Спектральная идентификация проппанта в зонах разрывов подземных пластов

Спектральная идентификация проппанта в зонах разрывов подземных пластов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к операциям гидроразрыва и, более конкретно, к способам идентификации трещин, сформированных при разрыве пласта, с использованием приборов нейтронного каротажа.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Для повышения эффективности добычи углеводородов из продуктивных пластов, и особенно из пластов с низкой пористостью и/или низкой проницаемостью, широко применяются технологии искусственного формирования трещин с помощью разрыва (гидроразрыва) продуктивного пласта. При выполнении традиционной операции гидроразрыва в скважину закачивают флюиды под высоким давлением, которые вызывают растрескивание породы пласта вокруг скважины, в результате чего образуются проходы, обеспечивающие высокую проницаемость, что способствует улучшению притока углеводородов из пласта в скважину. Такие операции гидроразрыва могут выполняться в горизонтальных, наклонных, а также в вертикальных скважинах, причем на любых интервалах необсаженных скважин, или на перфорированных интервалах обсаженных скважин.

Например, в вертикальных обсаженных скважинах флюиды, выходящие под высоким давлением через перфорации в обсадной колонне и окружающий слой цемента, вызывают растрескивание породы пласта, в результате чего формируются тонкие пластинчатые трещины, направленные по вертикали, в более глубокозалегающих пластах, в которых обычно находится нефть и газ. Эти искусственно созданные трещины обычно отходят вбок в окружающие пласты на достаточно большое расстояние от скважины и проходят по вертикали, пока не достигают пластов, находящихся выше/ниже интервала гидроразрыва, которые трудно поддаются разрыву. Направления максимального и минимального напряжений по горизонтали внутри пласта определяют азимутальное направление искусственно создаваемых трещин. Если флюид, закачиваемый в скважину, не содержит твердых частиц, которые могут оставаться в трещинах после снижения давления флюида, то трещины закрываются, в результате чего проницаемость породы пласта уменьшится.

Эти частицы составляют твердую фазу расклинивающего наполнителя (проппанта) и обычно представляют собой крупицы песка или керамические частицы, и флюид, используемый для подачи частиц в трещины пласта, обычно имеет достаточную вязкость, чтобы частицы проппанта хорошо захватывались флюидом и подавались в сформированные трещины. Перед выполнением гидроразрыва специальные материалы ("брейкеры"), закачиваемые в скважину вместе с флюидом для гидроразрыва, через некоторое время снижают вязкость флюида, так что флюид может быть удален из трещин, когда начинается добыча углеводорода, а частицы проппанта при этом остаются в созданных трещинах, не давая им закрываться, чтобы проницаемость породы пласта не снижалась.

Частицы проппанта могут также доставляться в созданные трещины в процессе гидроразрыва флюидом с низкой вязкостью, например, жидкостью на водной основе (водный гидроразрыв). В этом случае флюид для гидроразрыва представляет собой воду, содержащую небольшое количество полимера или другие добавки. Преимущество водного гидроразрыва заключается в меньшей стоимости используемого флюида. Кроме того, при использовании сшитых полимеров существенна эффективность разрушителей, поскольку при их низкой эффективности флюид не может быть удален в достаточной степени из трещины, в результате чего будет ограничиваться поток пластовых флюидов. В случае водного гидроразрыва флюид не имеет поперечных связей, и поэтому получаемый результат не зависит от эффективности разрушителей.

В качестве проппантов для гидроразрыва обычно используется частицы песка, частицы песка, покрытые смолой, и керамические частицы. Керамические проппанты обычно изготавливают из природных материалов, таких как каолиновые и бокситовые глины, и такие материалы обладают по сравнению с частицами песка (покрытыми смолой или без такого покрытия) рядом достоинств и преимуществ, которые обусловливаются высокой прочностью на сжатие керамических частиц и их формой, близкой к сферической.

