Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
FLUID FOR FORMATION TREATMENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/026294
Kind Code:
A1
Abstract:
Proposed are a fluid and a method for treatment of a subterranean formation that is intersected by a well. The present method consists in pumping in a formation treatment fluid in order to form a hydraulic fracture, said formation treatment fluid containing a low-viscosity carrier fluid, a proppant dispersed in said low-viscosity carrier fluid, and a mixture of fibres with different rigidities and a silicone finish. This method provides for improved fibre dispersion, lowers the proppant settling rate and reduces the likelihood of fibre bridging in hydraulic fractures.

Inventors:
SHALAGINA, Anastasia Evgenyevna (ul. Molodezhnaya, 4 kv. 130,Novosibirsk regio, g. Koltsovo 9, 630559, RU)
INOZEMTSEVA, Elizaveta Andreevna (ul. Baltiyskaya, 31 kv. 3, g. Novosibirsk 8, 630058, RU)
Application Number:
RU2016/000496
Publication Date:
February 08, 2018
Filing Date:
August 01, 2016
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
SCHLUMBERGER CANADA LIMITED (125-9 Avenue SE, Calgary, Alberta T2G 0P6, CA)
SCHLUMBERGER TECHNOLOGY CORPORATION (Shlumberger Drive, 300Texa, Sugar Land ., 77478, US)
SHLUMBERGER TECHNOLOGY B.V. (Parkstraat, 83-892514JG, The Hague, 2514ЙГ, NL)
SERVICES PETROLIERS SCHLUMBERGER (42 rue Saint Dominique, Paris, 75007, FR)
International Classes:
C09K8/80; C09K8/88; C09K8/92; E21B43/22; E21B43/267
Attorney, Agent or Firm:
MARKOVA, Irina Ivanovna ("Technology Company Schlumberger", ul. Zelyonaya Gorka 1/1, Novosibirsk 0, 630060, RU)
Download PDF:
Claims:
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Жидкость для обработки пласта, содержащая:

низковязкую несущую жидкость с вязкостью менее 50 мПа-с при скорости сдвига 170 с- 1 и при температуре 25°С;

проппант, диспергированный в низковязкой несущей жидкости; и

волокна, диспергированные в низковязкой несущей жидкости, причем волокна представлены волокнами, отличающимися жесткостью, при этом не менее 40% волокон имеют силиконовое аппретирование.

2. Жидкость по п.1, в которой волокна аппретированы силиконовой жидкостью, выбранной из группы линейных полисилоксанов.

3. Жидкость по пп.1 или 2, в которой волокна аппретированы силиконовой жидкостью, при этом силикон имеет молекулярный вес от 250 г/моль до

25 000 г/моль.

4. Жидкость по п.1, в которой волокна представлены волокнами, отличающимися жесткостью, при этом жесткие и нежесткие волокна отличаются по фактору жесткости в пять и более раз.

5. Жидкость по пп.1 или 4, в которой нежесткие волокна имеют силиконовое аппретирование.

6. Жидкость по п.1, в которой низковязкая несущая жидкость представлена линейным гелем или водным раствором полимера для снижения трения.

7. Жидкость по п. 1, в которой низковязкая несущая жидкость содержит водный солевой раствор.

8. Жидкость по п.1, которая содержит от 0,06 до 1 кг/л проппанта в расчете на общий объем низковязкой несущей жидкости.

9. Жидкость по п.1, в которой волокна диспергированы в низковязкой несущей жидкости в количестве, достаточном для уменьшения осаждения проппанта в низковязкой несущей жидкости.

10. Жидкость по п.1, в которой волокна диспергированы в низковязкой несущей жидкости в количестве, достаточном для предотвращения волоконного тампонирования. 1 1. Жидкость по п.1, которая содержит от 1,2 до 12 г/л волокон в расчете на общий объем низковязкой несущей жидкости.

12. Жидкость по п.1, в которой волокна содержат вещества из класса полиэфиров.

13. Жидкость по п.12, в которой полиэфиры выбраны из группы включающей полимолочную кислоту, полигликолевую кислоту, сополимеры молочной и гликолевой кислот, и их комбинации. 14. Жидкость по п.1, в которой волокна выбраны из синтетических и натуральных материалов, включающих полимолочную кислоту, полигликолевую кислоту, полиэтилентерефталат, полиэфиры, полиамиды, поликапролактоны, полибутилен сукцинат, полидиоксанон, нейлон, стекло, углеродсодержащие соединения, шерсть, базальт, акрил, полиэтилен, полипропилен, полифениленсульфид, поливинилхлорид, полиуретан, поливиниловый спирт, хлопок, целлюлоза и другие натуральные волокна, а также их комбинации.

15. Способ обработки подземного пласта, пересекаемого скважиной, содержащий:

закачивание жидкости для обработки пласта до образования трещин гидравлического разрыва, причем жидкость для обработки пласта содержит: низковязкую несущую жидкость с вязкостью менее 50 мПа-с при скорости сдвига 170 с-1 и при температуре 25°С;

проппант, диспергированный в низковязкой несущей жидкости; и

волокна, диспергированные в низковязкой несущей жидкости, причем волокна представлены волокнами, отличающимися жесткостью, при этом не менее 40% волокон имеют силиконовое аппретирование;

закачивание жидкости для обработки пласта при расходе, достаточном для предотвращения волоконного тампонирования в скважине. 16. Способ по п.15, в котором волокна аппретированы силиконовой жидкостью, выбранной из группы линейных полисилоксанов.

17. Способ по пп.15 или 16, в котором волокна аппретированы силиконовой жидкостью, в которой силикон имеет молекулярный вес от 250 г/моль до 25 000 г/моль.

18. Способ по п.15, в котором волокна представлены волокнами, отличающимися жесткостью, при этом жесткие и нежесткие волокна отличаются по фактору жесткости в пять и более раз.

19. Способ по п.15, в котором низковязкая несущая жидкость представлена линейным гелем или водным раствором полимера для снижения трения.

20. Способ по п.15, в котором низковязкая несущая жидкость включает водный солевой раствор.

21. Способ по п.15, в котором волокна диспергированы в низковязкой несущей жидкости в количестве, достаточном для уменьшения осаждения проппанта в низковязкой несущей жидкости.

