę najmniejszej dowolnej opisanej kuli, która obejmuje taką cząstkę lub płatek.

Termin „nadmierne wypieranie” oznacza ruch usuwający podsadzkę z regionu szczeliny w pobliżu odwiertu, gdzie pożądana jest wysoka przewodność, do regionów głębiej położonych w szczelinie, w których nie zapewnia odpowiedniej wzajemnej separacji ścian szczelin. Dlatego też nadmierne wypieranie prowadzi do częściowej utraty przewodności w pobliżu odwiertu poprzez indukowanie dławienia na wejściu szczeliny lub, w najgorszym przypadku, przez indukowanie ryzyka ściśnięcia, gdzie ściany szczeliny wchodzą w bezpośredni kontakt ze sobą. Dlatego też rozmiar akceptowalnego nadmiernego wypierania jest funkcją właściwości geomechanicznych skały (moduł Younga, współczynnik Poissona, współczynnik plastyczności), określających, czy sztywność skał jest wystarczająca, aby szczelina pozostała otwarta w obszarze bez podsadzki, gdy zostanie poddana naprężeniom.

Termin „mostkowanie” oznacza zamierzone lub przypadkowe uszczelnienie przestrzeni porów lub ścieżek płynu w formacji skalnej, czy też ograniczanie średnicy odwiertu lub pierścienia. Mostek może mieć charakter częściowy lub całkowity i może być spowodowany przez ciała stałe (drobiny stałe powstałe przy wierceniu, frezowaniu, zawały lub odpady) przemieszczone do wąskiego miejsca lub przez zmianę geometrii odwiertu.

PL 227 550 B1

Termin „odwiert” oznacza wywiercony kanał lub otwór, w tym powierzchnię otwarcia lub nieobudowaną część kanału odwiertu.

Termin „uszczelnienie” oznacza strukturę, która blokuje strefy przepuszczalne, aby zapobiec utracie płynu do tych stref przepuszczalnych lub aby chronić te strefy przed uszkodzeniem. Termin „uszczelnienie usuwalne” oznacza tymczasowe uszczelnienie szczeliny. Uszczelnienie usuwalne może być utworzone z materiału degradowalnego lub rozpuszczalnego, na przykład gdy uszczelnienie ulega co najmniej częściowej degradacji, rozkładowi, rozpuszczeniu i/lub znika po określonym czasie. Około 20% do 100% uszczelnienia może znikać, a około 40% do około 80% może ulegać degradacji, rozkładowi, rozpuszczeniu i/lub znikać po określonym czasie. W niektórych przykładach wykonania usuwalne uszczelnienie może być utworzone z materiału, który nie ulega degradacji, a w późniejszym czasie jest usuwany mechanicznie lub w inny sposób.

O ile opisane w dokumencie przykłady wykonania odnoszą się do zabiegów na odwiertach, można je również zastosować do dowolnych operacji na odwiertach, w których potrzebna jest izolacja strefowa, takich jak operacje wiercenia, operacje na platformach typu workover i tym podobne. W niektórych przykładach wykonań sposoby według niniejszego ujawnienia mogą obejmować wykonywanie zabiegów zmiany kierunku płynu za pomocą cząstek stałych po ustaleniu, że kanały odwiertów pionowych są wąskie, tak aby zminimalizować możliwość utraty cząstek w obrębie dużych, otwartych szczelin. W niektórych przykładach wykonania sposoby według niniejszego ujawnienia mogą obejmować szacowanie zmian i/lub obliczanie zmian w geometrii szczelin poprzez monitorowanie danych z jednego lub więcej czujników, gdy szczelina jest otwarta, wykonując zamknięcie odwiertu przez zatrzymanie wtłaczania płynu szczelinującego i wprowadzenie środka uszczelniającego, w tym wykonanie operacji szczelinowania przez wprowadzenie płynu szczelinującego do odwiertu przy ciśnieniu płynu równym lub większym niż ciśnienie inicjacji szczelinowania formacji podziemnej w celu wyindukowania szczeliny w formacji podziemnej. Takie metody zostały opisane w pracy „Method of Treating a Subterranean Formation” (Metody zabiegów na formacjach podziemnych) opracowanej przez Bruno Lecerf i in. (załączonej do dokumentu), której ujawnienie załączamy tu do celów informacyjnych w całości.

W niektórych przykładach wykonania wynalazku zabiegi na formacjach podziemnych mogą obejmować wykonanie jednej lub więcej operacji. Ta jedna lub więcej operacji może polegać na operacjach szczelinowania hydraulicznego, na które może składać się szczelinowanie części formacji podziemnej przez zastosowanie wystarczającego ciśnienia płynu i/lub szczelinowanie jednej lub więcej izolowanych części formacji podziemnej przez podanie płynu pod wystarczającym ciśnieniem. Można również zastosować inne operacje, takie jak kwasowanie formacji, mające na celu wygenerowanie szczelin. W niektórych przykładach wykonania w metodach prezentowanego ujawnienia można stosować różne składniki i metodologie dla metod zmiany kierunku. Na przykład sposoby według niniejszego ujawnienia mogą obejmować zastosowanie urządzeń mechanicznej izolacji, takich jak urządzenia uszczelniające i uszczelnienia kanałów odwiertów, stawianie uszczelnień mostkowych, wtłaczanie uszczelniaczy kulkowych i wtłaczanie zawiesin płatków kwasu benzoesowego i cząstek usuwalnych i/lub degradowanych, takich jak opisane w publikacji zgłoszenia patentowego US nr 2002/0007949, którego ujawnienie załączamy tu do celów informacyjnych w całości.

W operacjach szczelinowania hydraulicznego płyn szczelinujący, który może zawierać wstępnie określoną ilość podsadzki, można wtłoczyć do odwiertu pod ciśnieniem hydraulicznym równym lub wyższym ciśnieniu inicjacji szczelinowania formacji podziemnej. Ciśnienie płynu stanowi prędkość przepływu (stosunek objętość/czas), z którym płyn jest wtłaczany. Termin „ciśnienie inicjacji szczelinowania” oznacza ciśnienie płynu wystarczające do wyindukowania szczeliny w formacji podziemnej.

Szczelinowanie formacji podziemnej może polegać na wtłaczaniu setek tysięcy litrów płynu szczelinującego do odwiertu. W niektórych przykładach wykonania wynalazku do szczelinowania hydraulicznego może być stosowana pompa typu Frac. Pompa typu Frac jest wysokociśnieniową pompą o wysokiej wydajności, będącą pompą wyporową typu tłokowego. W niektórych przykładach wykonania ciecz obróbkowa (płyn szczelinujący) może zostać wprowadzona za pomocą pompy typu Frac, w taki sposób, że płyn szczelinujący może być wtłaczany do odwiertu z wysoką prędkością i ciśnieniem, na przykład przy prędkości przepływu przekraczającej około 20 baryłek na minutę (BPM) (3180 l/min) (około 4200 galonów (US) na minutę) przy ciśnieniu przekraczającym 172,3 bara (2500 psi). W niektórych przykładach wykonania prędkość tłoczenia i ciśnienie płynu szczelinującego mogą być nawet wyższe, na przykład przy prędkościach przepływu przekraczających około 100 baryłek na minutę (BPM) (15 900 l/min) i ciśnieniach przekraczających około 689 barów (10 000 psi).

PL 227 550 B1

Fig. 1 przedstawia odpowiedni do tego celu system pomp 200, który można stosować w metodach prezentowanego ujawnienia do tłoczenia cieczy obróbkowej z powierzchni 118 odwiertu 120 do odwiertu 122 podczas operacji na polu naftowym. W niektórych przykładach wykonania operacje mogą, na przykład, obejmować szczelinowanie hydrauliczne, a wtłaczana ciecz obróbkowa to płyn szczelinujący. Jak widać na fig. 1, system pomp 200 obejmuje kilka zbiorników wody 221, które podają wodę do urządzenia do wytwarzania żelu 223. Urządzenie do wytwarzania żelu 223 łączy wodę ze zbiorników 221 ze środkiem żelującym w celu wytworzenia żelu. Następnie żel jest przekazywany do mieszalnika 225, w którym jest on mieszany z podsadzką z podajnika podsadzki 227 w celu wytworzenia płynu szczelinującego. Środek żelujący zwiększa lepkość płynu szczelinującego i może wspomagać proces tworzenia zawiesiny z płynem szczelinującym.