Хотя искусственно созданные трещины представляют собой высокоэффективный инструмент добычи флюидов из коллекторов углеводородов, однако обычно возникает задача определения интервала, в котором фактически выполнен гидроразрыв. Возможно, в пределах заданного интервала гидроразрыва имеются зоны, в которых гидроразрыв оказался неэффективным, либо в связи с аномалиями пласта в этих зонах, либо из-за проблем внутри скважины, таких неэффективные или заблокированные перфорации. Также необходимо знать, проходят ли трещины по вертикали по всему заданному интервалу гидроразрыва, и не выходят ли в каких-то местах трещины по вертикали за пределы заданного интервала. В последнем случае, если трещина проходит в водоносную зону, в скважину может поступать вода, что крайне нежелательно. Во всех таких ситуациях знание расположения зон с трещинами и зон без трещин будет очень полезным для планирования корректирующих операций в этой скважине и/или для планирования будущих операций гидроразрыва в других скважинах.

Было разработано несколько способов определения интервалов, в которых гидроразрыв прошел успешно, и протяженности полученных трещин. Например, может использоваться акустический способ получения каротажных диаграмм. Способ акустического каротажа позволяет определить наличие трещин, поскольку трещины влияют на скорости и величины продольных и поперечных акустических волн, распространяющихся в пласте. Однако известные способы каротажа подвержены действию многих других параметров, таких как тип породы, пористость пласта, геометрия пор, скважинные условия и наличие в пласте природных трещин.

В другом известном способе акустического каротажа зон гидроразрыва используются измерения "потрескивания в трещинах", которое происходит при закрытии трещин после сброса давления гидроразрыва, причем измерения осуществляются акустическим датчиком, расположенным в скважине, сразу же после выполнения операции гидроразрыва. Этот способ дает лишь ограниченные результаты, поскольку: 1) возникают логистические и механические проблемы, связанные с необходимостью нахождения датчика в месте измерения в процессе выполнения гидроразрыва, потому что датчик должен быть включен сразу же после завершения операции гидроразрыва; и 2) в способе используются измерения звуков, возникающих при смыкании трещин, поэтому эффективно сформированные трещины, надлежащим образом расклиненные проппантом, предотвращающим их смыкание, в отличие от нерасклиненных трещин часто не издают звуковых сигналов достаточной силы, в результате чего могут быть получены недостоверные результаты.

Также для определения наличия подземных разрывов использовались расположенные на поверхности группы датчиков наклона. Эти датчики могут обнаруживать очень малые изменения контуров земной поверхности над пластом при его гидроразрыве, и эти изменения по группам датчиков могут быть расшифрованы для обнаружения интервалов гидроразрыва. Этот способ очень затратен, и у него нет разрешения по вертикали для определения зон, в которых произошел гидроразрыв, а в которых нет, и, кроме того, этот способ не обеспечивает определения прохождения фактического разрыва по вертикали за пределы заданного интервала.

Также для составления карты местонахождения и конфигурации разрыва использовались приборы микросейсмических исследований. В этом способе локализации разрыва пласта в соседней скважине переде выполнением разрыва устанавливают множество микросейсмических датчиков. В процессе выполнения операций гидроразрыва оборудование записывает микросейсмическую информацию, которая отражает картину гидроразрыва. Построив карту источников микросейсмических колебаний, можно оценить высоту и длину созданной зоны трещин. Однако этот способ затратен, и для его осуществления необходима поблизости расположенная скважина.

В других известных способах локализации гидроразрыва используется техника радиоактивного каротажа. В одном из таких способов использовались радиоактивные материалы, которые на месте проведения работ смешиваются с частицами проппанта и/или с жидкостью гидроразрыва перед закачиванием в скважину проппанта и/или жидкости гидроразрыва. После закачивания проппанта и/или жидкости гидроразрыва в скважине перемещают скважинный прибор для измерения и записи потока гамма-лучей, излучаемых радиоактивным материалом, имеющимся в скважине, и записанные данные обрабатываются для определения местонахождения трещин. В другом известном способе, использующем радиоактивные материалы, один или нескольких устойчивых изотопов закачиваются в скважину вместе с проппантом в жидкости гидроразрыва, причем такие изотопы могут активироваться (то есть, становятся радиоактивными) излучателем нейтронов каротажного прибора, опускаемого в скважину после распределения изотопов в зоне скважины и в трещинах пласта. Спектроскопический детектор гамма-лучей каротажного прибора измеряет и записывает поток гамма-лучей, испускаемых при распаде предварительно активированного изотопного маркера, по мере того, как прибор перемещается мимо активированного материала. Затем спектры гамма-излучения анализируются для определения активированных изотопов и, соответственно, зон гидроразрыва. Один или оба вышеуказанных способов, в которых используются радиоактивные материалы для составления карты гидроразрыва пласта, имеют несколько известных ограничений и недостатков, а именно:

1. Необходимость закачивания радиоактивного материала в скважину или возбуждения радиоактивности в скважине путем активации находящегося в ней ранее нерадиоактивного материала.