22. Способ по п.15, в котором волокна диспергированы в низковязкой несущей жидкости в количестве, достаточном для предотвращения волоконного тампонирования. 23. Способ по п.15, в котором волокна содержат вещества из класса полиэфиров, гидролизующихся в скважинных условиях.

24. Способ по п.15, в котором жидкость для обработки пласта закачивают порциями, содержащими проппант, и порциями, не содержащими проппант.

25. Способ уменьшения скорости осаждения проппанта в жидкости для обработки пласта, циркулирующей по стволу скважины, в котором жидкость для обработки пласта содержит:

низковязкую несущую жидкость с вязкостью менее 50 мПа-с при скорости сдвига 170 с-1 и при температуре 25°С;

проппант, диспергированный в низковязкой несущей жидкости;

волокна, диспергированные в низковязкой несущей жидкости, причем волокна представлены волокнами, отличающимися жесткостью, при этом не менее 40% волокон имеют силиконовое аппретирование; и

закачивание жидкости для обработки пласта в количестве, достаточном для уменьшения осаждения проппанта, а также поддержание скорости циркуляции жидкости для предотвращения волоконного тампонирования.

26. Способ по п.25, в котором низковязкая несущая жидкость содержит полимер для снижения трения.

Description:
ЖИДКОСТЬ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПЛАСТА

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Техническое решение относится к нефтегазовой области, в частности, к стимулированию подземного пласта с помощью гидравлического разрыва, а также к композиции для использования в операциях гидравлического разрыва пласта.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0001] Волокна как добавки в буровую жидкость или жидкость для гидравлического разрыва пласта (ГРП) широко используются для изменения реологии жидкости. Дисперсию волокон с длиной порядка 1-12 мм вводят в загущенную полимером жидкость ГРП для уменьшения осаждения проппанта (расклинивающего агента), то есть для улучшения транспортных свойств проппанта вглубь трещины ГРП на этапе размещения проппанта. Также диспергированные волокна добавляют в обрабатывающие жидкости, для уменьшения потери жидкости в зонах скважины с высокой проницаемостью (порции для отклонения потока жидкости).

[0002] В некоторых операциях ГРП применяют низковязкие флюиды с добавлением полимера, снижающего трение (slickwater frac). В таких операциях ГРП агрегирование волокон (то есть низкая дисперсность волокон) и волоконное закупоривание каналов (также известное как «волоконное тампонирование») снижает приток жидкости ГРП в образованную трещину, что понижает эффективность всей операции по обработке пласта. Особенно это заметно для пород, где операция ГРП создает сеть узких трещин, для которых повышена вероятность волоконного тампонирования (fiber bridging).

[0003] Состав с волокнами, которые содержат силиконовый полимер в виде добавки в материал (в пределах от 0.1% до 20%) обеспечивает снижение нежелательного волоконного тампонирования (fiber bridging) и такой состав описан в международной заявке WO 2015160275. Показано, что волокна, модифицированные силиконовой добавкой, имеют существенно низкий порог по скорости закачивания суспензии волокон. То есть, при операции ГРП не возникает волоконного закупоривания в проточных каналах, например, в узких (приблизительно 1-3 мм) трещинах гидроразрыва. В качестве несущей жидкости используют низковязкую жидкость (slickwater) с низкой концентрацией полимера, снижающего трение. Вязкость такой несущей жидкости выбирают менее 50 мПа-с.

[0004] Низкая дисперсность волокон при приготовлении обрабатывающей жидкости является препятствием для эффективной ГРП. Если волокна в жидкости спутываются и образуют пучки в процессе размешивания, то проппант быстрее оседает в жидкости ГРП, а также повышаются вероятность закупоривания и образования пробок внутри компонентов скважинного оборудования (насосы и клапаны) при закачке жидкости с волокнами.

[0005] Отмечено также, что многие виды полимерных или природных волокон имеют низкий срок хранения на складе, поскольку сорбированная вода способствует слеживаемости (слипанию) отдельных волокон в пучки волокон, которые затем трудно диспергировать до однородного состояния.

[0006] На стадии приготовления и закачки обрабатывающей жидкости в скважину существует потребность обеспечить высокую диспергируемость волокон в жидкости. Также существует потребность в улучшении свойств обрабатывающей жидкости пласта для того, чтобы жидкость с диспергированными волокнами имела низкую склонность к волоконному тампонированию при циркуляции жидкости в стволе скважины. При этом добавка волокон в жидкость обеспечивает уменьшение скорости осаждения проппанта в жидкости. Соответственно, есть потребность в улучшении технологий, повышающих диспергируемость волокон в низковязкой несущей жидкости и понижающих возможность волоконного тампонирования трещин ГРП.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ

[0007] Согласно различным вариантам раскрытия составы жидкостей для обработки пласта и способы при использовании волокон в низковязкой несущей жидкости обеспечивают высокую дисперсность суспензии из волокон различного типа, позволяют уменьшить осаждение проппанта, при этом обеспечивая низкую склонность к волоконному тампонированию.

[0008] В настоящем раскрытии описана жидкость для обработки пласта, которая содержит низковязкую несущую жидкость с вязкостью менее 50 мПа-с при скорости сдвига 170 с-1 и при температуре 25 °С, также содержит проппант, диспергированный в низковязкой несущей жидкости и волокна (полимерные или природные), диспергированные в низковязкой несущей жидкости. Диспергированные волокна отличаются жесткостью, при этом не менее 40% волокон имеют силиконовое аппретирование. Аппретирование может осуществляться аэрозольным нанесением силикон-со держащих жидкостей на нарубленные волокна.

[0009] В настоящем раскрытии описан также способ обработки подземного пласта, пересекаемого скважиной. Способ обеспечивает закачивание жидкости для обработки пласта для образования ГРП, при этом жидкость для обработки пласта содержит низковязкую несущую жидкость с вязкостью менее 50 мПа-с при скорости сдвига 170 с-1 и при температуре 25 °С, также содержит проппант, диспергированный в низковязкой несущей жидкости и волокна (полимерные или природные), диспергированные в низковязкой несущей жидкости. Диспергированные волокна отличаются жесткостью, при этом не менее 40% волокон имеют силиконовое аппретирование. Затем по способу закачивают жидкость для обработки пласта при расходе, достаточном для предотвращения волоконного тампонирования в скважине.