Płyn szczelinujący można następnie wtłoczyć pod dowolnym żądanym ciśnieniem (na przykład ciśnienie od około 0,69 bara (10 psi) do około 13,8 bara (200 psi), ciśnienie od około 1,38 bara (20 psi) do około 6,9 bara (100 psi) lub ciśnienie od około 2,75 bara (40 psi) do około 5,50 bara (80 psi) z mieszalnika 225 do kilku pomp tłokowych 201 oznaczonych liniami ciągłymi 212. W razie potrzeby każda z pomp nurnikowych 201 w przykładzie wykonania na fig. 1 może mieć tę samą lub podobną konfigurację. W niektórych przykładach wykonania zamiast pomp nurnikowych można zastosować wielostopniowe pompy odśrodkowe. Jak widać na fig. 1, każda z pomp nurnikowych 201 może odbierać płyn szczelinujący [na przykład ciśnienie od około 0,69 bara (10 psi) do około 13,8 bara (200 psi), takich jak ciśnienie około 1,38 bara (20 psi) do około 6,9 bara (100 psi), lub ciśnienie od około 2,75 bara (40 psi) do około 5,50 bara (80 psi)] i podawać je do wspólnego kolektora 210 (zwanego również „urządzeniem śledzącym pocisk” lub „pociskiem”) przy wysokich ciśnieniach [na przykład ciśnieniach od około 68,9 bara (1000 psi) do około 2068,42 bara (30 000 psi), ciśnienia od około 206,84 bara (3000 psi) do około 1378,95 bara (20 000 psi), lub ciśnieniach od około 344,73 bara (5000 psi) do około 689 barów (10 000 psi)] oznaczonych liniami przerywanymi 214. Pocisk 210 przekierowuje następnie płyn szczelinujący z pomp nurnikowych 201 do odwiertu 122, co zostało oznaczone linią ciągłą 215.

W niektórych przykładach wykonania można obliczyć szacunkowe ciśnienie odwiertu i prędkość przepływu i/lub szacunki przy użyciu znanych technik, urządzeń, czujników i metodologii, takich jak opisane w „Reservoir Stimulation Third Edition” (Stymulacja zbiorników (złóż), wydanie trzecie, opracowane przez Michaela J. Economides i Kennetha G. Nolte, opublikowane przez Wiley w roku 2000. W oparciu o znane obliczenia i/lub metodologie szacunkowe można obliczyć wielkość mocy wykorzystywanej przez system pomp do wykonywania operacji szczelinowania. Na przykład, jeśli szacujemy, że ciśnienie płynu w odwiercie i odpowiednia prędkość przepływu wynoszą odpowiednio 413,68 bara (6000 psi) (funtów na cal kwadratowy) i 68 baryłek na minutę (BPM), wówczas system pomp 200 musiałby dostarczać 7457 kW (10 000 KM) mocy hydraulicznej do płynu szczelinującego (czyli 6000*68/40,8).

W niektórych przykładach wykonania źródłem napędu każdej z pomp nurnikowych 201 może być silnik o maksymalnej mocy znamionowej 1677,82 kW (2250 KM), która uwzględniając straty (około 3% dla pomp nurnikowych w operacjach szczelinowania hydraulicznego), umożliwia każdej pompie nurnikowej 201 dostarczenie maksymalnej mocy hydraulicznej około 1627,11 kW (2182 KM) do płynu szczelinującego. Dlatego też, aby dostarczyć moc hydrauliczną 7457 kW (10 000 KM) do płynu szczelinującego, system pomp 200 z fig. 1 musiałby wykorzystywać minimum 5 pomp nurnikowych 201.

Aby zapobiec przeciążeniu układu przeniesienia napędu, pomiędzy silnikiem a końcem płynowym każdej z pomp nurnikowych 201, każda z pomp nurnikowych 201 musi dobrze pracować przy maksymalnej wydajności roboczej. Eksploatacja pomp w zakresie ich wydajności roboczej umożliwia również manipulowanie prędkościami każdej z takich pomp tak, aby pracowały z prędkością wyższą i/lub niższą, aby utrzymać zasadniczo stałą prędkość tłoczenia przez okres (na przykład przez okres od około 60 sekund do około 300 minut), w którym objętość drugiego płynu (na przykład drugi płyn zawierający środek uszczelniający) jest wprowadzana do cieczy obróbkowej wtłaczanej do odwiertu pionowego. W niektórych przykładach wykonania prędkości pomp mogą być regulowane w taki sposób, aby prędkość przepływu, z którym podawana jest ciecz obróbkowa, nie wahała się o więcej niż ±5% wstępnie obliczonej wartości [na przykład ±3,4 BPM (baryłek na minutę) (540,6 l/min) dla wyżej podanych warunków, w których prędkość przepływu wynosi 68 BPM) (baryłek na minutę) (10 812 l/min)], przy której płyn szczelinujący jest wprowadzany do odwiertu lub prędkości pomp można regulować tak, aby prędkość przepływu, z którą podawana jest ciecz obróbkowa, nie wahała się o więcej

PL 227 550 B1 niż ±1% wstępnie obliczonej wartości, przy której ciecz obróbkowa jest podawana do odwiertu. W niektórych przykładach wykonania skomputeryzowane systemy sterowania można zastosować do kierowania i/lub regulowania całego systemu pomp w żądany sposób przez czas trwania operacji szczelinowania.

W niektórych przykładach wykonania w operacjach szczelinowania, w których należy zastosować 7457 kW (10 000 KM) mocy hydraulicznej, i na przykład w miejscu odwiertu można użyć dziesięciu pomp nurnikowych 201, każdy z silników pomp musi dostarczać moc około 768 kW (1030 KM) (około połowy wartości maksymalnej), aby dostarczyć moc hydrauliczną 745 kW (1000 KM) każdy i moc hydrauliczną 7450 kW (10 000 KM) zbiorczo do płynu szczelinującego. W niektórych przykładach wykonania, na przykład jeśli dziewięć pomp 201 jest używanych do dostarczania mocy hydraulicznej do płynu szczelinującego (i jak omówiono poniżej, jedna z pomp została wyznaczona do dostarczania drugiej porcji wysoce upakowanego płynu ze środkiem uszczelniającym, na przykład płynu z wysoką zawartością drobin stałych), następnie każdy z dziewięciu silników pomp może dostarczać moc około 853 kW (1145 KM), aby dostarczyć moc hydrauliczną 7450 kW (10 000 KM) do płynu szczelinującego, czyli aż do momentu zainicjowania podawania drugiej porcji wysoce upakowanego płynu ze środkiem uszczelniającym (takim jak płyn z wysoką zawartością drobin stałych); a następnie każdy z silników pomp (czyli w sumie dziesięć pomp) może pracować z mocą około 768 kW (1030 KM) (około połowa mocy maksymalnej), aby dostarczyć moc hydrauliczną 745 kW (1000 KM) każdy i moc hydrauliczną 7450 kW (10000 KM) zbiorczo do cieczy obróbkowej (co stanowiłoby drugą porcję wysoce upakowanego płynu ze środkiem uszczelniającym, takiego jak na przykład płyn z wysoką zawartością drobin stałych). Jak widać na fig. 1, skomputeryzowany system sterowania 229 może być wykorzystywany do kierowania i/lub regulacji systemu pomp 200 przez czas trwania operacji szczelinowania.

Jak zasugerowano powyżej w niektórych przykładach wykonania, płyn tłoczony z powierzchni szybu 118 do odwiertu 122 może zawierać pierwszą porcję płynu zawierającego ciecz obróbkową (jak opisano powyżej), który jest tłoczony przez jedną lub więcej pomp pierwszego płynu 201, i drugą porcję płynu zawierającego środek uszczelniający w nośniku płynnym, który jest tłoczony przez jedną lub więcej pomp drugiego płynu 201'. Na przykład podczas operacji szczelinowania każda z pomp drugiego płynu 201' może być wykorzystana do podawania środka uszczelniającego w nośniku płynnym. W niektórych przykładach wykonania każda z pomp pierwszego płynu 201 i każda z pomp drugiego płynu 201' może mieć taką samą lub podobną konfigurację.

W niektórych przykładach wykonania pompy drugiego płynu 201' mogą odbierać wysokiej mocy strumień zawierający środek uszczelniający (taki jak na przykład płyn o wysokiej zawartości drobin stałych), jak opisano powyżej. Na przykład w niektórych przykładach wykonania system pomp 200 obejmuje kilka zbiorników wody 221, które podają wodę do urządzenia wytwarzającego żel 223. Urządzenie wytwarzające żel 223 łączy wodę ze zbiorników 221 ze środkiem żelującym i tworzy żel, który jest podawany do urządzenia mieszającego cement/flotacyjnego 231, w którym mieszany jest on ze środkiem uszczelniającym w celu uformowania drugiej porcji płynu (drugiego płynu); w tym przypadku druga porcja płynu zawiera określoną wstępnie ilość środka uszczelniającego.