2. Необходимость использования спектроскопии гамма-излучения с высоким разрешением.

3. Недостаточные возможности в части глубинности исследуемой зоны гидроразрыва.

4. Возможные опасности, связанные с выносом на поверхность радиоактивного проппанта или флюида.

5. Потенциальная опасность радиоактивного заражения оборудования на площадке скважины.

6. Необходимость приготовления проппанта на площадке скважины, чтобы предотвратить нежелательное снижение радиоактивности материалов проппанта до выполнения каротажных операций.

7. Возможность накопления на поверхности радиоактивного материала, который не может быть использован в другой скважине.

8. Необходимость в специализированных каротажных приборах, использование которых связано с высокими затратами.

9. Очень низкие скорости перемещения каротажного прибора в скважине.

10. Необходимость использования сложных алгоритмов обработки полученных данных.

Как это понятно из вышеописанного, существует потребность в способах определения конфигурации и размеров трещин в пласте, которые по меньшей мере частично устраняют некоторые из вышеуказанных проблем, ограничений и недостатков, связанных с известными способами определения результатов гидроразрыва.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фигура 1 - общая схема оборудования для гидроразрыва, размещенного на площадке скважины.

Фигура 2 - общая схема выполнения каротажа подземного пласта, в котором имеются искусственно созданные трещины.

Фигуры 3A, 3B - виды в плане от оси Z геометрических схем "para" и "perp" расположения прибора относительно трещины.

Фигуры 4A-4F - графические результаты моделирования, полученные для трех детекторов, расположенных в разных местах (ближний, дальний и самый дальний детекторы) на приборе компенсированного нейтрон-нейтронного каротажа, причем графики показывают зависимость чувствительности интенсивности отсчетов нейтронов от ширины трещины и концентрации в проппанте карбида бора (B₄C).

Фигуры 4G-4L - графики, аналогичные графикам, представленным на фигурах 4A-4F, однако вместо B₄C в проппанте используется оксид гадолиния (Gd₂O₃) в качестве материала, имеющего большое поперечное сечение захвата.

Фигуры 5A, 5B - графики, иллюстрирующие глубинность измерения при использовании двух детекторов, расположенных в разных местах (ближний и дальний детекторы) на приборе компенсированного нейтрон-нейтронного каротажа. На фигуре 5A представлены графики интенсивностей отсчетов ближнего и дальнего детекторов в зависимости от радиального размера пласта, содержащего трещину (результаты моделирования). На фигуре 5B представлены графики интенсивностей отсчетов ближнего и дальнего детекторов для прибора компенсированного нейтрон-нейтронного каротажа в ориентации "para" при измерениях проппанта с активной добавкой, находящегося в объемных элементах трещины, расположенных снаружи скважины по обе стороны от обсадной колонны (результаты моделирования).

Фигуры 6A, 6B - графики, содержащие точки кривых спада гамма-излучения захвата тепловых нейтронов при использовании импульсного нейтронного генератора 14 МэВ (результаты моделирования). Графики фигур 6A, 6B приведены для детекторов, расположенных на трех разных расстояниях от источника, причем на фигуре 6A приведены данные кривых спада, когда проппанта, содержащего карбид бора, в трещинах нет, и на фигуре 6B приведены данные кривых спада, когда проппант, содержащий карбид бора, введен в трещины, вместе с расчетными компонентами спада для пласта и скважины, как форме уравнений, так и в форме графиков. Фигура 6C - аналогичные кривые спада для помеченного проппанта, находящегося не в трещинах пласта, а в затрубном пространстве скважины. На фигурах 6A-6C верхние кривые спада (наибольшая интенсивность отсчетов) и компоненты относятся к ближнему детектору, промежуточные данные спада относятся к дальнему детектору, и данные, содержащие наименьшую интенсивность отсчетов, относятся к самому дальнему детектору.