[0010] В настоящем раскрытии описан также способ уменьшения скорости осаждения проппанта в низковязкой жидкости, циркулирующей по стволу скважины. Способ обеспечивает закачивание низковязкой несущей жидкости с вязкостью менее 50 мПа-с при скорости сдвига 170 с-1 и при температуре 25°С, проппанта, диспергированного в низковязкой несущей жидкости и волокон, диспергированных в низковязкой несущей жидкости. Волокна представлены волокнами, отличающимися жесткостью, при этом не менее 40% волокон имеют силиконовое аппретирование. Далее способ предполагает закачивание жидкости для обработки пласта в количестве, достаточном для уменьшения осаждения проппанта, а также поддержание скорости циркуляции жидкости для предотвращения волоконного тампонирования. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[ООП] Фиг. 1А показывает схему экспериментальной установки с проточным каналом для испытания жидкости на эффект волоконного тампонирования. [0012] Фиг. 1В показывает увеличенный вид проточного канала в экспериментальной установке, изображенной на Фиг. 1А.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0013] Для лучшего понимания принципов настоящего раскрытия приведены ссылки на некоторые показательные варианты осуществления. В данном контексте «осуществления» означают неограничивающие примеры, которые могут применятся по одиночке или в комбинации с другими вариантами. Также следует понимать, что описанные осуществления настоящего раскрытия не накладывают ограничений на объем защиты, так что возможны любые изменения или модификации изложенных вариантов жидкости или способов, насколько это понятно среднему специалисту в данной области.

[0014] Также следует понимать, что хотя большая часть изложенного детального описания относится к операциям гидроразрыва пласта (ГРП), но также возможно применение настоящего решения к другим операциям, применяемым в нефтегазодобыче, таким как, например, цементирование, создание гравийных упаковок, промывка, а также в областях помимо нефтегазовой индустрии, где можно реализовать преимущества от настоящего раскрытия.

[0015] В рамках описанных реализаций, жидкость для обработки пласта содержит низковязкую несущую жидкость, проппант, переносимый несущей жидкостью, и, смесь, по меньшей мере, двух видов волокон, диспергированных в несущей жидкости. В настоящем описании под «низковязкой жидкостью» понимают жидкость с вязкостью ниже чем 50 мПа-с, измеренную при скорости сдвига 170 с 1 и температуре 25°С. Такая жидкость отличается от традиционной (вязкой) жидкости ГРП, когда для переноса проппанта используют линейный гель или сшитый гель, имеющий вязкость в десятки и сотни раз выше. В традиционной жидкости ГРП высокая вязкость полимерного геля заметно снижает скорость осаждения твердых частиц с плотностью выше, чем плотность несущей жидкости (закон Стокса).

[0016] В различных реализациях настоящего раскрытия жидкость для обработки пласта содержит дисперсию проппанта в весовой концентрации в пределах от 0,01 до 1 кг/л общего объема несущей жидкости (или в интервале от 0,1 до 8,3 рра), или в интервале от 0,12 до 0,48 кг/л проппанта на общий объем жидкости (от 1 до 4 рра). Здесь загрузка проппанта в жидкость выражена как вес проппанта, добавленного к заданному объему полученной жидкости, приведенной в метрических единицах, т.е. в кг/л, или в неметрических полевых единицах (рра = pounds of proppant added per gallon, или фунты проппанта на галлон жидкости). Типичные разновидности проппанта включают керамический проппант, калиброванный песок, бокситы, стеклянные шарики, размолотая скорлупа орехов, проппант из жесткого полимерного материала, и их смеси.

[0017] В различных реализациях настоящего раскрытия эффективное количество смеси волокон двух видов, добавленных в несущую жидкость, достаточно, чтобы замедлить (приостановить) осаждение проппанта. К примеру, такое замедленное осаждение проппанта количественно выявляют по наблюдаемой картине распределения проппанта в статических условиях при температуре 25 °С в течение 90 минут. При такой тестовой процедуре загущенную полимером жидкость с диспергированным проппантом размещают в прозрачном градуированном цилиндре и отмечают по временным меткам точное местоположение верхней границы нижней жидкости, где присутствует проппант. Эту верхнюю границу присутствия проппанта в жидкости записывают через равные временные интервалы при неизменных внешних условиях. Долю осажденного проппанта вычисляют по следующей формуле:

Доля осажденного проппанта = [начальный уровень проппанта (t=0)] - [верхний уровень проппанта в момент п] / [начальный уровень проппанта (t=0)] -

[конечный уровень проппанта (t=oo)] [0018] Считается, что диспергированные волокна в несущей жидкости уменьшают осаждение проппанта, если доля осажденного проппанта в выбранный момент времени ниже, чем для такой же системы, но в дисперсии без волокон. В большинстве примеров, статический тест на осаждение проппанта по истечении 90 минут при комнатной температуре дает долю осаждённого проппанта ниже 50%.

[0019] При закачивании твердых частиц, волокон, или их смесей через узкие каналы при определённых (низких) скоростях, волокна образуют проницаемую сетку из волокон, которая частично ограничивает приток жидкости через каналы. (При высоких скоростях поток вымывает сетку из волокон из узкого канала - то есть нет места закупориванию). При этом из-за частичного перекрытия канала, в скважинной области выше по течению резко повышается статическое давление жидкости (это индикатор закупоривания канала). В нефтегазовой индустрии такое поведение дисперсии волокон называют «волоконное тампонирование» (fiber bridging).

[0020] Например, способ для усиления волоконного тампонирования в проточных каналах используют для уменьшения потери буровой жидкости в трещиноватой породе, как это описано в патенте RU 2569386. В подобных применениях, волоконное тампонирование является полезным эффектом и его применяют для уменьшения циркуляции буровой жидкости в крупных трещинах, куда можно доставить волокна нужной длины и концентрации.