W niektórych przykładach wykonania druga porcja płynu (drugi płyn) może następnie zostać wtłoczona pod odpowiednim ciśnieniem [na przykład pod ciśnieniem od około 0,69 bara (10 psi) do około 13,8 bara (200 psi), lub ciśnieniem od około 1,38 bara (20 psi) do około 13,8 bara (200 psi), lub ciśnieniem od około 2,75 bara (40 psi) do około 5,50 bara (80 psi)]) urządzenia mieszającego cement/flotacyjnego 231 do pomp drugiego płynu 201', jak przedstawiają linie ciągłe 212', i wyładowana przez pompę drugiego płynu 201' pod wysokim ciśnieniem [na przykład ciśnieniem od około 68,9 bara (1000 psi) do około 2068,42 bara (30 000 psi), ciśnieniem od około 206,84 bara (3000 psi) do około 1378,95 bara (20 000 psi) lub ciśnieniem od około 344,73 bara (5000 psi) do około 689 barów (10 000 psi)] do wspólnego kolektora lub pocisku 210, jak wskazują linie przerywane 214'.

W takich przykładach wykonania ciecz obróbkowa dostarczana do pomp pierwszego płynu może być podawana z kilku zbiorników wody 221, które podają wodę do urządzenia do wytwarzania żelu 223. Urządzenie do wytwarzania żelu 223 łączy wodę ze zbiorników 221 ze środkiem żelującym w celu wytworzenia żelu. Następnie żel jest przekazywany do mieszalnika 225, w którym jest on mieszany z podsadzką z podajnika podsadzki 227 w celu wytworzenia płynu szczelinującego. Po dostarczeniu do odwiertu wstępnie określonej porcji podsadzki (na przykład ilości podsadzki wystarczającej do podsadzenia interesujących nas szczelin) woda ze zbiorników 221 i/lub ciecz obróbkowa bez podsadzki może zostać wtłoczona pod odpowiednim ciśnieniem [na przykład ciśnieniem

PL 227 550 B1 od około 0,69 bara (10 psi) do około 13,8 bara (200 psi), lub ciśnieniem od około 1,38 bara (20 psi) do około 6,90 bara (100 psi), lub ciśnieniem od około 2,75 bara (40 psi) do około 5,50 bara (80 psi)] bezpośrednio do pomp pierwszego płynu 201 na przykład przez pompy transportowe i wyładowana pod dużym ciśnieniem do pocisku 210, jak wskazują linie przerywane 214. Pocisk 210 odbiera zarówno pierwsze jak i drugie porcje płynu, i kieruje ich kombinację do odwiertu w sposób wskazywany linię ciągłą 215.

W przykładach wykonania system pomp 200 przedstawiony na fig. 1 może być wykorzystywany do podawania środka uszczelniającego jednocześnie lub bezpośrednio po podsadzce w taki sposób, że środek uszczelniający może być dodany do linii powierzchniowej bez konieczności obniżenia prędkości tłoczenia. W niektórych przykładach wykonania, na przykład wahanie prędkości przepływu, z jaką wprowadzana jest ciecz obróbkowa, nie może przekraczać ±5% jej wartości początkowej w czasie (na przykład przez okres od około 10 sekund do około 10 minut), w którym środek uszczelniający jest dodawany do linii powierzchniowej, lub wahania prędkości przepływu, z jaką wprowadzana jest ciecz obróbkowa, nie mogą przekraczać ±1% jej wartości początkowej w czasie (na przykład przez okres od około 20 sekund do około 5 minut), w którym środek uszczelniający jest dodawany na linii powierzchniowej. W niektórych przykładach wykonania środek uszczelniający może być również wprowadzany do odwiertu z prędkością przepływu w zakresie od około 20 do około 120 BPM (baryłek na minutę) (19 080 l/min), od około 40 (6360 l/min) do około 80 BPM (baryłek na minutę) (12 720 l/min) lub z prędkością przepływu od około 50 (7950 l/min) do około 60 (9540 l/min) BPM (baryłek na minutę).

W opisanych powyżej warunkach, w których 10 pomp płynu (9 pomp pierwszej porcji płynu i 1 pompa drugiej porcji płynu) jest wykorzystywanych do dostarczania cieczy obróbkowej do szybu 120, w którym wystarczy moc hydrauliczna 7457 kW (10 000 KM), i zakładając, że każda z dziewięciu pomp pierwszego płynu 201 i jedna pompa drugiego płynu 201' jest napędzana silnikiem o maksymalnej mocy znamionowej 1678 kW (2250 KM), każdy z silników pomp pierwszego płynu i każdy z silników pomp drugiego płynu 201/201' mogłyby dostarczać jednocześnie moc około 768 kW (1030 KM), gdy drugi płyn jest wprowadzany do systemu płynu, aby dostarczyć moc hydrauliczną 7457 kW (10 000 KM) do płynu szczelinującego w czasie, gdy środek uszczelniający jest dodawany na linii powierzchniowej każdy z silników dziewięciu pomp może pracować z mocą około 853,8 kW (1145 KM) (przed i po okresie, w którym środek uszczelniający jest dodawany do linii powierzchniowej), aby dostarczyć moc hydrauliczną 7 457 kW (10 000 KM) do płynu uszczelniającego).

W niektórych przykładach wykonania całkowita liczba pomp 201 w systemie pomp 200 z fig. 1 może zostać zredukowana, jeśli silniki pomp będą mogły pracować z wyższą mocą. Dodatkowo można zastosować skomputeryzowany system sterowania 229 do kierowania i/lub regulowania całego systemu pomp 200 przez czas trwania operacji szczelinowania.

Mimo że system pomp 200 według fig. 1 został opisany z uwzględnieniem odwiertu 120, który wymaga dostarczenia mocy hydraulicznej 10 000 kW, należy rozumieć, że system pomp, który może zostać zastosowany w tej metodzie prezentowanego ujawnienia może dostarczyć dowolną wartość mocy hydraulicznej do odwiertu. Na przykład różne odwierty mogą mieć zróżnicowane wymagania dotyczące mocy hydraulicznej w zakresie od około 1000 kW mocy hydraulicznej do około 25 000 kW mocy hydraulicznej, lub w zakresie od około 2000 kW mocy hydraulicznej do mocy hydraulicznej około 15 000 kW.

Mimo że fig. 1 prezentuje system pomp 200 złożony z ośmiu pomp pierwszego płynu 201 i jednej pompy drugiego płynu 201', w niektórych przykładach wykonania system pomp może składać się z dowolnej liczby pomp pierwszego płynu i z dowolnej liczby pomp drugiego płynu 201 (takich jak w przykładach wykonań, w których tłoczone są sekwencje zawiesin), w zależności od mocy hydraulicznej zastosowanej do wykonania żądanej operacji w odwiercie 120, procentu wydajności, przy którym pożądane jest uruchomienie silników pomp oraz ilości każdego z płynów (na przykład objętość uszczelnienia w stosunku do ilości cieczy obróbkowej, takiej jak np. płyn szczelinujący) żądanej do wtłoczenia.

W niektórych przykładach wykonania operacja może obejmować operację szczelinowania, w której sekwencja zawiesin o tym samym lub różnych stężeniach składnika (na przykład środka uszczelniającego) jest wtłaczana do odwiertu. Takie zawiesiny mogą być wtłaczane z prędkością przepływu od około 20 BPM (3180 l/min) do około 120 BPM (baryłek na minutę) (19 080 l/min), od około 40 (6360 l/min) do około 80 BPM (baryłek na minutę) (12 720 l/min) lub z prędkością przepływu około 60 BPM (9540 l/min).

W niektórych przykładach wykonania zdarzenia mające miejsce w kanale podziemnym można monitorować w czasie wtłaczania cieczy obróbkowej, na przykład podczas wprowadzania do odwiertu

PL 227 550 B1 cieczy obróbkowej zawierającej środek uszczelniający, aby uszczelnić szczelinę (takie wprowadzanie odbywa się bez zasadniczego obniżania ciśnienia płynu). Taki monitorowanie zdarzeń może na przykład obejmować pozyskiwanie i rejestrację danych, takich jak na przykład dane przedstawione na fig. 2 (dalszy opis fig. 2 znajduje się poniżej w części zatytułowanej przykłady), który ilustruje dane pozyskiwane i rejestrowane po dotarciu przez środek uszczelniający do czoła piasku. Przyrost ciśnienia zabiegu może stanowić dowód na to, że niektóre kanały perforacji są zablokowane. Dodatkowo, gdy wystąpi nagły spadek ciśnienia, może to wskazywać na to, że kanały perforacji, które nie zostały poddane stymulacji podczas fazy szczelinowania, są teraz otwarte i gotowe do przyjęcia płynu wypierającego, podczas gdy perforacje w miejscu wprowadzenia podsadzki zostały uprzednio uszczelnione przez środek uszczelniający.