Фигуры 7A, 7B - каротажные диаграммы для идентификации проппанта в пласте и в зоне скважины. На фигуре 7A представлен пример каротажной диаграммы, полученной с использованием прибора компенсированного нейтрон-нейтронного каротажа с тремя детекторами тепловых нейтронов (ближний, дальний и самый дальний детекторы, расположенные на постепенно увеличивающейся высоте над генератором нейтронов). Прибор импульсно-нейтронного каротажа с детектором гамма-излучения или с детектором тепловых нейтронов дает каротажную диаграмму, аналогичную диаграмме, представленной на фигуре 7B. В нормальных условиях получения каротажных данных прибор импульсно-нейтронного каротажа имеет по меньшей мере два детектора, ближний детектор и дальний детектор, и каждый детектор обеспечивает получение каротажной диаграммы.

На фигуре 8 представлен график функциональной зависимости интенсивности отсчетов тепловых нейтронов, измеренной одним детектором прибора компенсированного нейтрон-нейтронного каротажа, от водородного индекса подземных пластов, в которых нет трещин, в условиях, показанных на фигуре 3А. Также показана функциональная зависимость между теми же параметрами с проппантом, содержащим 1% карбида бора, в трещине шириной 1,0 см, сформированной в пласте в результате гидроразрыва.

На фигуре 9 представлен график функциональной зависимости отношения интенсивностей отсчетов тепловых нейтронов, измеренных двумя детекторами, расположенными на разном расстоянии в приборе компенсированного нейтрон-нейтронного каротажа, от водородного индекса подземных пластов, в которых нет трещин, в условиях, показанных на фигуре 3А. Также показана функциональная зависимость между теми же параметрами с проппантом, содержащим 1% карбида бора, в трещине шириной 1,0 см, сформированной в пласте в результате гидроразрыва.

Фигура 10 - график зависимости интенсивности отсчетов тепловых нейтронов, полученной ближним детектором, и отношения интенсивностей отсчетов тепловых нейтронов, полученных ближним и дальним детекторами, при концентрациях 0% и 1% карбида бора в проппанте. На этой фигуре также показан сдвиг величин интенсивностей отсчетов и отношений величин интенсивностей отсчетов, когда концентрация карбида бора увеличивается от 0% до 1% в диапазоне пористостей пласта (водородного индекса), как показано на этой фигуре.

Фигура 11 - общая схема способа спектральной идентификации проппанта в подземном пласте.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способы, раскрытые в настоящем описании, обеспечивают большую глубину исследований по сравнению с известными способами, использующими нейтронную активацию изотопов в скважине. При этом отсутствует возможная опасность, связанная с выносом на поверхность радиоактивных проппантов или флюидов, или с заражением оборудования на площадке скважины. Технологически способы очень просты, поскольку: 1) проппант может быть приготовлен достаточно заблаговременно перед планируемой операцией гидроразрыва без опасений относительно снижения радиоактивности, связанного с задержками использования проппанта; 2) отсутствуют проблемы, связанные с возможностью радиоактивного облучения при транспортировке и хранении проппанта; 3) любые излишки проппанта, подготовленные для одной операции гидроразрыва, могут быть использованы в любой другой операции гидроразрыва; и 4) используются широко распространенные каротажные приборы, и они сравнительно недороги в работе. Малая скорость получения каротажных данных также не является проблемой.

Кроме того, стоимость каротажной операции при использовании приборов нейтрон-нейтронного или компенсированного нейтрон-нейтронного каротажа гораздо ниже по сравнению с известными способами, в которых используются дорогие изотопные материалы.

Варианты осуществления настоящего изобретения относятся к способу определения местонахождения и высоты трещины в подземном пласте с использованием прибора импульсно-нейтронного каротажа по сечению захвата, прибора нейтрон-нейтронного каротажа с одним детектором или прибора компенсированного нейтрон-нейтронного каротажа. Способ включает: получение набора каротажных данных до выполнения гидроразрыва; выполнение гидроразрыва пласта с использованием суспензии, которая содержит жидкость и проппант, содержащий материал, поглощающий тепловые нейтроны; получение набора каротажных данных после выполнения гидроразрыва; сравнение наборов каротажных данных, полученных до и после гидроразрыва, для определение местонахождения проппанта; и установление соответствия местонахождения проппанта и глубины измерений в скважине для определения местонахождения и высоты трещины.