[0021] Однако, при проведении операции ГРП, подобное накопление волокон в узких местах трещины является нежелательным явлением, поскольку мешает закачиванию жидкости и распространению трещины ГРП. До сих пор широкое применение жидкостей с волокнами в нефтяной индустрии сдерживается из-за вероятности волоконного тампонирования (закупорки) и прерывания операции. В рамках настоящего раскрытия описаны состав обрабатывающей жидкости и способы для борьбы с нежелательным волоконным тампонированием при проведении операции ГРП.

[0022] Эффективным инструментом для снижения волоконного тампонирования в операции ГРП является аппретирование (поверхностная обработка) волокон силиконовой жидкостью («силикон-аппретирование»). Аппретирование волокон гидрофильными или гидрофобными жидкими агентами давно известно в текстильной промышленности, где это подход применяют для улучшения поверхностных свойств волокон и нитей. В частности, поверхностное аппретирование полимерных волокон проводят для улучшения скольжения между непрерывным волокном и элементами текстильного оборудования (чтобы избежать разрыва пряжи при высокой нагрузке на волокно). Кроме того, аппретирование волокон на конечных стадиях производства проводят для придания полимерному волокну полезных свойств: антистатических, противопожарных, и водоотталкивающих свойств.

[0023] Силикон-аппретированные волокна по сравнению с необработанными (чистыми) волокнами имеют меньшее трение при контакте между собой или при контакте со стенками трещины ГРП. Силикон-аппретированные волокна выбирают из класса полимерных или минеральных волокон, имеющих различную жесткость (используют двойную смесь волокон). Двойная смесь силикон-аппретированных волокон в достаточной концентрации обеспечивает снижение скорости осаждения проппанта в низковязкой несущей жидкости, в частности, когда скорость осаждения проппанта измерена в статическом тесте или оценена по испытанию в горизонтальном канальном потоке при скорости жидкости не более 0.1 м/с.

[0024] Чтобы найти интервалы параметров закачки обрабатывающей волоконной жидкости без эффекта волоконного тампонирования, проводят предварительные испытания водной дисперсии волокон, но уже без проппанта. Такую жидкость (дисперсия волокон) прокачивают через экспериментальную ячейку с узким каналом при различных уровнях расхода жидкости и находят низкий уровень расхода жидкости. Экспериментальная установка/ячейка и принцип действия показаны на Фиг. 1А и Фиг. 1В. Здесь изображен узкий проточный канал с шириной 1,0 - 2,0 мм. Высота канала в ячейке составляет 15-16 мм, и длина узкой проточной части (зона возможного закупоривания волокнами) составляет 65 мм. Эффективная скорость закачивания задается насосом и ее выбирают на уровне выше 0,15 м/с или выше 0,10 м/с.

[0025] В других вариантах настоящего раскрытия поведение обрабатывающей жидкости, нагруженной волокнами и проппантом, оценивалась по картине осаждения проппанта в длинном проточном канале (имитация трещины ГРП). Закономерности осаждения проппанта и волоконного тампонирования (закупоривания канала смесью волокон и частиц) оценивались по накоплению осажденного проппанта на дне проточного канала. Основные параметры эксперимента: закачивание с помощью насоса жидкости обработки при температуре 25°С через канал с вертикальной (высота 0,5 м) щелью с шириной 1 - 2 мм и длиной 3 м. Закачивают жидкость, содержащую два вида волокон и один вид проппанта при скоростях потока через щель на уровне 0,30 м/с и на уровне 0,15 м/с. При этом сравнивают полученное распределение проппанта в объеме канала с исходным распределением проппанта в случае жидкости с дисперсией проппанта, но без волокон.

[0026] Для исследования поведения проппанта в длинной проточной ячейке, стенки проточной части выполняют из прозрачного материала, чтобы оценивать осаждение проппанта на дне. Уменьшение осаждения проппанта благодаря дисперсии волокон в несущей жидкости оценивают по уменьшению осажденного материала на дне канала. Эффект волоконного тампонирования (частичной закупорки) наблюдается в такой ячейке как уменьшение общего расхода жидкости через канал, что также вызывает резкое накопление проппанта в объеме канала.

[0027] В вариантах реализации настоящего раскрытия жидкость для обработки содержит волокна с весовой концентрацией в пределах от 1,2 до 12 г/л от общего объема жидкости, в неметрических единицах эта концентрация находится в интервале от 10 до 100 ppt (pounds per thousand gallons). В других вариантах концентрация диспергированных волокон находится в интервале от 2,4 до 4,8 г/л (или в интервале от 20 до 40 ppt).

[0028] В вариантах реализации настоящего раскрытия волокна в несущей жидкости являются волокнами с различной жесткостью. Различие в жесткости волокон может задаваться выбором материала (модуль Юнга для материала волокна), диаметром волокон и длиной волокон. Качественно и количественно фактор жесткости связан в поперечной деформацией волокна при фиксированной нагрузке. Фактор жесткости волокон S описан в патенте US 8776882 ((Engineered Fibers for Well Treatments)), где волокна сравнивают с эталонным волокном с безразмерным фактором жесткости равным 1 : это эталонное волокно, выполненное из стекла, имеет диаметр 12 мкм и длину 6 мм. Для сравнения можно в качестве эталона выбирать и иные образцы единичного волокна. В вариантах реализации настоящего раскрытия два типа волокон, добавленных в обрабатывающую жидкость, имеют факторы жесткости, которые различаются в пять и более раз (соответственно обозначены как «жесткие» и «нежесткие» волокна). Другими словами, короткие волокна имеют фактор жесткости выше, чем аналогичные длинные волокна из одного и того же материала. Соответственно, волокна из материала с более высокой прочностью (высокий модуль Юнга) являются «жесткими». Определение фактора жесткости волокна и способы его измерения приняты по описанию патента US 8776882 «Engineered Fibers for Well Treatments)), процитированного здесь во всей полноте.

[0029] В вариантах настоящего раскрытия полимерные («нежесткие») волокна выполнены из материала, который медленно деградирует в скважинных условиях. По выбранному температурному интервалу деградирования полимерного материала различают «низкотемпературные волокна», «среднетемпературные волокна», «высокотемпературные волокна» с соответствующими температурными интервалами от 60°С до 93°С; от 94°С до 149°С; и от 150°С до 204°С. Жесткие волокна сравнивают по фактору жесткости с нежесткими волокнами в одном избранном температурном интервале.

