Способ гетерогенного размещения расклинивающего наполнителя в трещине гидроразрыва разрываемого слоя

Способ гетерогенного размещения расклинивающего наполнителя в трещине гидроразрыва разрываемого слоя

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к извлечению жидкостей из подземных формаций. Более конкретно, оно относится к интенсификации потока через формацию путем гидравлического разрыва. Еще более конкретно, оно относится к методам оптимизации проводимости разрыва путем расклинивания разрыва в пласте формации таким образом, что расклинивающий наполнитель гетерогенно распределяется в разрыве, предпочтительно имеющем значительные пустоты, содержащие незначительное количество расклинивающего наполнителя или вообще не содержащие его.

Гидравлический разрыв представляет собой основной инструмент для повышения производительности скважины путем размещения или распространения разрывов с высокой проводимостью из ствола скважины в резервуар. Традиционные обрабатывающие составы при гидравлическом разрыве обычно закачиваются на нескольких отдельных этапах. На первом этапе, обычно называемом прокладкой (pad), жидкость закачивается через ствол скважины в подземную формацию с высокой подачей и давлением. Скорость подачи жидкости превышает скорость фильтрации жидкости (также называемой скоростью утечки) в формацию, создавая возрастающее гидравлическое давление. Когда давление превышает пороговое значение, формация растрескивается и прорывается. По мере продолжения закачивания жидкости гидравлический разрыв возникает и начинает распространяться внутрь формации.

Во время второго этапа расклинивающий наполнитель подмешивается в жидкость, которая после этого называется жидкостью разрыва (frac fluid), или разрывающей жидкостью, и переносится через гидравлический разрыв, который продолжает увеличиваться. Жидкость прокладки и жидкость разрыва могут быть одной и той же жидкостью или могут быть разными. Расклинивающий наполнитель помещается в разрыв на проектную длину и механически препятствует смыканию разрыва после того, как нагнетание прекращается и давление падает. По окончании обработки, когда скважина вводится в эксплуатацию, пластовый флюид протекает в разрыв и просачивается через проницаемый барьер из расклинивающего наполнителя в ствол скважины. Дебит пластового флюида зависит от таких параметров, как проницаемость пласта, проницаемость барьера из расклинивающего наполнителя, гидравлическое давление в пласте, параметры добываемой жидкости, форма разрыва и т.д. Одним из наиболее существенных параметров, который может проектироваться, контролироваться и регулироваться при гидравлическом разрыве, является гидравлическая проводимость разрыва (проницаемость барьера из расклинивающего наполнителя, умноженная на ширину разрыва). Существует много случаев, когда повышение гидравлической проводимости барьера из расклинивающего наполнителя выше предельных значений традиционных технологий привело бы к существенному улучшению экономических показателей возбуждения притока.

Ранее имели место попытки гетерогенного размещения расклинивающего наполнителя. Некоторые предыдущие изобретения имели целью повышение гидравлической проводимости разрыва путем гетерогенного размещения расклинивающих наполнителей в слое формации. Многие из этих изобретений связаны с закачиванием различных типов глинистых суспензий или жидкостей с дискретными интервалами, известными в промышленности как «пробки» ("slugs") или «ступени» ("stages"). Утверждается, что при этом обеспечивается более высокая проводимость разрывов по сравнению с разрывами, полученными традиционными методами обработки, и увеличение проводимости разрыва путем замены гомогенного барьера из расклинивающего наполнителя гетерогенным барьером. Структуры расклинивающих наполнителей, иногда именуемые столбами, скоплениями или стойками, размещаются с некоторыми интервалами по созданному разрыву. Эти столбы обладают значительной прочностью для удержания разрыва в частично открытом состоянии под напряжением смыкания. Промежутки между столбами образуют сеть связанных друг с другом открытых каналов, доступных для потока. Это ведет к существенному увеличению эффективной гидравлической проводимости всего разрыва.