Указанные наборы каротажных данных получают, выполняя следующие стадии: опускают в скважину, проходящую через подземный пласт, прибор нейтронного каротажа, содержащий источник непрерывного или импульсного потока нейтронов и один или несколько детекторов нейтронов или гамма-излучения; обеспечивают излучение нейтронов источником нейтронов в скважину и пласт; и измеряют в зоне скважины поток тепловых нейтронов или захватное гамма-излучение, возникающее в результате реакций нейтронов, излучаемых источником, с химическими элементами в зоне скважины и в подземном пласте. Для целей настоящего описания термин "зона скважины" включает каротажный прибор, скважинный флюид, трубные конструкции в скважине и любые материалы в затрубном пространстве, например цемент, который расположен между пластом и трубной конструкцией в скважине.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, в которых используется прибор импульсно-нейтронного каротажа, наборы каротажных данных, полученные до и после гидроразрыва, используются для различения проппанта в пласте и проппанта в скважине.

В соответствии с одним из вариантов, в котором используется прибор импульсно-нейтронного каротажа, этот прибор формирует данные, содержащие интенсивности отсчетов, вычисленные сечения захвата тепловых нейтронов материалами пласта, вычисленные сечения захвата тепловых нейтронов материалами скважины и вычисленные параметры пласта и скважины, связанные со спадом компонентов интенсивностей отсчетов.

В соответствии с одним из вариантов, в котором используется прибор компенсированного нейтрон-нейтронного каротажа, этот прибор обеспечивает определение место нахождения и высоты трещины в пласте и пористости пласта. Наборы каротажных данных, полученные с помощью прибора компенсированного нейтрон-нейтронного каротажа до и после гидроразрыва, включают интенсивности отсчетов и отношения интенсивностей отсчетов.

В одном из вариантов используется прибор нейтрон-нейтронного каротажа с одним детектором для определения местонахождения и высоты трещины. Наборы каротажных данных, полученные с помощью прибора нейтрон-нейтронного каротажа с одним детектором до и после гидроразрыва, включают интенсивности отсчетов.

В соответствии с некоторыми вариантами наборы каротажных данных, полученные до и после гидроразрыва, нормализуют перед выполнением их сравнения. Процесс нормализации включает корректировку данных, полученных до и после гидроразрыва, для учета изменений среды и/или каротажного прибора, в результате чего становится возможным сравнение этих данных.

В соответствии с некоторыми вариантами суспензия гидроразрыва содержит проппант, содержащий материал, поглощающий тепловые нейтроны. Проппант, в который добавлен материал, поглощающий тепловые нейтроны, имеет сечение захвата тепловых нейтронов, превышающее сечения химических элементов, обычно встречающихся в зонах, которые подвергаются гидроразрыву. В соответствии с некоторыми вариантами проппант, содержащий материал, поглощающий тепловые нейтроны, имеет макроскопическое сечение захвата тепловых нейтронов, равное по меньшей мере примерно 90 единиц захвата и предпочтительно 900 и более единиц захвата. В предпочтительных вариантах проппант представляет собой гранулированный керамический материал, каждое зерно которого содержит внедренный в него материал с большим сечением захвата тепловых нейтронов.

В соответствии еще с одним вариантом в качестве материала, поглощающего тепловые нейтроны, может использоваться бор, кадмий, гадолиний, иридий и их смеси.

В соответствии еще с одним вариантом, когда в приборах нейтрон-нейтронного или компенсированного нейтрон-нейтронного каротажа, или импульсно-нейтронного каротажа по сечению захвата используются детекторы гамма-излучения, то для обнаружения, выделения и идентификации гамма-излучения, исходящего из содержащегося в проппанте материала, поглощающего тепловые нейтроны, после захвата тепловых нейтронов, могут использоваться способы спектроскопии захватного гамма-излучения и деконволюции спектра.