[0030] В одном из вариантов настоящего раскрытия деградирующие полимерные волокна выполнены из полиэфиров. При деградации полиэфиры производят органические кислоты, поэтому повышение концентрации кислот может служить критерием для оценки деградации (гидролиза) волокон, выполненных их полиэфиров. Например, считают, что полиэфир деградируют при низких температурах (менее 93°С), если медленное нагревание 10 г полимерных волокон в 1 литре деионизованной воды снижет рН воды до уровня 3. Далее, полиэфир деградируют при умеренных температурах (интервал 93 °С - 149°С), если медленное нагревание 10 г полимерных волокон в 1 литре деионизованной воды снижет рН воды до уровня 3. Далее, полиэфир деградируют при высоких температурах (интервал 150-204°С), если медленное нагревание 10 г полимерных (полиэфирных) волокон в 1 литре деионизованной воды снижет рН воды до уровня 3. В различных примерах, полиэфир в качестве деградирующего материала волокон выбирают из группы, включающей полимолочную кислоту (ПМК), полигликолевую кислосту (ПГК), их сополимеры или комбинации.

[0031] В различных вариантах реализации настоящего раскрытия полимерные волокна могут быть выполнены из следующего ряда синтетических и натуральных материалов, включающих в себя полимолочную кислоту, полигликолевую кислоту, полиэтиле нтерефталат, полиэфиры, полиамиды, поликапролактоны, полибутилен сукцинат, полидиоксанон, нейлон, стекло, углеродсодержащие соединения, шерсть, базальт, акрил, полиэтилен, полипропилен, полифениленсульфид, поливинилхлорид, полиуретан, поливиниловый спирт, шёлк, хлопок, целлюлоза и другие наутральные волокна, а также их комбинации.

[0032] Кроме того, полимерные волокна можно классифицировать по температуре стеклования полимера и по температуре плавления полимера, что применимо для оценки фактора жесткости волокна при приготовлении суспензии волокон. В различных реализациях настоящего раскрытия полимолочная кислота (ПМК) имеет температуру стеклования (Tg) выше 20°С или выше 25°С, или выше 30°С, или в интервале от 35°С до 55°С. В различных реализациях настоящего раскрытия полимолочная кислота (ПМК) имеет температуру плавления (Тт) ниже 140°С или ниже 160°С, или ниже 180°С.

[0033] В иных вариантах реализации настоящего раскрытия используют смесь из, по меньшей мере, двух видов волокон с различной жесткостью, которые также имеют аппретирование из жидкого силиконового материала, составляющее от 0,1% до 10% от массы необработанных (сухих) волокон.

[0034] Без желания ограничивать себя какой-либо теорией или концепцией, авторы считают, что силикон-аппретированные волокна имеют высокую дисперсию в водной жидкости и проявляют меньшую склонность к агрегированию и волоконному тампонированию в узких проточных каналах (таких как трещины ГРП).

[0035] В рамках настоящего раскрытия следует широко понимать такой класс веществ как силиконовые жидкости (силикон-содержащие жидкости). Силиконовые жидкости (или силиконовые масла) следует выбирать жидкими (и низковязкими) при комнатной температуре (25°С). Это связанно с процедурой нанесения жидкого силиконового покрытия (аппретирования) на готовые волокна. При заводской технологии нанесения силиконовой жидкости нить волокна пропускают через специальные погружные ванны с силиконовой жидкостью, затем поверхностно- обработанные волокна отжимают на валках и подвергают сушке. Далее нити силикон-аппретиро ванных волокон измельчают до нужной длины (1-12 мм) и расфасовывают на хранение. [0036] По другой технологии, уже нарубленные до нужного размера волокна приводят в контакт с низковязкой силиконовой жидкостью (легкое силиконовое масло). Например, волокна замачивают в силиконовой жидкости (или силикон- содержащей жидкости) и удаляют избыток жидкости. По другому варианту, волокна подвергают контакту с аэрозолем силиконового масла (используют распылитель силиконовой жидкости) при непрерывном перемешивании массы волокон, что обеспечивает частичное покрытие волокон силиконовой жидкостью. Температура и продолжительность сушки волокон после контакта с легким силиконовым маслом зависит от материала волокна и вида разбавителя (условия сушки не снижают прочность волокна). Силикон-аппретированные волокна становятся скользкими на ощупь («скользкие волокна»),

[0037] Жидкий силиконовый полимер (силиконовое масло) выбирают их класса линейных полисилоксанов, циклических полисилоксанов, разветвленных полисилоксанов, и их смесей. В частности, силиконовый полимер известный как диметикон (легкое силиконовое масло) используют для аппретирования полимерных волокон путем распыления аэрозоля диметикона. Жидкий силиконовый полимер относится к классу полидиметилсилоксанов (ПДМС). Для снижения вязкости силиконовой жидкости (условие осуществления распыления аэрозоля) можно применять нейтральный низковязкий разбавитель.

[0038] Разбавитель для силиконовой жидкости выбирают из классов: легкие углеводороды (С5-С8), фреоны, спирты, гликоли и их эфиры, фторуглеродные жидкости и иные низковязкие жидкие носители, совместимые с материалом волокна и с силиконом (нейтральный разбавитель).

[0039] В различных реализациях настоящего раскрытия применяют линейный силиконовый полимер. Такой линейный силикон имеет молекулярный вес (Mw) выше, чем 250 г/моль или выше 1000 г/моль, или менее, чем 25 000 г/моль. Плотность силиконового полимера (например, полидиметилсилоксана) при комнатной температуре находится в интервале от 0,8 до 1,00 г/см 3 .

[0040] Смесь двух видов волокон с силиконовым покрытием (силикон- аппретирванные волокна) имеют высокую дисперсию в водной несущей среде, а также обеспечивают улучшенный транспорт проппанта (позволяют получить высокую загрузку проппанта в жидкости) и снижают требования к мощности насосов (используется низковязкая жидкость). Тем самым, смесь силикон-аппретированных волокон, диспергированная в низковязкой жидкости, улучшает транспорт проппанта в трещине ГРП. По меньшей мере один вид волокон в смеси волокон может быть выбран из категории медленно деградирующих волокон в пластовых условиях. Нежесткие волокна выбирают из класса деградидующих (гидролизуемых) волокон.