W niektórych przykładach wykonania środek uszczelniający może zostać wprowadzony, zanim cała określona wstępnie porcja podsadzki dotrze do szczeliny. Na przykład środek uszczelniający może zostać wprowadzony do cieczy obróbkowej wraz z ostatnią porcją procentową podsadzki, w taki sposób, że ostatni 1% wag. określonej wstępnie porcji podsadzki jest wprowadzany do odwiertu. W niektórych przykładach wykonania środek uszczelniający może zostać wprowadzony do cieczy obróbkowej bezpośrednio po wprowadzeniu całej podsadzki do odwiertu, jednak zanim cała określona wstępnie ilość podsadzki dotrze do szczeliny. Na przykład środek uszczelniający może zostać wprowadzony do cieczy obróbkowej w czasie od około 2 sekund do około 180 sekund po wprowadzeniu całej określonej wstępnie ilości podsadzki do odwiertu lub od około 10 sekund do około 60 sekund po wtłoczeniu całej podsadzki do odwiertu.

W niektórych przykładach wykonania środek uszczelniający może zostać wprowadzony do cieczy obróbkowej bezpośrednio po wprowadzeniu całej podsadzki do odwiertu, ale zanim cała określona wstępnie ilość podsadzki dotrze do szczeliny tak, aby objętość „separatora” między tylnym czołem podsadzki a brzegiem czoła prowadzącego środka uszczelniającego była mniejsza niż objętość odwiertu między otworem odwiertu na powierzchni a szczeliną do uszczelnienia. Termin „separator” oznacza objętość cieczy obróbkowej między czołem tylnym podsadzki, czyli ostatnią porcją środka uszczelniającego zawierającą podsadzkę, a brzegiem czoła prowadzącego środka uszczelniającego, czyli pierwszą porcją środka uszczelniającego zawierającą podsadzkę. Na przykład objętość separatora między czołem tylnym podsadzki a czołem prowadzącym (przednim) podsadzki może wynosić od około 2% do około 90% objętości odwiertu między otworem na powierzchni a szczeliną do uszczelnienia lub od około 5% do 40% objętości odwiertu między otworem na powierzchni a szczeliną do uszczelnienia.

Środek uszczelniający może tworzyć usuwalne (tymczasowe) uszczelnienie szczeliny, aby zapobiec nadmiernemu wypieraniu podsadzki wprowadzonej do szczeliny. Wielkość nadmiernego wypierania jest następnie blokowana przez objętość separatora i etapów środka zmieniającego kierunek wtłaczanego po podsadzce. Akceptowalne poziomy nadmiernego wypierania można oszacować na drodze obliczeń teoretycznych, które obejmują właściwości geomechaniczne skały, naprężenia i żądaną przewodność w pobliżu odwiertu. Można to również ocenić na podstawie badań czułości, w których stosowane są różne objętości płynów podlegających nadmiernemu wypieraniu i w których przewodność szczelin w pobliżu odwiertu można szacować na podstawie wyników produkcji. Na przykład metoda może zapobiegać nadmiernemu wypieraniu około 90% wag. lub więcej (na przykład około 95% wag. lub więcej, albo około 99% wag. lub więcej) podsadzki ze szczeliny w pobliżu rejonu odwiertu [tj. zapobiegając wypieraniu ok. 90% wag. lub więcej (na przykład około 95% wag. lub więcej, albo około 99% wag. lub więcej) podsadzki od przemieszczenia na odległość większą niż około 3 m (10 stóp) od odwiertu lub na odległość większą niż około 6 m (20 stóp) od odwiertu, lub na odległość większą niż około 15 m (50 stóp) od odwiertu, czy też na odległość większą niż około 30 m (100 stóp) od odwiertu.

W przykładach wykonania metody prezentowanego ujawnienia mogą dodatkowo obejmować wykonanie znanych operacji w kanale odwiertu po utworzeniu uszczelnienia, takich jak dodatkowa operacja szczelinowania hydraulicznego, operacja kwasowania, operacja stymulowania, operacja sterowania piasku, operacja wykańczania, operacja konsolidacji odwiertu, operacja typu Frac-pack, operacja zabiegu remediacji, cementowania i/lub operacja uszczelniania żwirem.

W przykładach wykonania metody prezentowanego ujawnienia mogą również polegać na umożliwieniu co najmniej częściowej degradacji lub usunięcia po wstępnie określonym okresie.

W przykładach wykonania sposoby według niniejszego ujawnienia mogą ponadto obejmować wprowadzanie uszczelnienia mostkującego lub uszczelnienia piaskowego do odwiertu, a następnie

PL 227 550 B1 szczelinowanie dodatkowej warstwy lub warstw. Uszczelnienie mostkujące może zostać zastosowane w odwiercie między otworem powierzchniowym odwiertu a uprzednio utworzoną szczeliną. Innymi słowy, metoda uszczelnienia mostkującego polega na szczelinowaniu formacji podziemnej, a następnie ustawianiu uszczelnienia mostkującego i w razie potrzeby powtarzaniu tego procesu. Wykorzystanie uszczelnienia mostkującego zapewnia izolację strefy przez wstawianie uszczelnienia między strefami szczelinowania a docelową. Metoda uszczelnienia piaskowego jest podobna do metody uszczelnienia mostkującego, z wyjątkiem tego, że zamiast uszczelnień mechanicznych stosowane są uszczelnienia piaskowe.

W niektórych przykładach wykonania sposoby według niniejszego ujawnienia mogą obejmować szczelinowanie kolejnej warstwy lub warstw bez wprowadzania uszczelnienia mostkującego ani uszczelnienia piaskowego.

Ciecze obróbkowe

Jak omówiono powyżej, ciecz obróbkowa, która nadaje się do stosowania w metodach prezentowanego ujawnienia (w tym w tych przykładach wykonania, które obejmują dodatkowe operacje w kanale odwiertu), może być dowolną cieczą obróbkową do odwiertów, taką jak płyn do szczelinowania hydraulicznego, płyn kwasujący (szczelinowanie kwasowe, kwasowy płyn zmieniający kierunek), płyn stymulujący, płyn sterujący przepływem piasku, płyn kończący, płyn konsolidujący odwiert, płyn obróbki remediacyjnej, płyn cementujący, płuczka wiertnicza, płyn Frac-Pack lub płyn ze żwirem uszczelniającym. Rozpuszczalnik (na przykład płyn nośny lub rozpuszczalnik nośny) do cieczy obróbkowej może być czystym rozpuszczalnikiem lub mieszaniną. Odpowiednie rozpuszczalniki lub stosowane z metodami prezentowanego ujawnienia, takie jak stosowane do sporządzania cieczy obróbkowych ujawnionych w dokumencie, mogą być wodne lub organiczne. Rozpuszczalniki wodne mogą obejmować co najmniej jeden na bazie wody słodkiej, wody morskiej, solanki, mieszanin wody i rozpuszczalnych w wodzie związek organiczny oraz mieszaniny tych składników. Rozpuszczalniki organiczne mogą obejmować dowolny rozpuszczalnik organiczny zdolny rozpuszczać lub tworzyć zawiesiny różnych innych składników cieczy obróbkowych.

W niektórych przykładach wykonania ciecz obróbkowa może mieć dowolną lepkość, na przykład lepkość od około 1 cP do około 1000 cP (lub od około 10 cP do około 100 cP) w temperaturze zabiegu, która może wahać się od temperatury panującej na powierzchni do statycznej temperatury na dole odwiertu (zbiornika), od około -40°C do około 150°C lub od około 10°C do około 120°C, czy też od około 25°C do około 100°C.

O ile pola zabiegowe prezentowanego ujawnienia są tutaj opisane jako zawierające wyżej opisane elementy, należy rozumieć, że te ciecze obróbkowe prezentowanego ujawnienia mogą opcjonalnie zawierać inne różne chemicznie materiały. W przykładach wykonania ciecz obróbkowa może zawierać dodatkowo środki stabilizujące, surfaktanty, środki rozdzielające kierunek (diwertery) lub inne dodatki. Dodatkowo ciecz obróbkowa może zawierać mieszaninę różnych środków sieciujących i/lub innych dodatków, takich jak włókna lub wypełniacze, pod warunkiem, że inne składniki wybrane do mieszaniny są kompatybilne z przeznaczeniem cieczy obróbkowej. Dodatkowo ciecz obróbkowa może zawierać bufory, środki kontrolujące pH i różne inne dodatki podawane w celu zwiększenia stabilności cieczy obróbkowej. Składniki cieczy obróbkowej można dobierać w taki sposób, aby mogły lub nie, reagować z formacją podziemną, która ma podlegać zabiegowi.