Подходящие борсодержащие материалы с большим сечением захвата включают карбид бора, нитрид бора, ортоборную кислоту, боросиликатное стекло с высоким содержанием бора, борат цинка, тетраборнокислый натрий и их сочетания. Проппант, содержащий карбид бора в количестве 0,1 вес.%, имеет макроскопическое сечение захвата примерно 92 единицы захвата. Подходящий проппант, содержащий оксид гадолиния в количестве 0,025-0,030 вес.%, имеет аналогичные характеристики поглощения тепловых нейтронов, что и проппант, содержащий карбид бора в количестве 0,1 вес.%. В большинстве нижеописанных примеров используется карбид бора, однако специалистам в данной области техники будет понятно, что может использоваться любой поглощающий материал с большим сечением захвата тепловых нейтронов, такой как, например, оксид гадолиния.

В соответствии с некоторыми вариантами используемый проппант содержит материал, поглощающий тепловые нейтроны, в количестве от примерно 0,025 вес.% до примерно 4,0 вес.%. В соответствии с некоторыми вариантами проппант содержит борсодержащий материал, поглощающий тепловые нейтроны, в количестве от примерно 0,1 вес.% до примерно 4,0 вес.%. В соответствии с некоторыми вариантами проппант содержит материал, содержащий соединение гадолиния, поглощающий тепловые нейтроны, в количестве от примерно 0,025 вес.% до примерно 1,0 вес.%.

В соответствии с некоторыми вариантами в качестве проппанта может использоваться керамический проппант, песок, песок, крупинки которого покрыты смолой, пластмассовые бусинки, стеклянные бусинки или иные типы проппантов. Такие проппанты могут быть изготовлены с использованием подходящих процессов, в том числе, например, путем непрерывного распыления материала, псевдоожижения распылением, распылительной сушки или уплотнения. Подходящие проппанты и способы их изготовления раскрыты в патентах US 4,068,718, 4,427,068, 4,440,866, 5,188,175 и 7,036,591, полное содержание которых вводится здесь ссылкой.

В соответствии с некоторыми вариантами материал, поглощающий тепловые нейтроны, добавляют в керамический проппант в процессе его изготовления, таком как, например, непрерывное распыление материала, ожижение распылением, распылительная сушка или уплотнение. Характеристики керамических проппантов, такие как, например, кажущаяся удельная плотность, могут варьироваться в зависимости от исходного материала и производственного процесса. Термин "кажущаяся удельная плотность", как он используется в настоящем описании, относится к плотности, равной весу единицы объема (г/см³), включая внутреннее пространство между зернами проппанта. Проппанты с низкой плотностью обычно имеют кажущуюся удельную плотность, не превышающую 3,0 г/см³, и обычно их изготавливают из каолина и глинозема. Проппанты промежуточной плотности обычно имеют кажущуюся удельную плотность в диапазоне от примерно 3,1 г/см³ до примерно 3,4 г/см³, и их обычно изготавливают из бокситовой глины. Проппанты повышенной прочности обычно изготавливают из бокситовой глины с глиноземом, и их кажущаяся плотность превышает 3,4 г/см³. В процессе изготовления любого из указанных проппантов в них может быть добавлен материал, поглощающий тепловые нейтроны, в результате чего может быть получен проппант, который будет пригоден для использования в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения. Керамический проппант может быть изготовлен таким образом, чтобы в его зернах возникала пористость. Способ изготовления подходящей пористой керамики описан в патенте US №7,036,591, полное содержание которого вводится здесь ссылкой. В этом случае материал, поглощающий тепловые нейтроны, импрегнируют в поры зерен проппанта в концентрации от примерно 0,025 вес.% до примерно 4,0 вес.%.

В соответствии с некоторыми вариантами материал, поглощающий тепловые нейтроны, вводится в смолу, и керамический проппант или крупицы природного песка покрывают смолой, содержащей этот материал. Способы изготовления проппантов с покрытием из смолы хорошо известны специалистам в данной области техники. Например, подходящий способ покрытия в растворе описан в патенте US №3,929,191, выданном Graham и др., полное содержание которого вводится здесь ссылкой. Другой подходящий способ, описанный в патенте US №3,929,191, выданном Young и др., полное содержание которого вводится здесь ссылкой, включает нанесение покрытия на зерна гранулированного материала жидкой некаталитической композиции смолы, отличающейся способностью извлекать катализатор или вулканизирующее вещество из неводного раствора. Также в патенте US №4,585,064, выданном Graham и др., полное содержание которого вводится здесь ссылкой, описан подходящий способ нанесения покрытия из горячего расплава для использования фенолформальдегидных новолачных смол. Специалистам в данной области техники известны и другие подходящие способы нанесения покрытия на крупинки проппантов и природных песков.