[0041] В различных реализациях настоящего раскрытия несущей жидкостью является вода с добавкой полимера или солевой водный раствор. В различных вариантах реализации настоящего раскрытия несущая жидкость может включать низкие концентрации линейного (несшитого) геля, то есть, водорастворимые полимеры, такие как гидроксиметилцеллюлоза (ГМЦ), гуар, сополимеры полиакриламида и его производные (например, акриламид-метил-пропан сульфонатный полимер (AMPS)), а также системы на основе вязко эластичного сурфактанта (ВЭС). Концентрация водорастворимого полимера может быть в интервале от 0,12 г/л до 1,8 г/л. Концентрация ВЭС выбирают ниже 10 мл/л.

[0042] В иных вариантах реализации настоящего раскрытия в жидкость для обработки добавляют агент для уменьшения потерь жидкости в виде мелких твердых частиц с размерами менее 10 микрон. Вариантом при добавке агента по снижению потерь жидкости (мелкие частицы закупоривают поры в породе) являются частицы γ- окиси алюминия, коллоид окиси кремния, СаСОз, Si0 2 , бентонит и другие. Например, коллоидный оксид кремния выступает как сверхмелкий агент для снижения потерь жидкости, и его применяют в зависимости от размера микропор в пласте.

[0043] В различных вариантах реализации настоящего раскрытия несущая жидкость включает солевой раствор, например, хлорид натрия, бромид калия, хлорид аммония, хлорид калия или их комбинации.

[0044] В различных вариантах реализации настоящего раскрытия жидкость для обработки дополнительно включает полимерный агент для уменьшения трения в виде водорастворимого полимера. Также жидкость для обработки может включать различные реактивы, используемые для обработки пласта, например, стабилизатор глины, биоциды, сшивающие агенты, агенты деструкции полимера, ингибиторы коррозии, температурные стабилизаторы, сурфактанты или твердые добавки для контроля выноса проппанта.

[0045] В различных вариантах реализации способ обработки пласта, пересекаемого скважиной, обеспечивает закачивание описанной здесь жидкости для обработки пласта для образования системы гидроразрыва пласта, поддержание расхода жидкости на уровне выше скорости волоконного тампонирования, как, например, определенного из лабораторных испытаний в проточной ячейке для жидкости, содержащей дисперсию волокон.

[0046] В различных вариантах реализации настоящего раскрытия способ обработки пласта также предполагает закачивание порций жидкости без проппанта (чистые порции), которые закачивают до проппантно-нагруженной суспензии, в конце ГРП, или на этапе промывки ствола скважины. Эти дополнительные порции могут содержать волокна, аппретированные силиконовой жидкостью.

[0047] Жидкость для обработки пласта со смесью волокон получают с помощью блендеров, смесителей и иного стандартного поверхностного оборудования, а также используют насосы для закачивания смеси и поддержания циркуляции жидкости. При этом жидкость для обработки содержит проппант, диспергированный в низковязкой жидкости. Способ предполагает диспергирование смеси силикон-аппретированных волокон с различающейся жесткостью, причем волокна добавляют в количестве, достаточном для уменьшения скорости осаждения проппанта, которую определяют по испытаниям в статическом тесте на осаждение. При приготовлении смеси волокон, в смеситель загружают нежесткие волокна в количестве 50-90% от общей массы волокон, и добавляют жесткие волокна в оставшемся количестве от общей массы волокон.

[0048] Без стремления быть связанным какой-либо моделью или теорией для описания поведения диспергированных волокон, считается, что добавка небольшого количества жестких волокон к нежестким (мягким) волокнам («двойная смесь волокон») повышает дисперсность общей смеси волокон в несущей жидкости. При этом небольшая доля жестких волокон (10-20%) не повышает тот расход жидкости, при котором имеет место волоконное тампонирование. Желательно также то, чтобы волокна хотя бы одного типа имели силиконовое аппретирование, что обеспечивает высокую дисперсию смеси волокон в несущей жидкости (не образуются пучки или сгустки волокон).

[0049] Совместное использование смеси волокон, имеющих различный фактор жесткости, и аппретирование, по меньшей мере, части волокон приводит к неожиданному синергетическому эффекту, поскольку такая смесь существенно понижает расход жидкости, при которой формируется пробка из волокон (волоконное тампонирование), и такой результат не достигается, если в несущей жидкости был диспергирован один тип волокон, (например, 100% жесткие или 100% нежесткие волокна).

[0050] В различных вариантах настоящего раскрытия способ обработки пласта жидкостью, содержащей диспергированные волокна, может включать закачивание последовательности различных по реологическим свойствам порций (гетерогенное закачивание жидкости). В частности, закачивание жидкости для обработки проводят в виде последовательности жидких порций, нагруженных проппантом и порций без проппанта. Размещение в трещине ГРП порций жидкости, содержащих проппант и волокна, вызывает образование островков проппанта в объеме трещины ГРП, обеспечивая тем самым высокую и стабильную проводимость трещины ГРП.

ПРИМЕРЫ

[0051] В приведенных ниже примерах водная жидкость с агентом для снижения трения или жидкости с линейным гуаровым полимером были приготовлены на основе водопроводной воды. В водную жидкость с агентом для снижения трения (slickwater), то есть в жидкость АА, добавляли 1 мл/л (1 gpt) концентрированного раствора агента для снижения полимера (сополимер полиакриламида) и также 2 мл/л (2 gpt) стабилизатора набухания глины. Жидкость GG была приготовлена разбавлением линейного гуарового геля до концентрации 2,4 г/л (20 ppt).

[0052] Для тестирования волокон на диспергируемость в несущей жидкости и на склонность к волоконному тампонированию в проточных каналах были отобраны волокна различной жесткости, размеров, с силиконовым аппретированием и без силиконового покрытия. [0053] Также в качестве сравнительного примера были испытаны волокна из полимолочной кислоты (полиэфир молочной кислоты) с добавкой силикона (совместная экструзия двух полимеров с различными свойствами). То есть вместо аппретирования согласно раскрытию, были выбраны промышленно приготовленные ПМК волокна с силиконом. При этом массовая доля силикона в таких модифицированных волокнах составляет 0.9% (производство компании Trevira GmbH, Германия). При этом были испытаны среднетемпературные (94-149°С) и низкотемпературные ПМК-волокна (60-93°С).