В опубликованных заявках на патенты US 20060113078 A1 и US 20060113080 A1 приведены описания методов расклинивания, по крайней мере, одного разрыва в подземной формации путем попытки введения множества скоплений расклинивающего наполнителя, по крайней мере, в один разрыв с образованием множества скоплений, каждое из которых состоит из связующей жидкости и заполняющего материала. В патентах США 3850247, 3592266, 5411091, 6776235 и в опубликованной заявке на патент US 20050274523 каналы с высокой проводимостью создаются путем закачивания чередующихся интервалов глинистого раствора для гидроразрыва, которые отличаются, по крайней мере, одним из параметров. Например, в патенте US 3592266 предлагается создавать гетерогенность в барьере из расклинивающего наполнителя путем закачивания чередующихся объемов жидкостей, значительно отличающихся по вязкости. В патенте US 6776235 жидкости отличаются их способностью переносить расклинивающий наполнитель и/или концентрацией расклинивающего наполнителя.

Однако эти предыдущие методы гетерогенного размещения расклинивающего наполнителя обычно характеризуются ограниченным контролем размещения столбов. Кроме того, в предыдущих методах столбы имеют тенденцию оказываться очень длинными и простираться на всю высоту разрыва (считая разрыв вертикальным), и поэтому каналы между столбами не ведут в ствол скважины и не способны обеспечить эффективные проходы на всем протяжении от формации до ствола скважины.

Метод гетерогенного размещения расклинивающего наполнителя, обладающего более эффективным контролем расположения столбов обладал бы большими преимуществами. Кроме того, такое размещение столбов, при котором они не простираются на всю высоту разрыва (считая разрыв вертикальным), а сами прерываются каналами так, что каналы между столбами образуют дорожки, ведущие в ствол скважины, оказалось бы очень полезным. Цель настоящего изобретения заключается в обеспечении такого гетерогенного размещения расклинивающего наполнителя.

Краткое изложение существа изобретения

Одной из реализаций изобретения является способ гетерогенного размещения расклинивающего наполнителя в разрыве в разрывном слое, пройденном стволом скважины. Этот метод включает в себя этап чередования, заключающийся в закачивании чередующихся пробок загущенной жидкости, не содержащей расклинивающего наполнителя, и загущенной жидкости с расклинивающим наполнителем в разрывной слой под давлением выше разрывного через некоторое количество кластеров перфораций в разрывном слое. Пробки загущенной жидкости с расклинивающим наполнителем образуют столбы расклинивающего наполнителя после смыкания разрыва.

Другой реализацией изобретения является способ гетерогенного размещения расклинивающего наполнителя в разрыве разрывного слоя, включая этап чередования, связанный с закачиванием чередующихся пробок загущенной жидкости без расклинивающего наполнителя и загущенной жидкости, несущей расклинивающий наполнитель, в разрывной слой с давлением выше давления разрыва, через некоторое количество кластеров перфораций в стволе скважины в разрывной слой, что заставляет последовательность пробок загущенной жидкости без расклинивающего наполнителя и жидкости, несущей расклинивающий наполнитель, закачанной через соседние кластеры, перемещаться через разрыв с разными скоростями. Пробки загущенной жидкости, несущей расклинивающий наполнитель, опять же образуют столбы расклинивающего наполнителя после смыкания разрыва.

Еще одной реализацией изобретения является метод гетерогенного размещения расклинивающего наполнителя в разрыве разрывного слоя, включающий этап чередования, связанный с закачиванием чередующихся пробок загущенной жидкости без расклинивающего наполнителя и загущенной жидкости, несущей расклинивающий наполнитель, в разрывной слой под давлением выше давления разрыва, через некоторое количество кластеров перфораций в стволе скважины в разрывном слое, ведущем к тому, что последовательности пробок загущенной жидкости без расклинивающего наполнителя и загущенной жидкости, несущей расклинивающий наполнитель, закачанных по крайней мере через одну пару кластеров, оказываются разделенными областью закачанной жидкости без расклинивающего наполнителя. Опять же пробки жидкости, несущей расклинивающий наполнитель, образуют столбы расклинивающего наполнителя после смыкания разрыва.