Соответственно, способы по настоящему изобретению могут быть осуществлены с использованием керамического проппанта или природного песка, содержащего материал, поглощающий тепловые нейтроны, который может быть введен в частицы путем нанесения покрытия или иным способом. В соответствии с некоторыми вариантами в качестве подходящего материала, поглощающего тепловые нейтроны, может использоваться карбид бора или оксид гадолиния, каждый из которых обладает эффективной способностью поглощения тепловых нейтронов при низкой концентрации в помеченном проппанте или песке. Концентрация таких материалов, поглощающих тепловые нейтроны, обычно находится в диапазоне от примерно 0,025% до примерно 4,0% от веса проппанта. Для соединений бора, таких как карбид бора, может использоваться концентрация от примерно 0,1 вес.% до примерно 4,0 вес.%, и для соединений гадолиния, таких как оксид гадолиния, может использоваться концентрация от примерно 0,025 вес.% до примерно 1,0 вес.%. Эти концентрации достаточно малы, так что эти материалы с большим сечением захвата не оказывают существенного влияния на другие характеристики помеченного проппанта, такие как, например, прочность на раздавливание. Хотя в вариантах осуществления изобретения могут использоваться любой поглощающий материал с большим сечением захвата тепловых нейтронов, однако в тех вариантах, в которых используются приборы импульсно-нейтронного каротажа по сечению захвата, может использоваться карбид бора или другой борсодержащий материал, поскольку при захвате тепловых нейтронов бором не возникает гамма-излучение, которое может быть измерено детекторами каротажного прибора. В вариантах осуществления изобретения, в которых используются приборы нейтрон-нейтронного или компенсированного нейтрон-нейтронного каротажа, может использоваться оксид гадолиния или другой материал, содержащий гадолиний, поскольку в этом случае требуется меньшее количество материала по сравнению с материалами, содержащими бор. Концентрация других материалов с большим сечением захвата тепловых нейтронов, необходимая для обеспечения аналогичных характеристик поглощения тепловых нейтронов, зависит от плотности и молекулярного веса используемого материала и от сечений захвата компонентов, содержащихся в этом материале.

Производство керамического проппанта, содержащего от примерно 0,025 вес.% до примерно 4,0 вес.% материала, поглощающего тепловые нейтроны, может быть экономически эффективным, и такой проппант может обеспечить полезную информацию для идентификации трещин при сравнении каротажных данных, полученных с использованием приборов нейтрон-нейтронного или компенсированного нейтрон-нейтронного каротажа, или приборов импульсно-нейтронного каротажа по сечению захвата до и после выполнения операции гидроразрыва пласта. Эта информация может обеспечивать указания и различение между интервалами, в которых имеются трещины, расклиненные проппантом, и интервалами, в которых нет таких трещин.

Как показано на фигуре 1, операция гидроразрыва включает смешивание на площадке скважины воды с гелем для получения вязкой жидкости гидроразрыва. В полученную вязкую жидкость гидроразрыва добавляют проппант, включающий материал, поглощающий нейтроны, и полученную суспензию закачивают в скважину с использованием насосов высокого давления. Суспензия продавливается под высоким давлением в трещины, создаваемые в пласте, и возможно также в зоны скважины, прилегающие к трещинам. Частицы проппанта подаются вместе с жидкостью (суспензией гидроразрыва) в скважину и создаваемые трещины, а также в зоны скважины, прилегающие к местам, от которых отходят трещины, проникающие в окружающий пласт.

На схеме фигуры 2 показан подвижной модуль с каротажной аппаратурой на площадке скважины и прибор нейтрон-нейтронного, компенсированного нейтрон-нейтронного или импульсно-нейтронного каротажа по сечению захвата, опущенный на глубину искусственно сформированных трещин. Мощность из модуля с каротажным оборудованием подается на каротажный прибор, который записывает и передает каротажные данные, когда он перемещается через зону гидроразрыва и через вышележащие и нижележащие пласты.