[0054] В качестве нежестких волокон (мягкие волокна) были выбраны волокна из ПМК среднетемпературного диапазона. Концентрация волокон выбиралась в пределах от 1 ,2 до 12 г/л, что является типичной концентрацией волокон в жидкости для обработки пласта (не вызывает проблем с закачкой жидкости с скважину). В качестве жестких волокон были выбраны волокна из щелочностойкого стекла с диаметром 18 мкм и длиной 1-3 мм. В качестве эталона жесткости (фактор жесткости равен единице) были выбраны волокна из ПМК без обработки. Для оценки фактора жесткости применялась формула S = Exd 4 /Wxl 3 , где Е - модуль Юнга для материала, d - диаметр волокна, 1 - длина волокна, W - сила, вызывающая изгиб волокна.

[0055] Ниже приводится таблица 1 параметров волокон (с аппретированием и без него), прошедших испытания.

Таблица 1. Параметры волокон для тестирования

Аппретирование Нет Нет Диметикон, силиконом Диметикон, Диметико, 1%

Нет

(весовой 1% 4 %

процент)

12 12.4 мкм 18 мкм 18 мкм

Диаметр 12 мкм 12 мкм

мкм

Длина 6 мм 6 мм 6 мм 6,5 мм 2 мм 2 мм

Фактор 1 1 1 1.5 250 250 жесткости (жесткие) (жесткие) (жесткие/нежест

кие)

[0056] Обозначения для видов волокон в таблице 1 : NSF0 - нежесткие волокна без покрытия (non-stiff fiber with zero finishing); NSF1 - нежесткие волокна с аппретированием (non-stiff fiber with finishing 1); NSF2 - нежесткие волокна с аппретированием (non-stiff fiber with finishing 2); FM - волокна модифицированные (fiber modified), SF0 - жесткие волокна без аппретирования (stiff fiber with zero finishing); SF1 - жесткие волокна с аппретированием (stiff fiber with finishing 1).

[0057] Процедура аппретирования для волокон с маркировкой F1 или F2 была следующая: взвешивали порцию рубленных волокон. В аэрозольный диспенсер заливали полидиметилсилоксановую (ПДМС) жидкость - аппретирующий агент с низкой вязкостью. Эта жидкость также известна как диметикон или «легкое силиконовое масло». Плотность ПДМС жидкости составляет 0,96 г/см 3 , молекулярный вес жидкого полимера - в пределах 250-25,000 г/моль. Молекулярная формула силиконовой жидкости - [C 2 H 6 OSi] n . Вязкость силиконовой жидкости при 25°С составляла 6,5 мПа-с. При необходимости, вязкость жидкого аппретирующего агента понижали, добавляя нейтральный разбавитель (гексан). Волокна обрабатывали аэрозолью ПДМС жидкости, а затем силикон-аппретированные волокна подсушивали при 40°С в течении 2-3 часов. После этого проводили повторное взвешивание обработанных волокон, чтобы определить относительное количество силиконового покрытия. Для тестовых испытаний были выбраны полимерные и стеклянные волокна с силиконовым покрытием, которое составляло 1% или 4% от общего веса обработанных волокон.

[0058] Пример 1. Диспергируемость волокон в жидкости для обработки.

В этом примере сравнивали диспергируемость волокон и их смесей из таблицы 1. Для этого с помощью миксера (500 об/мин) в течении 3 минут размешивали порцию волокон в жидкости АА (вода с полимером для снижения трения). Концентрация полиакриламидного полимера для снижения трения составляла 0,5 вес% при нейтральном рН. Концентрация волокон в жидкости АА составляла 10 г/л. После этого переливали полученную порцию волокон-содержащей жидкости в прозрачный стакан и сравнивали внешний вид жидкости (сразу после размешивания суспензии и также через 3-4 часа). Визуальное сравнение позволяло качественно оценить дисперсность волокон по трем категориям: А - мутная жидкость с неотличимыми индивидуальными волокнами, в которой нет пучков или осадка волокон; В - полупрозрачная жидкость, в которой видны отдельные пучки волокон, причем суспензия остается стабильной в течении 3-4 часов; С - много волоконных пучков, концентрация волокон возле дна стакана заметно выше, чем в объеме.

[0059] Волокна без аппретирования (с маркировкой F0 в таблице) имели степень дисперсности С (самая низкая). Сравнительный пример модифицированных волокон из смеси двух полимеров (FM) имеет категорию дисперсии В. Волокна с аппретированием силиконовой жидкостью (NSF1 и NSF2) имеют диспергируемость класса В-А. В отличие от порций волокон одного вида, смеси аппретированных волокон NSF1 + SF1 или NSF2+ SF1 (в смеси волокон, жесткие волокна составляли 15-20%) показывали стабильно высокий уровень дисперсности класса А (однородная суспензия волокон). Впрочем, жесткие волокна (10%) без аппретирования в смеси волокон также улучшают дисперсность смеси волокон в краткосрочном интервале времени. Пример демонстрирует, что такие факторы как силиконовое аппретирование и применение волокон различной жесткости дает самую высокую дисперсность (А) для волокон в водной жидкости. В стакане с диспергированными волокнами не видно пучков или сгустков волокон. Не диспергированные волокна в остальных составах создают вероятность возникновения волоконного тампонирования (при высокой концентрации волокон и/или низкой скорости потока). [0060] Пример 2. Проверка скорости осаждения проппанта в жидкости с диспергированными волокнами.

Для волокон и их смесей из таблицы 1 проводился статический тест на скорость оседания проппанта в статических условиях при температуре 25°С в течение 90 минут, как описано выше. Был выбран керамический проппант с размерами 12/18 меш США с концентрацией 4 фунта на галлон жидкости. Порция керамического проппанта добавлялась в тестовую жидкость GG с диспергированными волокнами различного типа. Были испытаны волокна без аппретирования (чистые), а также смеси аппретированных волокон (более 40вес%) и чистых волокон.