Существует много других вариантов этих способов. Некоторые или все пробки на этапе чередования могут содержать упрочняющий материал, например органические, неорганические волокна или смесь органических и неорганических волокон, как вариант, покрытых только связующим покрытием или со связующим покрытием, покрытым неклейким веществом, растворяющимся в загущенной жидкости во время ее прохождения через разрыв; в качестве упрочняющего материала могут использоваться, например, металлические частицы сферической или удлиненной формы; пластинки, ленты и диски из органических или неорганических веществ, керамики, металлов или металлических сплавов. Предпочтительно, чтобы упрочняющий материал имел отношение его длины к другому измерению больше, чем 5:1. Упрочняющий материал может быть включен только в пробки загущенной жидкости, несущей расклинивающий наполнитель; некоторые или все пробки на этапе закупорки могут также содержать материал-носитель расклинивающего наполнителя. Например, материал-носитель расклинивающего наполнителя может включать продолговатые частицы с отношением их длины к другому измерению больше чем 5:1. Материалом-носителем расклинивающего наполнителя могут быть, например, волокна, изготовленные из синтетических или натуральных органических материалов, или из стекла, керамики, графита или металла. Материал-носитель расклинивающего наполнителя может включаться только в пробки загущенной жидкости, несущей расклинивающий наполнитель, пробки могут содержать или быть полностью изготовленными из материала, который становится клейким при температурах формации или может быть, кроме того, покрыт неклейким материалом, растворяющимся в загущенной жидкости при прохождении через разрыв.

В качестве примеров, упрочняющие материалы могут быть в виде удлиненных частиц, имеющих длину, по крайней мере, 2 мм и диаметр, например, от 3 до 200 мкм. Весовая концентрация упрочняющего материала или материала-носителя расклинивающего наполнителя в любой из пробок может составлять от 0,1 до 10%; объем загущенной жидкости, несущей расклинивающий наполнитель, может быть меньше объема загущенной жидкости без расклинивающего наполнителя. Расклинивающий наполнитель может представлять собой смесь наполнителей, выбранных для минимизации получаемой пористости пробок расклинивающего наполнителя в разрыве. Частицы расклинивающего наполнителя могут иметь только смолистое или клейкое покрытие или смолистое или клейкое покрытие, покрытое слоем неклейкого прилипающего вещества, растворяющегося в жидкости для гидроразрыва при прохождении через разрыв.

В других вариантах эти методы могут содержать еще один этап после этапа чередования, заключающийся в непрерывном введении загущенной жидкости, несущей расклинивающий наполнитель, в жидкость для гидроразрыва, при этом расклинивающий наполнитель имеет частицы практически одинакового размера. Загущенная жидкость на этапе, следующем за этапом чередования, может содержать упрочняющий материал, материал-носитель расклинивающего наполнителя или тот и другой. Жидкости могут загущаться полимером или вязкоупругим поверхностно-активным веществом. Число отверстий в каждом кластере не обязательно должно быть одинаковым. Диаметр отверстий во всех кластерах не обязательно должен быть одинаковым. Длина перфорационных каналов во всех кластерах не обязательно должна быть одинаковой. По крайней мере, два метода образования кластеров перфораций могут быть использованы. Некоторые из кластеров могут производиться методом перфорирования с отрицательным дифференциальным давлением или методом с положительным дифференциальным давлением. Ориентация перфораций по отношению к предпочтительной плоскости разрыва не обязательно должна быть одинаковой во всех кластерах.

В другом варианте, по крайней мере, два кластера (или каждая пара кластеров) перфораций, создающих последовательность пробок из загущенной жидкости без расклинивающего наполнителя и загущенной жидкости, несущей расклинивающий наполнитель, могут быть разделены кластером перфораций с достаточно малыми перфорациями для того, чтобы мостики расклинивающего наполнителя и жидкость, не содержащая или практически не содержащая расклинивающего наполнителя, проходила в пласт через этот кластер.

Выборочно число кластеров перфораций лежит в пределах от 2 до 300, например, от 2 до 100; длина кластера перфораций лежит в пределах 0,30 м до 30 м; плотность перфораций составляет от 1 до 30 на 0,3 и пробки расклинивающего наполнителя имеют объем в пределах от 80 до 16000 литров.

Дополнительно конфигурация закачиваний жидкости определяется при помощи математической модели; и/или конфигурация закачиваний жидкости содержит коррекцию распределения пробок; и/или конфигурация кластеров перфораций определяется при помощи математической модели.