В различных вариантах осуществления изобретения раскрывается способ идентификации трещин, создаваемых в результате гидроразрыва, с использованием проппанта, содержащего материал, поглощающий тепловые нейтроны, и измерений с помощью приборов нейтрон-нейтронного (в том числе и компенсированного) каротажа или импульсно-нейтронного каротажа по сечению захвата, причем способ включает:

1. Изготовление доппанта, содержащего материал, поглощающий тепловые материалы, причем проппант изготавливают из исходных материалов, которые включают материал, поглощающий тепловые нейтроны, путем покрытия этим материалом частиц проппанта, или же этот материал может импрегнироваться или иным образом вводиться в частицы проппанта.

2. Выполнение каротажных работ с использованием приборов нейтрон-нейтронного или компенсированного нейтрон-нейтронного каротажа, включая приборы с одним или несколькими детекторами, или приборов импульсно-нейтронного каротажа по сечению захвата для получения данных до гидроразрыва в потенциальных зонах осуществления гидроразрыва, а также предпочтительно в зонах, охватывающих сверху и снизу потенциальные зоны гидроразрыва.

3. Осуществление операции гидроразрыва в скважине путем закачивания в нее суспензии гидроразрыва, содержащей проппант, в состав которого входит материал, поглощающий тепловые нейтроны.

4. Выполнение каротажных работ с использованием приборов нейтрон-нейтронного или компенсированного нейтрон-нейтронного каротажа, или приборов импульсно-нейтронного каротажа по сечению захвата (приборы того же типа, что и в п.2) для получения данных после гидроразрыва в одной или нескольких зонах гидроразрыва, а также предпочтительно в зонах, охватывающих сверху и снизу заданные зоны гидроразрыва. Каротажные работы могут проводиться с прибором, расположенным по центру скважины или смещенным от центра к стенке обсадной или лифтовой колонны. Каротажные диаграммы до и после гидроразрыва предпочтительно получают в условиях одного и того же смещения прибора от центра.

5. Сравнение массивов данных, полученных до и после гидроразрыва (после нормализации каротажных данных) для определения местонахождения проппанта. Нормализация может быть необходима, если каротажные работы до и после гидроразрыва проводились для разных условий в скважине, или же использовались разные приборы или источники. Это может быть особенно справедливо, если данные каротажа до выполнения гидроразрыва в скважине были записаны задолго до выполнения этой операции с использованием детекторов на каротажном кабеле и/или системы выполнения каротажа в процессе бурения скважины. Для выполнения операций нормализации осуществляют сравнение каротажных данных, полученных до и после гидроразрыва, которые относятся к зонам, охватывающим заданные интервалы гидроразрыва. Поскольку эти зоны не изменились за время, прошедшее между указанными каротажными работами, то для приведения в соответствие каротажных данных, полученных до и после гидроразрыва, к каротажным данным в указанных охватывающих зонах применяются соответствующие коэффициенты и/или смещения. Затем эти же коэффициенты/смещения применяются к каротажным данным для всего интервала, охваченного измерениями. Разницы в данных указывают наличие проппанта в трещине и/или в зоне скважины, прилегающей к трещине.

Для приборов нейтрон-нейтронного каротажа и компенсированного нейтрон-нейтронного каротажа уменьшение измеренной интенсивности отсчетов в каротажных данных, полученных после выполнения гидроразрыва, по сравнению с каротажными данными, полученными до выполнения гидроразрыва, указывает на присутствие проппанта, содержащего материал с высокой поглощающей способностью для тепловых нейтронов. Небольшие изменения отношений интенсивностей отсчетов также могут указывать на присутствие проппанта.

Для приборов импульсно-нейтронного каротажа по сечению захвата увеличение вычисленных сечений захвата в пласте и/или в скважине, а также уменьшение компонентов интенсивностей отсчетов для пласта и/или в скважины в выбранных интервалах времени между импульсами нейтронов (особенно в случае использования бора в качестве материала с высоким сечением захвата) в каротажных данных, полученных после выполнения гидроразрыва, по сравнению с каротажными данными, полученными до выполнения гидроразрыва, указывают