Z tego względu ciecz obróbkowa może zawierać składniki dobrane niezależnie od wszelkich ciał stałych, cieczy, gazów i ich kombinacji, takich jak zawiesiny, ciecze nasycone gazami lub ciecze nienasycone gazami cieczy, mieszaniny dwóch lub więcej mieszalnych lub niemieszalnych cieczy i tym podobne. Ciecz obróbkowa może na przykład zawierać organiczne związki chemiczne, związki nieorganiczne i ich kombinacje. Do organicznych związków chemicznych mogą należeć monomery, oligomery, polimery i ich kombinacje, a polimery mogą być termoplastyczne, termowiążące, wiążące pod wpływem wilgoci, na bazie elastomerów i tym podobne. Do nieorganicznych związków chemicznych mogą należeć kwasy nieorganiczne i zasady nieorganiczne, metale, jony metali, chemikalia alkaliczne i ziem alkalicznych, minerały i tym podobne.

Składniki cieczy obróbkowej mogą stanowić różne materiały włókniste. Nadające się do stosowania materiały włókniste mogą obejmować tkane oraz nietkane i mogą obejmować włókna organiczne, włókna nieorganiczne, ich mieszaniny i kombinacje.

W przykładach wykonania ciecz obróbkowa może być wtłaczana do odwiertu systemem pomp, który wpompowuje jedną lub więcej cieczy obróbkowych do odwiertu. Jak omówiono powyżej, systemy

PL 227 550 B1 pomp mogą zawierać systemy mieszające i urządzenia łączące, w których różne składniki, takie jak płyny, ciała stałe, i/lub gazy, mogą być mieszane lub łączone przed ich wtłoczeniem do odwiertu. Urządzenie mieszające lub łączące może być sterowane na wiele sposobów, w tym na przykład wykorzystując dane uzyskane w dół od odwiertu, dane z powierzchni lub pewne ich kombinacje.

Wszelkie potrzebne materiały cząstek stałych mogą być wykorzystywane w metodach prezentowanego ujawnienia. Materiały cząstek stałych mogą na przykład obejmować piasek kalibrowany, syntetyczne podsadzki nieorganiczne, podsadzki powlekane, podsadzki niepowlekane, podsadzki powlekane żywicą i piasek powlekany żywicą.

W przykładach wykonania, w których materiał cząstek stałych jest podsadzką, podsadzka używana w metodach prezentowanego ujawnienia może mieć rozmiar odpowiedni do podsadzania i utrzymywania otwartych szczelin oraz utrzymywania przepływu płynu przez wkład podsadzki, czyli między i wokół podsadzki tworzącej wkład. W niektórych przykładach wykonania podsadzkę można dobrać w oparciu o żądaną charakterystykę, taką jak zakres rozmiaru drobin, wytrzymałość na miażdżenie i brak rozpuszczalności. W przykładach wykonania podsadzka może mieć dostateczną wytrzymałość na ściskanie i odporność na miażdżenie, aby utrzymywać szczelinę w stanie otwartym bez deformacji lub zgniatania przez naprężenia zamykające szczelinę w formacji podziemnej. W przykładach wykonania podsadzka nie może rozpuszczać się w cieczach obróbkowych, powszechnie spotykanych w odwiertach. Można stosować dowolną podsadzkę, pod warunkiem, że będzie kompatybilna z formacją, cieczą obróbkową i żądanymi wynikami operacji. Takie podsadzki mogą być naturalne lub syntetyczne (w tym również wykonane z dwutlenku krzemu, piasku, łupin orzechów, łupin orzechów włoskich, boksytów, spiekanych boksytów, szkła, materiałów naturalnych, drobin metali, zwiercin, materiałów ceramicznych i kombinacji powyższych), powlekane lub zawierające związki chemiczne; więcej niż jedna podsadzka może być stosowana sekwencyjnie lub w mieszaninach różnych rozmiarów ziaren lub różnych materiałów. Podsadzki mogą być powlekane żywicą, pod warunkiem, że żywica i inne chemikalia na powłoce są zgodne (kompatybilne) z innymi chemikaliami prezentowanego ujawnienia, takimi jak termicznie kurczliwe lub skurczone włókna prezentowanego ujawnienia.

Stosowana podsadzka może mieć cząstki o żądanym rozmiarze, takim jak na przykład średni rozmiar ziarna od około 0,15 mm do około 2,39 mm (około 8 do około 100 U.S. mesh) lub od około 0,25 do około 0,43 mm (40/60 mesh), lub od około 0,43 do około 0,84 mm (20/40 mesh), lub od około 0,84 do około 1,19 mm (16/20), lub od około 0,84 do około 1,68 mm (12/20 mesh), lub od około 0,84 do około 2,39 mm (8/20 mesh). Podsadzka może być obecna w zawiesinie (która może być dodawana do cieczy obróbkowej) w dowolnym stężeniu, takim jak stężenie od około 0,12 do około 3 kg/l lub około 0,12 do około 1,44 kg/l (około 1 PPA do około 25 PPA lub od około 1 do około 12 PPA; PPA oznacza liczbę funtów (0,45 kg) podsadzki dodanej (3,781) cieczy).

Środki uszczelniające

Środki uszczelniające odpowiednie do stosowania w opisanych powyżej metodach obejmują te, które zdolne są uszczelniać formacje podziemne. Środek uszczelniający jest materiałem zdolnym do uszczelniania pobliża szczelin w taki sposób, aby zapobiegać dalszej penetracji płynu i wgniataniu podsadzki głębiej w szczelinę. Środek uszczelniający może uszczelniać szczelinę poprzez, na przykład, tworzenie mostków z ziarnami podsadzki w szczelinie. Odpowiednie środki uszczelniające obejmują te, które są zdolne do formowania tymczasowego uszczelnienia, takie jak uszczelnienia degradowalne lub rozpuszczalne. Degradowalne uszczelnienia to materiały uszczelniające wykonane z materiałów degradowalnych, które mogą ulegać całkowitej lub co najmniej częściowej degradacji. Uszczelnienia rozpuszczalne to materiały uszczelniające wykonane z materiałów rozpuszczalnych, które mogą ulegać całkowitemu lub co najmniej częściowemu rozpuszczeniu. Na przykład odpowiedni dla metod środek uszczelniający może być płynem o wysokiej zawartości cząstek stałych, uszczelniaczem kulkowym, takim jak ulegające degradacji uszczelniacze kulkowe, czyli kulki biologiczne, płynem nośnym i środkiem uszczelniającym. Do przykładów środków uszczelniających należą materiały degradowalne, materiały ulegające stopieniu, materiały rozpuszczalne i niedegradowalne.

Jak przedstawiono w WO 2013/085412, którego ujawnienie zostało dołączone w celach informacyjnych do niniejszego dokumentu w całości, stosowanie płynów o wysokiej zawartości cząstek stałych może obejmować stosowanie zawiesiny zawierającej mieszaniny multimodalne cząstek stałych do uszczelniania szczelin odwiertów lub stref formacji podczas szczelinowania wieloetapowego.

PL 227 550 B1

Tłoczna lub płynna, i ruchoma zawiesina określana jest mianem płynu o wysokiej zawartości cząstek stałych lub płynem HSCF. W niektórych przykładach wykonań wspomniany powyżej drugi płyn zawierający środek uszczelniający może być płynem HSCF, w którym (i) objętość ciągłej fazy ciekłej zawiesiny jest zredukowana (dehydracja) w taki sposób, że objętość ciał stałych przekracza frakcję uszczelniającą, lub (ii) lepkość ciągłej fazy ciekłej zawiesiny jest zwiększana do punktu, w którym zawiesina nie płynie pod ciśnieniem wywieranym na płyn. W niektórych przykładach wykonań każde z tych dwóch działań może indukować tworzenie mechanicznie stabilnego uszczelnienia. Tego typu uszczelnienie może być usuwalne chemicznie lub stałe.

W niektórych przykładach wykonań płyn nośny dla środka uszczelniającego może obejmować na przykład wodę, taką jak woda słodka lub morska, żele rozpuszczalne w wodzie, takie jak guary, polisacharydy, ksantan, hydroksyetyloceluloza i tym podobne; rozpuszczalny w wodzie żel sieciujący, wiskozowane kwasy, takie jak kwasy na bazie żelu; emulgowane kwasy, takie jak kwasy z zewnętrzną fazą z oleju; płyny energetyzowane, takie jak piana na bazie N2 lub CO2, i płyny na bazie oleju, takie jak żelowany, spieniony lub w inny sposób wiskozowany olej. Dodatkowo płynem nośnym może być solanka lub płyn ten może zawierać solankę. W niektórych przykładach wykonań płyn nośny może obejmować kwas poliaminopolikarboksylowy, który jest hydroksyetylo-etyleno-diaminotrioctanem trisodu, solą monoamonową hydroksyetylo-etyleno-diaminotrioctanu i/lub solą monosodową hydroksy-etyloetyleno-diaminotetraoctanu.

Płyn nośny o dostatecznej lepkości może mieć zdolność do tworzenia zawiesiny piasku obecnego w odwiercie i przenoszenia go do szczeliny, minimalizując w ten sposób szanse wystąpienia późniejszych problemów w tworzeniu mostków uszczelniających i minimalizacji długości szczelin w pobliżu odwiertu, które pozostałyby niepodsadzone. Lepkość płynu, która jest wystarczająca, zależy od rozmiaru i ciężaru właściwego materiału podsadzki pozostawionego w odwiercie i mającego stanowić element zawiesiny.