Дополнительно, по крайней мере, один из параметров - объем пробки, состав пробки, размер расклинивающего наполнителя, концентрация расклинивающего наполнителя, число отверстий в кластере, длина кластера перфораций, интервал между кластерами перфораций, ориентация кластеров перфораций, плотность кластеров перфораций, длина каналов перфораций, методы перфорации, присутствие или концентрация упрочняющего материала и присутствие или концентрация материала-носителя расклинивающего наполнителя - остается постоянным по длине ствола скважины в разрывном слое или увеличивается, или уменьшается по длине ствола скважины в разрывном слое, или попеременно изменяется по длине ствола скважины в разрывном слое.

Предпочтительно, чтобы столбы расклинивающего наполнителя создавались и размещались таким образом, чтобы они не простирались на все измерение разрыва параллельно стволу скважины, но сами прерывались каналами так, чтобы каналы между столбами образовывали дорожки, ведущие в ствол скважины.

Краткое описание рисунков

На фиг.1 схематически показаны (a) «сгруппированные перфорации», какие в настоящее время используются при описании закачиваний в многослойных резервуарах (которые традиционно разрываются по отдельности), и (b) группирование (кластеризация) перфораций по высоте одной продуктивной зоны (традиционно разрываемой в одну обработку). (На каждом рисунке показано только одно крыло разрыва).

На фиг.2 схематически показаны «полосообразные» столбы, которые предположительно должны формироваться при закачивании пробок расклинивающего наполнителя в ствол скважины с традиционной конфигурацией перфораций.

На фиг.3 схематически изображена упрощенная модель, используемая для расчета оптимального распределения столбов в разрыве, в частности число рядов и колонок столбов.

На фиг.4 приведено схематическое представление конфигурации закачивания четырех кластеров и его использование для получения матрицы столбов, состоящей из четырех рядов и некоторого количества колонок (в данном случае четырех), соответствующей числу пробок расклинивающего наполнителя, закачанных с поверхности.

На фиг.5 схематически показаны результаты модуляции гидравлического импеданса кластера, предназначенного для увеличения гетерогенности барьера расклинивающего наполнителя в разрыве.

Фиг.6 представляет собой схематический пример вариации ориентации перфораций между соседними кластерами, предназначенной для того, чтобы стимулировать смещение столбов друг относительно друга.

На фиг.7 схематически показан метод модуляции размеров кластера, при котором частицы расклинивающего наполнителя образуют перемычки, проходя через кластер, для получения достаточно малого диаметра отверстия; гель просачивается через такие соединенные кластеры, обеспечивая поступление небольшого, но постоянного количества чистого геля для предотвращения слипания пар столбов из соседних кластеров.

На фиг.8 показано схематическое представление метода размещения пробок расклинивающего наполнителя в сочетании с конфигурацией перфораций данного изобретения для получения каналов высокой проводимости внутри барьера расклинивающего наполнителя.

Подробное описание изобретения

Описание изобретения приведено для вертикальных разрывов и вертикальных скважин, но оно одинаково применимо к разрывам и скважинам любой ориентации, например к горизонтальным разрывам в вертикальных или искривленных скважинах или к вертикальным разрывам в горизонтальных или искривленных скважинах. Описание изобретения будет приведено для одного разрыва, однако следует понимать, что одновременно может создаваться более одного разрыва. Описание изобретения будет приведено на примере скважин для добычи углеводородного сырья, но следует понимать, что это изобретение может быть использовано и в скважинах для добычи таких других жидкостей, как вода или двуокись углерода или, например, для нагнетательных скважин или скважин-хранилищ. Описание изобретения будет приведено для создания традиционных гидравлических разрывов, но следует понимать, что его можно использовать и для разрывов при помощи воды и для уплотнения разрывов. Также следует понимать, что на протяжении всего этого описания, когда упоминается полезный или допустимый диапазон концентраций или количеств и т.п., то подразумевается, что любая или каждая концентрация или количество внутри этого диапазона, включая конечные точки, следует рассматривать как упомянутые. Более того, все цифровые значения следует читать в одних случаях с учетом оговорки «приблизительно» (если это уже не было четко оговорено), а в других случаях без учета такого изменения, если в контексте не оговорено иначе. Например, фразу: «Диапазон от 1 до 10 дюймов», - следует понимать так, как если бы были указаны все и каждое возможное значение континуума, между приблизительно 1 и приблизительно 10. Другими словами, когда указан определенный диапазон, даже если точно названо или указано только несколько конкретных точек внутри диапазона, или даже когда никакие точки внутри диапазона не указаны, следует понимать, что авторы изобретения оценивают и понимают, что любые и все точки данных в пределах диапазона рассматриваются как указанные, и что у авторов изобретения имеется весь диапазон и все точки в пределах этого диапазона.