Тесты показали, что силиконовое аппретирование одного (или двух) типов волокон слабо влияет на динамику доли осажденного проппанта, рассчитанной по вышеуказанной формуле. Общая весовая концентрация волокон разного типа, диспергированных в тестовой жидкости GG (линейный гуаровый гель с концентрацией полимера 2,4 г/л) влияет на скорость осаждения проппанта в статическом тесте с градуированным цилиндром. Количество волокон, диспергированных в тестовой жидкости, достаточное для уменьшения осаждения проппанта, оценивается как концентрация волокон, при которой в течении 90 минут теста не происходит полного осаждения проппанта на дне цилиндра. [0061] Пример 3. Критическая скорость потока дисперсии волокон.

Для этого примера была приготовлена жидкость в виде линейного геля гуара с концентраций 2,4 г/л (жидкость GG) и с общей концентрацией волокон на уровне 4,8 г/л. Сравнивались суспензии волокон одного типа и смеси волокон различного типа жесткости при фиксированной концентрации смеси волокон на уровне 4,8 г/л. Типы волокон для испытаний описаны в таблице 1 (жесткие/нежесткие и аппретированные/не аппретированные). При испытании смеси волокон аппретированных и не аппретированных, весовая доля аппретированных волокон в смеси составляла не менее 40% (например, 50% силикон-аппретированных волокон в колонке 6 таблицы 2). [0062] Для определения порога развития волоконного тампонирования (явление частичной закупорки канала, вызывающее повышение разницы давлений в канале) применяли экспериментальную ячейку, изображенную на Фиг. 1А и Фиг. 1В. Через экспериментальную ячейку закачивали суспензию волокон в низковязкой жидкости при скорости расхода суспензии в интервале 10 - 800 мл/мин; суспензию волокон прокачивали в течении 30 секунд и более (так, чтобы общий объем прокаченной жидкости был на уровне 500 мл). Резкое повышение давления в гидравлической системе, измеренное датчиком давления, было индикатором факта образования волоконной пробки в узком месте ячейки - в проточной щели с шириной 1-2 мм. Испытания жидкости с волокнами проводились на экспериментальной ячейке (Фиг. 1А-1В) без добавки проппанта. Отдельные испытания показали, что добавка проппанта (концентрация до 120 г/ л) не изменяла картины, отражающей явление волоконного тампонирования. Если волоконная пробка в щели/канале не образовывалась, то в экспериментальной таблице 2 это отражалось знаком минус «-». Факт образования пробки отражался знаком «+».

[0063] Тестовый стенд с протяженным вертикальным каналом (не показан) использовали для визуализации потока суспензии, содержащей смеси волокон и проппанта в жидкости на основе несшитого гуарового геля. Тестовый стенд представлял собой две параллельные панели из стекла (длина 3 м, высота 0,5 м), которые образуют вертикальную щель (аналог щели ГРП) с шириной 1 - 2 мм. Визуализация проводилась при расходе суспензии в интервале от 0 до 50 л/мин. Совокупность парных прозрачных панелей позволяет организовать сложную картину течения с L-, Τ-, и Х-образной геометрией потока.

[0064] Результаты по выявлению эффекта образования волоконной пробки в узкой 1-мм щели приведены в таблице 2. Таблица 2. Волоконное закупоривание для суспензии различных волокон (в гуаровом геле с концентрацией 2,4 г/л при 25°С). Концентрация волокон - 4,8 г/л.

Примечание: смотри кодировку для обозначений волокон в таблице 1 (Пример 1).

Результаты тестирования суспензии волокон одного типа и двух типов жесткости показывают, что снижение тенденции возникновения волоконного тампонирования имеет место для силикон-аппретированных волокон с различными факторами жесткости. Колонка (7) таблицы 2 показывает результат аппретирования двух типов волокон, отличающихся жесткостью: нежесткие волокна с аппретированием силиконом (85% от общей массы волокон) и жесткие волокна с аппретированием силиконом (15% от общей массы волокон). При этом скорость осаждения проппанта в статических тестах изменялась не более чем на 20% для всех видов волоконных суспензий. С другой стороны, эффект аппретирования волокон оказывает влияние на скорость осаждения проппанта и на вероятность возникновения волоконного тампонирования (при низком расходе жидкости с волокнами). Эксперименты продемонстрировали, что результат по предотвращению волоконного тампонирования имеет место для жидкости, содержащей дисперсию нежестких волокон с силиконовым аппретированием в смеси с жесткими волокнами (с аппретированием или без аппретирования). Количество диспергированных волокон, достаточное для предотвращения волоконного тампонирования, определяют, как концентрация волокон, при которой не нарастает давление в проточной ячейке при закачивании всей порции тестовой жидкости в течении тридцати минут. При необходимости, тест повторяли до трех раз.

[0065] Пример 3. Силиконовое аппретирование природных волокон. Аналогичное аппретирование было выполнено для волокон природного происхождения. Так, были испытаны волокна из целлюлозы (продукт целлюлозной промышленности) с длиной волокна 3-4 мм, пропитанных ПДМС жидкостью (аппретирование 4% от массы волокон). Целлюлозные волокна были отнесены к классу нежестких волокон. Смесь волокон была получена из 90% аппретированных целлюлозных волокон (нежесткие) и 10% не аппретированных стеклянных волокон (жесткие волокна с длиной в интервале 2-3 мм).

[0066] Закачивание силикон-аппретированных целлюлозных волокон (90%) в смеси с жесткими волокнами (10%) снизило порог возникновения волоконного тампонирования по сравнению с аналогичной смесью не аппретированных волокон: при этом расход суспензии этих волокон (концентрация 5 г/л в жидкости GG) снизился с начального уровня 200 мл/мин (необработанные волокна) до уровня расхода жидкости 100 мл/мин (смесь аппретированных и не аппретированных волокон). Этот пример демонстрирует преимущество силиконового аппретирования, которое возможно выполнить для широкого класса волокон (включая волокна природного происхождения).

[0067] Очевидно, что описанные выше варианты осуществления не должны рассматриваться в качестве ограничения объема патентных притязаний настоящего раскрытия. Для любого специалиста в данной области техники понятно, что есть возможность внести множество изменений в описанную выше методику и, без отхода от принципов раскрытия, заявленного в формуле.