W przykładach wykonań środek uszczelniający może być wykonany z materiałów o specjalnie wytwarzanym kształcie, o upakowaniu wystarczająco wysokim do przechwycenia w okolicy odwiertu. Upakowanie ładunku może zawierać się w zakresie od około 2,4 g/l (20 lbs/1000 gal) do około 120 g/l (1000 lbs/1000 gal) lub w zakresie od około 4,8 g/l (40 lbs/1000 gal) do około 90 g/l (750 lbs/1000 gal). Wytwarzany specjalnie kształt środka uszczelniającego może mieć formę okrągłych cząstek o wymiarach zoptymalizowanych pod kątem uszczelniania. W niektórych przykładach wykonań materiały drobin środka uszczelniającego mogą mieć inne kształty, takie jak sześciany, czworościany, ośmiościany, mogą też mieć kształty przypominające płytki (płatki), owalne i tym podobne. Materiały drobin środka uszczelniającego mogą mieć dowolny rozmiar, zoptymalizowany pod kątem uszczelniania. Na przykład, jak opisano w publikacji zgłoszenia patentowego US nr 2012/0285692, którego ujawnienie zostało dołączone w celach informacyjnych do niniejszego dokumentu w całości, środek uszczelniający może obejmować cząstki o średnim rozmiarze od około 3 mm do około 2 cm, w rozmiarze cząsteczek od około 5 mm do około 12 mm. Dodatkowo środek uszczelniający może również zawierać drugą „porcję” cząsteczek o średnim rozmiarze od około 1,6 do około 20-krotnie mniejszym rozmiarze niż średni rozmiar pierwszych cząsteczek. W niektórych przykładach wykonań środek uszczelniający może zawierać płatki o średnim rozmiarze do 10-krotnie mniejszym rozmiarze niż średni rozmiar pierwszych cząsteczek.

Wytwarzane fabrycznie kształty drobin materiałów środka uszczelniającego mogą być wykonane z materiału zwiększającego objętość (pęczniejącego). Materiał zwiększający objętość (pęczniejący) może być materiałem, który pęcznieje w obecności węglowodorów, wody lub ich mieszanin. Do odpowiednich do stosowania materiałów zwiększających objętość (pęczniejących) mogą należeć na przykład elastomery, zwiększające objętość żywice, zwiększające objętość polimery, gliny i tym podobne. Na przykład materiał może być sieciowanym poliakryloamidem lub pochodnymi kwasu poliakrylowego, glinką smektynową, bentonitem, gumą pęczniejącą pod wpływem oleju, elastomerami zwiększającymi objętość pod wpływem wody; i mieszaninami powyższych.

Cząstki zwiększające objętość, które nadają się do stosowania jako środki uszczelniające, mogą być w formie lub rozmiarze takim jak ziarna, kulki, włókna, drobiny kształtowe, paciorki, kule i tym podobne. Materiały zwiększające objętość muszą być degradowalne lub rozpuszczalne w obecności kwasów, węglowodorów, jonów wodorotlenowych, amin lub innych reagentów. Czas pęcznienia (zwiększania objętości) cząsteczek może być kontrolowany przez wolno rozpuszczalne powłoki, dodatki do płynu bazowego lub elementy w składzie materiału zwiększające objętość lub przez zmiany temperatury.

PL 227 550 B1

Materiały zwiększające objętość i włókna mogą być przykładowo zawieszone w płynie bazowym, takim jak „slick water”, płyny żelowane, płyny sieciujące, płyny VES, piany, emulsje, solanki lub ich mieszaniny.

Do innych zwiększających objętość cząsteczek należą zmodyfikowane drobiny podsadzki i powłoki hydrożelu, natomiast powłoki hydrożelowe są nakładane na powierzchnię cząstki podsadzki i lokalizują się na powierzchni w celu wytwarzania zmodyfikowanych podsadzek, jak ujawnia publikacja zgłoszenia patentowego US nr 2013/0233545, którego ujawnienie zostało dołączone w celach informacyjnych do niniejszego dokumentu w całości.

Usuwalne (tymczasowe) środki uszczelniające

Usuwalne (tymczasowe) środki uszczelniające mogą być dowolnymi materiałami, takimi jak ciała stałe (w tym na przykład degradowalne ciała stałe i/lub rozpuszczalne ciała stałe), które mogą być usuwane po żądanym okresie. W niektórych przykładach wykonań proces usuwania może być wspomagany lub przyspieszany przez roztwór płuczący zawierający odpowiednik reagentu (na przykład zdolny do reagowania z jedną lub więcej cząstkami środka uszczelniającego w celu rozdzielania wiązań w jednej lub więcej cząsteczek środka uszczelniającego) i/lub rozpuszczalnika (na przykład zdolny do indukowania przejścia cząsteczek środka uszczelniającego z fazy stałej do rozproszonej i/lub rozpuszczonej w fazie ciekłej), taki jak komponent, który zmienia pH i/lub zawartość soli. W niektórych przykładach wykonań proces usuwania może być wspomagany lub przyspieszany przez roztwór płuczący zawierający odpowiedni składnik, który zmienia pH i/lub zawartość soli. Proces usuwania może być również wspomagany przez wzrost temperatury, na przykład gdy zabieg jest wykonywany przed podaniem pary i/lub zmianą ciśnienia.

W niektórych przykładach wykonań usuwalne (tymczasowe) materiały uszczelniające mogą być materiałem degradowalnym i/lub materiałem rozpuszczalnym. Materiał degradowalny oznacza materiał, który jest co najmniej częściowo degradowalny (na przykład poprzez rozrywanie wiązań chemicznych) w żądanym okresie, takim, który nie wymaga dodatkowej interwencji do usunięcia uszczelnienia. Na przykład co najmniej 30% usuwalnego materiału może ulegać degradacji, co najmniej 50% lub co najmniej 75%. W niektórych przykładach wykonań degradacji może ulegać 100% usuwalnego materiału. Degradacja usuwalnego materiału może być aktywowana przez zmianę temperatury i/lub przez reakcję chemiczną zachodzącą między usuwalnym materiałem a innym reagentem. Degradacja może polegać na rozpuszczeniu usuwalnego materiału.

Materiały usuwalne stosowane jako środki uszczelniające mogą przybierać na przykład formę proszku, cząstek stałych, paciorków, wiórów lub włókien. Gdy usuwalny materiał ma kształt włókien, włókna mogą mieć długość od około 2 mm do około 25 mm, lub od około 3 mm do około 20 mm. W niektórych przykładach wykonań włókna mogą mieć masę liniową od około 0,111 dtex do około 22,2 dtex (około 0,1 do około 20 denier), jak np. od około 0,167 do około 6,67 dtex (około 0,15 do około 6 denier). Odpowiednie do stosowania włókna mogą ulegać degradacji w warunkach odwiertu, które mogą obejmować temperatury o wartości około 180°C (około 350°F) lub więcej, i wartościach ciśnienia około 137,9 MPa (około 20 000 psi) lub więcej w okresie odpowiednim dla danej operacji, od minimum 0,5, około 1, około 2 lub około 3 godzin do maksimum około 24, około 12, około 10, około 8 lub około 6 godzin, lub pomiędzy czasem minimalnym a maksymalnym.

Materiały usuwalne mogą być wrażliwe na środowisko, dlatego też wybierając odpowiednie materiały usuwalne (tymczasowe), należy uwzględnić parametry rozcieńczenia i wytrącania. Materiały usuwalne wykorzystywane jako uszczelnienie muszą móc przetrwać w formacji lub odwiercie przez długi czas (na przykład od około 3 do około 6 godzin). Czas trwania powinien być wystarczający na to, aby systemy węży mogły dokonać perforacji następnego pokładu piasku, na ukończenie kolejnego zabiegu(ów) szczelinowania i zamknięcia szczeliny na podsadzce, zanim całkowicie osiądzie, zapewniając poprawioną przewodność szczeliny.