Обратите внимание на то, что на протяжении всего описания мы используем термин «разрывной слой» для обозначения слоя или слоев породы, которые предполагается подвергнуть разрыву за одну разрывающую обработку. Важно понимать, что «разрывной слой» может содержать один или более слоев породы или напластований, как обычно определяемых отличиями в проницаемости, типе породы, пористости, размерах зерен, модулях Юнга, содержании жидкости или в любых других многочисленных параметрах. То есть «разрывной слой» - это слой или слои породы, находящиеся в контакте со всеми перфорациями, через которые жидкость нагнетается в породу при данной обработке. Оператор в какой-то момент может решить произвести разрыв «разрывного слоя», в котором содержатся зоны воды и зоны углеводородов и/или зоны высокой проницаемости и зоны низкой проницаемости (или даже непроницаемые зоны, например зоны сланцевой глины) и т.д. Таким образом, «разрывной слой» может содержать многочисленные области, традиционно называемые отдельными слоями, напластованиями, зонами, прожилками, продуктивными зонами и т.д., и мы используем эти термины в их традиционных значениях для описания частей разрывного слоя. Обычно разрывной слой содержит резервуар углеводородов, но метод, предлагаемый в этом изобретении, может также использоваться для разрывов водяных скважин, скважин-хранилищ, нагнетательных скважин и т.п. Обратите также внимание на то, что описание изобретения относится к традиционным перфорациям круглой формы (например, сделанные кумулятивным зарядом), обычно имеющим перфорационные туннели. Однако это изобретение может быть использовано и с другими типами «перфораций», например с отверстиями или щелями, прорезанными в трубах струйным перфорированием.

Одним из наиболее важных процессов, которым пренебрегали ранее при гетерогенном размещении расклинивающего наполнителя при гидроразрыве разрывных слоев, является конфигурация заканчивания, которая может существенно влиять на поток из скважины в созданный разрыв. В этом изобретении предлагается конфигурация заканчивания (число, размер и ориентация перфораций и распределение перфораций по продуктивной зоне), при которой создается более эффективный поток через перфорации, который работает в качестве «разделителя пробок» для пробок расклинивающего наполнителя, созданных на поверхности, например в смесителе. Описываемая конфигурация заканчивания приводит к разделению пробки расклинивающего наполнителя, закачиваемой в ствол скважины, на некоторое количество более мелких отдельных пробок в разрыве. Эта конфигурация заканчивания и соответствующее число пробок расклинивающего наполнителя оптимизируется для получения наилучших эксплуатационных качеств созданного гидравлического разрыва после обработки. Результатом является максимизация количества открытых (пустых) пространств в разрыве. Это, в свою очередь, обеспечивает максимальную гидравлическую проводимость разрыва и увеличивает выход углеводородов из коллекторного слоя. Существуют и дополнительные преимущества создания взаимосвязанных (и соединенных со стволом скважины) пустых каналов, проходящих через гидравлические разрывы. В частности, (a) более длинные (и/или более высокие) разрывы могут создаваться при помощи такой же массы расклинивающего агента, и (b) может быть достигнута более эффективная зачистка разрыва, т.е. загущенная жидкость для гидроразрыва, например загущенная полимером, может быть удалена из большего объема или более быстро или и то и другое.

Конфигурация перфорации данного изобретения особенно эффективна при использовании в сочетании со смесями для пробок расклинивающего наполнителя, разработанными для минимизации дисперсии пробки во время ее прохождения через разрыв (как указывалось ранее авторами настоящего изобретения в PCT/RU 2006/000026). Особенно важными и полезными для настоящего изобретения являются все общие концепции, изложенные в PCT/RU 2006/000026 и относящиеся к закачке пробок расклинивающего наполнителя, а также к закачке пробок расклинивающего наполнителя, смешанных с реагентом для уплотнения расклинивающего наполнителя и/или реагентом для переноса расклинивающего наполнителя, для получения и поддержания целостности пробки во время ее переноса по гидравлическим разрывам.

Вкратце метод, изложенный в PCT/RU 2006/000026, состоит из следующих этапов:

- Первым этапом обработки является прокладка (обычно, сетчатый полимер, но может быть и не сетчатый полимер или вязкоупругая жидкость на основе поверхностно-активного вещества, но не расклинивающие агенты), которая инициирует формирование и распространение разрыва.

- Второй этап состоит из нескольких подэтапов. На каждом из подэтапов закачивается пробка расклинивающего наполнителя с определенной (рассчитанной) концентрацией расклинивающего наполнителя (что называется подэтапом пробки), затем следует интервал жидкости-носителя (что называется нерасклинивающим подэтапом или подэтапом носителя). В каждом из подэтапов могут также присутствовать так называемые уплотняющие агенты, например волокна. Объемы как подэтапа пробки, так и подэтапа носителя существенно влияют на гидравлическую проводимость создаваемого НРР (гетерогенного размещения расклинивающего наполнителя) в разрыве. Подэтапы пробки и носителя повторяются необходимое число раз. Продолжительность каждого из подэтапов, концентрация расклинивающего наполнителя и природа жидкости в каждой из последующих пробок могут изменяться.

- В конце обработки в разрыве формируется гетерогенная структура расклинивающего наполнителя. После смыкания разрыва столбы расклинивающего наполнителя сжимаются и образуют устойчивые образования расклинивающего носителя (столбы) между стенками разрыва и предотвращают полное смыкание разрыва.

Метод, изложенный в PCT/RU 2006/000026, представляет собой метод гидравлического разрыва подземных пластов, состоящий из первого этапа, называемого «этапом прокладки», который заключается в закачивании жидкости для гидроразрыва в ствол скважины с достаточно высокой скоростью для создания в пласте гидравлического разрыва. Закачивание на этапе прокладки производится так, чтобы создать разрыв достаточной величины для размещения глинистой суспензии, закачиваемой на последующих этапах расклинивающего наполнителя. Объем и вязкость прокладки могут разрабатываться специалистами в области конструирования разрывов (например, см. "Reservoir Stimulation" 3^rd Ed.M.J.Economides, K.G.Nolte, Editors, John Wiley and Sons, New York, 2000).

Широко распространены рабочие жидкости для гидроразрыва на водной основе с натуральными или синтетическими водорастворимыми полимерами, добавляемыми для повышения вязкости жидкости, они используются на этапе прокладки и на последующих этапах расклинивания. В число этих полимеров входят, помимо прочего, гуаровые смолы: высокомолекулярные полисахариды, состоящие из сахаров манноза и галактоза, или такие гуаровые производные, как гидроксипропиловый гуар, карбоксиметиловый гуар и карбоксиметилгидроксипропиловый гуар. Сшивающие агенты на основе борных, титановых, циркониевых и алюминиевых комплексов широко используются для повышения эффективного молекулярного веса полимера, что делает их более пригодными для использования в высокотемпературных скважинах.

В небольших масштабах могут использоваться такие производные целлюлозы, как гидроксиэтилцеллюлоза или гидроксипропилцеллюлоза и карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлоза с кросс-линкерами или без них. Два биополимера - ксантан и склероглюкан - обладают прекрасными способностями удерживать расклинивающий наполнитель во взвешенном состоянии, но они более дорогие по сравнению с производными гуара, и поэтому используются не так часто. Полимеры и сополимеры полиакриламид и полиакрилат обычно используются в высокотемпературных приложениях и в качестве понизителей трения в малых концентрациях для всех температурных диапазонов.