Dalsze odpowiednie do stosowania materiały i metody ich użycia obejmują te opisane w publikacjach zgłoszeń patentowych US nr 2006/0113077, 2008/0093073 i 2012/0181034, których ujawnienia załączamy tu do celów informacyjnych w ich całości. Do materiałów tych należą włókna nieorganiczne, na przykład wapienne lub szklane, częściej jednak polimery lub kopolimery estrów, amidów i innych podobnych materiałów. Mogą być one częściowo hydrolizowane w lokalizacjach pozbawionych szkieletu. Wszelkie takie materiały, które są usuwalne (tymczasowe) (częściowo ze względu na materiały, które mogą na przykład ulegać degradacji i/lub rozpuszczeniu) po odpowiednim czasie pod wpływem napotkanych warunków mogą również być stosowane w metodach prezentowanego ujawnienia. Można na przykład stosować poliole zawierające trzy grupy hydroksylowe lub więcej grup

PL 227 550 B1 hydroksylowych. Odpowiednie do stosowania poliole obejmują poliole polimerowe, które stają się rozpuszczalne pod wpływem ciepła, odsalania lub kombinacji tych warunków, i zawierają atomy węgla zastępowane (podstawiane) grupą hydroksylową w łańcuchu polimeru, odseparowane od sąsiednich zastępowanych grupą hydroksylową atomów węgla co najmniej o jeden atom węgla w łańcuchu polimeru. Poliole mogą być wolne od sąsiednich podstawników hydroksylowych. W niektórych przykładach wykonań poliole mogą mieć średnią masę cząsteczkową od około 5000 do około 500 000 Daltonów lub więcej, lub od około 10 000 do około 200 000 Daltonów.

Dalsze przykłady materiałów usuwalnych obejmują polihydroksyalkanoniany, poliamidy, polikaprolaktony, polihydroksybutyraty, polietylenotereftalany, alkohole poliwinylowe, tlenek polietylenu (glikol polietylenowy), octan poliwinylu, częściowo hydrolizowany octan poliwinylu i kopolimery tych materiałów. Polimery lub kopolimery estrów obejmują na przykład podstawione i niepodstawione laktydy, glikolidy, kwas polimlekowy i kwas poliglikolowy. Odpowiednie do stosowania jako środki uszczelniające materiały usuwalne obejmują na przykład kwas polimlekowy; polikaprolakton; polihydroksybutyrat; polihydroksywalerianian; polietylen; polihydroksyalkanoniany, takie jak poli[R-3-hydroksybutyrat], poli[R-3-hydroksybutyrat-ko-3-hydroksywalerianian], poli[R-3-hydroksybutyrat-co-4-hydro-ksywalerianian] i tym podobne; polimery na bazie skrobi; kwas polimlekowy i kopoliestry; kwas poliglikolowy i kopolimery; poliestry alifatyczno-aromatyczne, takie jak poli(e-kaprolakton), poli(tereftalan etylenu), poli(tereftalan butylenu), i tym podobne; poliwinylopirolidon; polisacharydy; poliwinyloimidazol; kwas polimetakrylowy; poliwinyloamina; poliwinylopirydyna; i białka, takie jak żelatyna, gluten pszenny i kukurydziany, mąka nasion lnu, białko serwatki, białka miofibryli, kazeiny i tym podobne. Polimery lub kopolimery amidów mogą na przykład obejmować poliakryloamidy.

Materiały usuwalne, takie jak na przykład, degradowalne i/lub rozpuszczalne materiały, mogą być stosowane w środkach uszczelniających w wysokich stężeniach (od około 9,07 kg/3785 l (20 lbs/1000 gal) do około 453,6 kg/3785 l (1000 lbs/1000 gal) lub od około 18,14 kg/3785 l (40 lbs/1000 gal) do 30 około 340,19 kg/3785 l (750 lbs/1000 gal) w celu utworzenia tymczasowych uszczelnień lub mostków. Materiał usuwalny można również stosować w stężeniach minimum 4,8 g/l (40 lbs/1000 gal), co najmniej 6 g/l (50 lbs/1000 gal) lub co najmniej 7,2 g/l (60 lbs/1000 gal). Maksymalne stężenia tych materiałów, które można zastosować, mogą zależeć od dodatku powierzchniowego i dostępnego sprzętu mieszającego.

Odpowiednie do stosowania środki uszczelniające mogą również obejmować materiały rozpuszczalne i topliwe (które również mogą mieć zdolność degradacji). Materiał topliwy jest materiałem, który przechodzi z fazy stałej do fazy ciekłej przy ekspozycji na odpowiedni bodziec, którym generalnie jest temperatura. Materiał rozpuszczalny [w przeciwieństwie do materiału degradowalnego, który może na przykład być materiałem zdolnym (w pewnych warunkach) do rozpadu na mniejsze części w procesie chemicznym, który powoduje rozrywanie wiązań chemicznych, na drodze np. hydrolizy] jest materiałem, który przechodzi od stanu stałego do fazy ciekłej po wystawieniu na działanie rozpuszczalnika lub układu rozpuszczalników (czyli rozpuszcza się w jednym lub więcej 15 rozpuszczalnikach). Rozpuszczalnikiem może być płyn nośny używany do szczelinowania odwiertów lub płyn produkowany (węglowodory), lub inny płyn używany podczas zabiegów wykonywanych na odwiertach. W niektórych przykładach wykonań usuwanie środka uszczelniającego może wykorzystywać zarówno proces rozpuszczania, jak i degradacji.

Takie usuwalne materiały, na przykład rozpuszczalne, topliwe i/lub degradowalne, mogą mieć dowolną postać: na przykład proszku, cząstek stałych, paciorków, wiórów lub włókien. Gdy taki materiał jest w kształcie włókien, włókna mogą mięć długość około 2 mm do około 25 mm lub od około 3 mm do około 20 mm. Włókna mogą mieć dowolną odpowiednią wartość masy denier od około 0,1 25 do około 20 lub od około 0,15 do około 6.

Przykłady odpowiednich włóknistych materiałów usuwalnych obejmują włókna kwasu polimlekowego (PLA), poliglikolidowe (PGA), włókna szklane, włókna poli(tereftalanu etylenu) (PET) i tym podobne.

W niektórych przykładach wykonań zawartość środka uszczelniającego może obejmować wstępnie przetworzone płatki włókniste, które składają się z ciał stałych unieruchomionych wewnątrz sieci włókien.

Materiał nieusuwalny

W niektórych przykładach wykonań środek uszczelniający może być materiałem nieusuwalnym, co stanowi materiał, który co najmniej częściowo nie ulega degradacji w żądanym okresie. Materiały

PL 227 550 B1 niedegradowalne do stosowania jako środek uszczelniający obejmują cement, podsadzkę i materiał o składzie podsadzkopodobnym (na przykład ceramika, piaski, boksyty). Materiały niedegradowalne tworzą niedegradowalne (i/lub nierozpuszczalne) uszczelnienie, które może następnie być co najmniej częściowo lub całkowicie usuwane za pomocą innych środków, takich jak wężownice rurowe lub materiał ścierny, taki jak piasek.

Powyższe jest dodatkowo zilustrowane przez odniesienie do poniższych przykładów, które są prezentowane do celów ilustracyjnych i których przeznaczeniem nie jest ograniczenie zakresu prezentowanego ujawnienia.

P r z y k ł a d y

W pierwszym przykładzie poziomy odwiert jest szczelinowany w odcinkach mechanicznie izolowanych przez uszczelnienia mostkujące. Każdy odcinek ma długość 91,4 m (300 stóp) i ma sześć klastrów o długości 0,3 m (1 stopa), które są oddalone o 15 m (50 stóp). Każdy klaster perforacyjny zawiera sześć perforacji. Perforacje znajdują się na zmierzonej głębokości, takiej że objętość materiału wypieranego z odwiertu do perforacji wynosi około 300 baryłek (bbl) (47 700 l).

Faza szczelinująca obejmująca 36 300 kg (80 000 funtów (lbs)) podsadzki została wtłoczona do odwiertu w celu wprowadzenia podsadzki. Po wprowadzeniu podsadzki wtłoczono około 20 baryłek (bbl) (3180 kg) separatora, po którym wpompowano środek uszczelniający. Środek uszczelniający obejmował (i) 22,7 kg (50 lbs) degradowalnych cząsteczek o rozmiarze w zakresie od około 3 mm do 100 mesh i (ii) 3,81 kg (8,4 lbs) włókien w 795 litrach (5 baryłkach (bbl)) liniowego żelu o masię 11,34 kg (25 lbs). To odpowiada 108 kg/3785 l (238 lbs/1000 gal) cząsteczek i 18,14 kg/3785 l (40 lbs/1000 gal) włókien.

Środek uszczelniający został podany ze strumienia o wysokiej energii, który wtłaczano z prędkością około 1272 l/min (8 bbl/min) podczas gdy pompy szczelinujące tłoczyły żel liniowy z prędkością przepływu około 6678 1/min (42 bbl/min), co daje całkowity przepływ tłoczenia około 7950 l/min (50 bbl/min). Strumień o wysokiej energii został w ten sposób „rozcieńczony” na strumień szczelinujący i dawka podziemna ma właściwości jakie przedstawia poniższa tablica 1.