Бесполимерные жидкости для гидроразрыва на водной основе могут быть получены путем использования вязкоупругих поверхностно-активных веществ (ПАВ). Обычно эти жидкости приготовляются путем смешивания в воде соответствующих количеств таких поверхностно-активных агентов, как анионные, катионные, неионные и амфионные ПАВы. Вязкость вязкоупругих поверхностно-активных жидкостей связана с трехмерными структурами, образуемыми компонентами жидкости. Когда концентрация ПАВа в вязкоупругой жидкости превосходит критическое значение и во многих случаях в присутствии электролитических вспомогательных ПАВов или других соответствующих добавок, молекулы ПАВов собираются в такие частицы, как червеобразные или стержнеобразные мицеллы, которые, взаимодействуя между собой, образуют сети, демонстрирующие вязкое и упругое поведение.

Второй этап метода, именуемый «этапом расклинивания», связан с введением в жидкость для гидроразрыва расклинивающего наполнителя в виде твердых частиц или гранул, что ведет к образованию суспензии. Этап расклинивания подразделяется на два периодически повторяемых подэтапа - «подэтап носителя», связанный с закачкой жидкости для гидроразрыва, не содержащей расклинивающего наполнителя, и «подэтап расклинивания», связанный с добавлением в жидкость для гидроразрыва расклинивающего наполнителя. В результате периодического (но не непрерывного) введения в глинистый раствор гранулированных расклинивающих материалов расклинивающий наполнитель не заполняет разрыв полностью, а разнесенные кластеры расклинивающего материала образуют стойки или столбики с каналами между ними, по которым могут протекать жидкости формации. Закачиваемые объемы подэтапов расклинивания и переноса могут быть различными. То есть объем на подэтапе переноса может быть больше или меньше объемов на этапе расклинивания. Более того, объемы на этих подэтапах могут изменяться со временем. Например, объемы, закачиваемые на подэтапах расклинивания на ранних стадиях обработки, могут быть меньше объема, закачиваемого на подэтапе расклинивания на более поздней стадии обработки. Относительные объемы подэтапов выбираются инженером на основании того, насколько большая площадь разрыва, по его мнению, должна быть поддержана скоплениями расклинивающего наполнителя и какая часть площади разрыва должна образовывать открытые каналы, через которые жидкости формации могут свободно протекать.

Во всех предыдущих изобретениях, связанных с гетерогенным размещением расклинивающего наполнителя, считается, что гетерогенность, создаваемая при помощи расположенного на поверхности оборудования, обеспечивает гетерогенность набивки расклинивающим агентом внутри гидравлического разрыва, необходимую для получения большей эффективности разрыва. В предыдущих изобретениях игнорируются физические процессы, ведущие к гомогенизации созданной на поверхности гетерогенности во время доставки пробки с поверхности к гидравлическому разрыву. Игнорирование этих процессов может вести к существенному ухудшению эксплуатационных качеств гидравлического разрыва, что ставит под вопрос практическую реализацию предыдущих изобретений. Поэтому метод, предлагаемый в PCT/RU 2006/000026, имеет много преимуществ по сравнению с известным уровнем техники, все они могут употребляться с пользой для настоящего изобретения, например, упрочняющие (и/или уплотняющие) материалы и/или материалы для переноса расклинивающего наполнителя.

Упрочняющие и/или уплотняющие материалы вводятся в жидкость для гидроразрыва на этапе расклинивания для увеличения прочности образуемых скоплений расклинивающего наполнителя и для предотвращения их разрушения при смыкании разрыва. Обычно упрочняющий материал добавляется на подэтапе расклинивания, но это далеко не всегда так. Концентрации как расклинивающего наполнителя, так и упрочняющего материала могут изменяться во времени всего подэтапа расклинивания и при переходе от одного подэтапа расклинивания к другому и могут быть как непрерывными, так и чередующимися. Например, концентрации упрочняющего материала и/или расклинивающего наполнителя могут быть различными на двух последовательных подэтапах расклинивания. В некоторых приложениях данного метода может оказаться удобным или полезным вводить упрочняющий материал непрерывно на протяжении этапа расклинивания как на подэтапе переноса, так и на подэтапе расклинивания. Другими словами, введение упрочняющего материала может не ограничиваться только подэтапом расклинивания. В частности, могут оказаться предпочтительными разные реализации, в которых концентрации упрочняющего материала не изменяются на протяжении всего этапа расклинивания, монотонно возрастают в течение подэтапа расклинивания или монотонно уменьшаются во время этапа расклинивания.

Расклинивающий наполнитель, покрытый отверждаемой или частично отверждаемой смолой, может быть использован в качестве упрочняющего и уплотняющего материала для образования скоплений расклинивающего наполнителя. Выбор соответствующего покрытого смолой расклинивающего наполнителя для конкретной статической температуры забоя (BHST) и для конкретной жидкости для гидроразрыва хорошо известен опытным буровикам. Кроме того, органические и/или неорганические волокна могут быть использованы для упрочнения скоплений расклинивающего наполнителя. Эти материалы можно использовать в сочетании с расклинивающим наполнителем, покрытым смолой, или отдельно. Как вариант эти материалы могут иметь только клейкое покрытие либо клейкое покрытие, покрытое слоем неклейкого вещества, которое растворяется в жидкости для гидроразрыва по мере того, как оно проходит через разрыв. Волокна, изготовленные из клейкого материала, можно использовать в качестве упрочняющего материала с покрытием неклейким веществом, которое растворяется в жидкости для гидроразрыва при прохождении через разрыв при подземных температурах. Металлические частицы представляют собой еще один предпочтительный упрочняющий материал и могут изготавливаться с использованием алюминия, стали, содержащей специальные добавки для уменьшения коррозии, и других материалов и сплавов. Металлическим частицам может быть придана форма, напоминающая сферы, с размерами от 0,1 до 4 мм. Предпочтительно такие волокна, как используемые металлические частицы, должны иметь продолговатую форму с отношением геометрических размеров (длины к ширине или диаметру) более 5:1. Например, длину более 2 мм и диаметр от 10 до 200 мкм. Дополнительно в качестве упрочняющих материалов могут использоваться пластинки из органического или неорганического вещества, керамики, металлов или металлических сплавов. Эти пластинки могут иметь форму дисков или прямоугольников, а их длина и ширина должны быть такими, чтобы для любых материалов отношение между двумя любыми измерениями из трех было больше чем 5 к 1.

На этапах как переноса, так и расклинивания в жидкость для гидроразрыва может вводиться агент (или агенты) для повышения ее способности переносить расклинивающий наполнитель, другими словами, агент, уменьшающий скорость осаждения расклинивающего наполнителя в жидкости для гидроразрыва. Таким агентом может быть какой-либо материал с частицами продолговатой формы, длина которых существенно превышает их диаметр. Этот материал влияет на реологические свойства и препятствует конвекции в жидкости, что ведет к снижению скорости осаждения расклинивающего наполнителя в жидкости для гидроразрыва. В число материалов, которые могут быть использованы, входят волокна, которые могут быть, например, органическими, неорганическими, стеклянными, керамическими, нейлоновыми, графитовыми или металлическими. Агенты-носители расклинивающего наполнителя могут обладать способностью растворяться в жидкости для гидроразрыва на водной основе или в жидкости ствола скважины; примерами могут служить волокна, изготовленные, например, на основе полимолочной кислоты, полигликолевой кислоты, поливинилового спирта и пр. Эти волокна могут покрываться или изготавливаться из материала, который становится клейким при температурах подземной формации. Они могут изготавливаться из клейкого материала, покрытого неклейким веществом, которое растворяется в жидкости для гидроразрыва при прохождении через разрыв. Используемые волокна обычно имеют длину более 2 мм с диаметром от 10 до 200 мкм в соответствии с главным условием, что отношение между любыми двумя измерениями из трех должно быть больше чем 5 к 1 [т.е. они должны иметь соотношение между геометрическими размерами (длины к ширине или диаметру) больше чем 5:1]. Опять же, термин «волокно», как он определяется здесь, может включать материалы, обычно называемые лентами, дисками, пластинками и т.д. Весовая концентрация волокнистых материалов в жидкости для гидроразрыва составляет, например, от 0,1 до 10%.

Концентрации материала-носителя расклинивающего наполнителя могут изменяться во времени на протяжении стадии расклинивания и от подэтапа расклинивания к подэтапу расклинивания и могут быть постоянными или чередующимися. Например, концентрация материала-носителя расклинивающего наполнителя и/или расклинивающего наполнителя могут быть разными на двух последовательных подэтапах расклинивания. Может также оказаться более полезным (например, более простым) в некоторых приложениях этого метода вводить материал-носи