T a b l i c a 1

Składniki dawki podziemnej

Objętość dawki	bbl (baryłki)	30
Ładunek cząstek	lbs/1000 gal (ppt)	40
Ładunek włókien	ppt	50

Dawka została rozlokowana za pomocą około 55 650 1 (350 baryłek (bbl)) wolnej od ciał stałych cieczy sieciującej. Bezpośrednio po wtłoczeniu podsadzki do perforacji prędkość wtłaczania została zredukowana z 7950 l/min (50 bbl/min) do 3180 l/min (20 bbl/min), aby utrzymać funkcje materiału uszczelniającego. Czas zastosowany do zwalniania pompy dyktuje objętość separatora między ostatnią dawką podsadzki, która została wtłoczona w perforacje przy pełnej prędkości przepływu, a początkiem wtłaczania środka uszczelniającego, który został wtłoczony w perforacje przy niższej prędkości przepływu.

Jak widać na fig. 2, nacisk powierzchniowy wzrósł o około 213,7 bara (3100 psi), gdy środek uszczelniający uderzył o powierzchnię piasku. Przyrost ciśnienia zabiegu dowodzi, że niektóre perforacje zostały uszczelnione. Po wzroście ciśnienia następuje nagły spadek ciśnienia o około 68,9 bara (1000 psi), który wskazuje na to, że perforacje, które zostały pozostawione bez stymulacji podczas fazy szczelinowania, są teraz otwarte i gotowe do przyjęcia płynu wypierającego, podczas gdy perforacje, w których podsadzka została wprowadzona uprzednio, są uszczelniane przez środek uszczelniający.

Następnie do odwiertu zostało wtłoczone uszczelnienie mostkujące, a kolejny odcinek został poddany obróbce zupełnie podobnie do pierwszego odcinka opisanego powyżej. W procesie przepłukiwania odwiertu i wtłaczania w dół odwiertu podsadzka nie była wmiatana głębiej w szczelinę, ponieważ płyn zostały skierowany do perforacji, które nie zostały poddane stymulacji podczas sekwencji „pad-to-flush”.

Mimo że poprzedni opis został tu opisany z uwzględnieniem konkretnych środków, materiałów i przykładów wykonań, nie powinno się go ograniczać do danych szczegółowych ujawnionych

PL 227 550 B1 w dokumencie; rozciąga się on raczej na wszystkie struktury, metody i użycia o równoważnej funkcji, takie jak wchodzące w zakres załączonych zastrzeżeń patentowych. Ponadto, mimo że szczegółowo opisano zaledwie kilka przykładów wykonania wynalazku, specjaliści w tej dziedzinie zdają sobie sprawę, że możliwych jest wiele modyfikacji w zakresie przykładów wykonania bez odchodzenia od ujawnienia według „sposobów minimalizacji nadmiernego wypierania podsadzki w zabiegach szczelinowania” (Methods for minimizing overdisplacement of proppant in fracture treatments). Zatem wszystkie takie modyfikacje należy włączyć w zakres niniejszego ujawnienia jako zdefiniowany w poniższych zastrzeżeniach. W zastrzeżeniach celem klauzul „środki plus funkcje” jest objęcie struktur opisanych w dokumencie jako pełniących wspomniane wyżej funkcje, a nie wyłącznie będące nie tylko ekwiwalentami strukturalnymi, ale również równoważnymi strukturami. W ten sposób, mimo że gwóźdź i śruba może nie są ekwiwalentami strukturalnymi pod tym względem, że gwóźdź wykorzystuje powierzchnię walcową do łączenia drewnianych części, natomiast śruba wykorzystuje powierzchnię ślimaka, to jednak w środowisku łączenia drewnianych części gwóźdź i śruba mogą być strukturami ekwiwalentnymi (równoważnymi). Wyraźnym zamierzeniem zgłaszającego nie było powoływanie się na akt 35 U.S.C. § 112(f) pod względem ograniczeń zastrzeżeń zawartych w tym dokumencie, oprócz tych, w których wyraźnie używa słów „środki do” wraz z towarzyszącą im funkcją.

Claims (1)

1. Sposób obróbki formacji podziemnej, przez którą przechodzi odwiert, w którym to sposobie generuje się szczeliny w formacji podziemnej, znamienny tym, że:

   wtłacza się ciecz obróbkową do odwiertu pod ciśnieniem płynu równym lub większym niż ciśnienie inicjacji szczelinowania formacji podziemnej, którą to ciecz obróbkową wykorzystuje się do transportu wstępnie wyznaczonej ilości podsadzki do odwiertu;

   wprowadza się środek uszczelniający podczas wtłaczania cieczy obróbkowej bez obniżania ciśnienia płynu, przy czym środek uszczelniający wprowadza się do cieczy obróbkowej po wprowadzeniu całości wstępnie wyznaczonej ilości podsadzki do odwiertu, ale zanim całość wstępnie określonej ilości podsadzki dotrze do szczeliny, a ponadto w sposobie pompuje się objętość separatora między tylnym czołem podsadzki, a brzegiem czoła prowadzącego środka uszczelniającego, która to objętość jest mniejsza niż objętość odwiertu między płaszczyzną otwarcia odwiertu a szczeliną uszczelnianą środkiem uszczelniającym; oraz wytwarza się usuwalne uszczelnienie ze środka uszczelniającego w szczelinie, aby zapobiegać nadmiernemu wypieraniu podsadzki, która została wprowadzona do szczeliny. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako środek uszczelniający stosuje się materiał wybrany z grupy obejmującej materiał usuwalny i nieusuwalny.

   Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że jako środek uszczelniający stosuje się materiał usuwalny obejmujący materiał degradowalny, a w sposobie ponadto umożliwia się, aby materiał degradowalny ulegał co najmniej częściowej degradacji po wstępnie określonym okresie czasu.

   Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że jako środek uszczelniający stosuje się materiał usuwalny obejmujący materiał rozpuszczalny, a w sposobie ponadto umożliwia się, aby materiał rozpuszczalny ulegał co najmniej częściowemu rozpuszczeniu po wstępnie określonym okresie czasu.

   Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że środek uszczelniający wprowadza się do cieczy obróbkowej wraz z ostatnim 1% wag. wstępnie określonej porcji podsadzki, która jest wtłaczana do odwiertu.

   Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że środek uszczelniający wprowadza się do cieczy obróbkowej w okresie czasu, który zawiera się w zakresie od około 2 sekund do około 180 sekund od wtłoczenia całości wstępnie określonej ilości podsadzki do odwiertu.

   Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ponadto wykonuje się operację w kanale podziemnym po uformowaniu degradowalnego uszczelnienia.

   Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ciecz obróbkową wtłacza się do odwiertu z prędkością przepływu od około 20 baryłek na minutę (bbl/min) (2,38 m³/min) do około 120 baryłek na minutę (bbl/min) (14,31 m³/min).

   PL 227 550 B1

   9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ponadto wprowadza się uszczelnienie mostkujące w odwiercie pomiędzy otworem na powierzchni odwiertu a szczeliną.

   10. Sposób minimalizacji nadmiernego wypierania podsadzki z formacji podziemnej, przez którą przechodzi odwiert, znamienny tym, że:

   wprowadza się zawiesinę, w tym porcję podsadzki, do szczeliny uformowanej w formacji podziemnej;

   pompuje się objętość separatora między tylnym czołem podsadzki, a brzegiem czoła prowadzącego środka uszczelniającego;

   wprowadza się środek uszczelniający do zawiesiny, jednocześnie lub po wprowadzeniu ostatniego procentu porcji podsadzki, bez obniżania ciśnienia płynu używanego do wprowadzania porcji podsadzki do szczeliny; oraz uszczelnia się szczelinę przez wytworzenie uszczelnienia ze środka uszczelniającego.

   11. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że prędkość przepływu zawiesiny w prowadzanej do odwiertu, nie ulega fluktuacjom przekraczającym 5% w czasie wprowadzania środka uszczelniającego do zawiesiny.

   12. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że zawiesinę wprowadza się do odwiertu z prędkością przepływu od około 20 baryłek na minutę (bbl/min) (2,38 m³/min) do około 120 baryłek na minute (bbl/min) (14,31 m³/min).

   13. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że jako środek uszczelniający stosuje się materiał obejmujący materiał usuwalny.

   14. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że stosuje się materiał usuwalny obejmujący włókna.

   15. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że jako środek uszczelniający stosuje się usuwalny materiał obejmując) cząstki stałe.

   16. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że stosuje się materiał usuwalny tworzący uszczelnienie w szczelinie poprzez formowanie mostków z podsadzka w szczelinie.

   17. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że ponadto umożliwia sie co najmniej częściową degradację materiału degradowalnego po wstępnie określonym okresie.

   18. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że nie wprowadza się uszczelnienia mostkowego lub piaskowego do odwiertu przed szczelinowaniem kolejnej warstwy.

   19. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że stosuje się fazę ciekłą zawiesiny zawierającą jeden lub więcej składników wybranych z grupy obejmującej surfaktanty wiskoelastyczne, kosurfaktanty i modyfikatory reologii.