Самосуспендирующиеся проппанты для гидравлического разрыва пласта

Самосуспендирующиеся проппанты для гидравлического разрыва пласта

Иллюстрации

Показать все

Реферат

РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет на основании предварительной заявки на патент США №61/529600, поданной 31 августа 2011 года, предварительной заявки на патент США №61/635612, поданной 19 апреля 2012 года, и предварительной заявки на патент США №61/662681, поданной 21 июня 2012 года. Полное содержание вышеуказанных заявок включено в настоящий документ посредством ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0002] Настоящая заявка в целом относится к системам и способам разрыва пласта. УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0003] В процессе извлечения нефти и/или газа из скважины часто возникает необходимость интенсифицировать приток углеводородов посредством гидравлического разрыва пласта. Термин «разрыв пласта» относится к методу закачивания текучей среды в буровую скважину, пока давление внутри нее не достигнет уровня, достаточного для разрушения подземных геологических формаций, в которых заключены добываемые материалы. Данный процесс приводит к образованию трещин и разломов, вскрывающих нижележащий слой, в результате чего углеводородный продукт начинает более интенсивно поступать в ствол скважины. Однако если при этом не поддерживать давление, вновь образовавшиеся проходы закрываются. Для того чтобы держать канал притока в открытом состоянии, вместе с жидкостью для гидроразрыва в скважину также подается расклинивающий агент или «проппант», который способствует сохранению раскрытого канала. По мере формирования разрыва проппанты подаются в буровой раствор, где они, после сброса гидравлического давления, образуют предохранительную пробку или расклиниватель, который удерживает трещины открытыми.

[0004] Для доставки проппанта в трещину его частицы суспендируют в текучей среде, которую затем закачивают в заданное место в подземном пласте. Для предотвращения седиментации частиц часто приходится использовать высоковязкие среды. Вязкость текучей среды регулируют, как правило, введением присадок на основе синтетических или природных полимеров. Для суспендирования и транспортировки проппантов во время проведения операций по гидроразрыву пласта обычно применяют три типа систем текучих сред с полимерными присадками: вода с небольшой добавкой несшитого полимера; линейный гель и сшитый гель.

[0005] В системах с добавкой несшитого полимера в качестве понизителя трения обычно используется анионный или катионный полиакриламид, что позволяет обеспечить максимальный поток текучей среды при минимальной мощности насосов. Поскольку требования к мощности насосов, используемых для гидравлического разрыва пласта, достаточно высокие и составляют порядка 10000-100000 л.с., понизитель трения добавляют к жидкостям с несшитым полимером с целью обеспечить высокую производительность насосной установки и избежать необходимости использовать более мощные агрегаты. Несмотря на то, что данные полимеры эффективны как понизители трения, их эффективность в качестве загустителей и суспендирующих агентов невысока. Растворы с добавкой несшитого полимера обычно содержат 0,5-2,0 галлона полимера-понизителя трения на 1000 галлонов жидкости, при этом растворы характеризуются низкой вязкостью, - порядка 3-15 спз. При столь низкой вязкости, в условиях прекращения турбулентного режима потока суспензии взвешенные частицы проппанта могут легко седиментироваться. По этой причине жидкости с добавкой несшитого полимера используются на стадиях гидроразрыва, в которых проппант или не используется, или используется проппант с малым размером частиц или в условиях низких нагрузок на проппант.

[0006] Второй тип систем текучих сред с полимерными присадками получил название систем с линейным гелем. Системы с линейным гелем содержат, как правило, карбогидратные полимеры, такие как гуар, гидроксиэтилцеллюлозу, гидроксиэтил гуар, гидроксипропил гуар и гидроксипропилцеллюлозу. Рабочий расход полимеров линейных гелей составляет обычно 10-50 фунтов полимера на 1000 галлонов жидкости с линейным гелем. Такие концентрации полимера линейного геля позволяют получить жидкость с более высокими характеристиками суспендирования проппанта по сравнению с жидкостью с добавкой несшитого полимера. Жидкости с линейными гелями используются для транспортировки проппантов при уровнях загрузки от 0,1 до 1 фунта проппанта на галлон жидкости. Выше указанного уровня загрузки проппанта, получаемый в результате более вязкий раствор, как правило, подразумевает применение стабильной суспензии.

[0007] Сшитый гель является самым вязким типом жидкости с полимерными присадками, которые используются для перемещения проппанта. В системах со сшитым гелем, описанная выше жидкость с линейным гелем сшивается добавлением реагентов, таких как борат, цирконат и титанат в присутствии катионов щелочного металла. В результате вязкость жидкости, полученной после сшивания жидкости с линейным гелем, становится значительно выше, что обеспечивает эффективное суспендирование проппантов. Жидкости с линейным и сшитым гелем имеют определенные преимущества, но для их приготовления требуется высокий расход дорогостоящего полимера.

[0008] Предпочтительным способом улучшения эксплуатационных качеств проппантов в системах гидравлического разрыва пласта могло бы быть модифицирование их частиц. Во-первых, если бы частицы проппанта были более легкими, появилась бы возможность использовать для приготовления суспензии менее вязкие жидкости, при этом перемещение частиц в нужную зону разрыва пласта осуществлялось бы с меньшими усилиями. Во-вторых, желательно, чтобы после закачки в трещину проппанты оставались в местах укладки в течение всего периода эксплуатации скважины. Изменения внутри пласта во время эксплуатации скважины могут привести к выносу проппантов из места их расположения, выходу из строя технологического оборудования и снижению проницаемости породы-коллектора вследствие закупоривания пор вытесненными проппантами. В-третьих, будучи помещены в место расклинивания, проппанты должны обладать устойчивостью к напряжениям, вызывающих смыкание трещины. Напряжения смыкания могут варьироваться от 1700 фунтов/кв. дюйм в скважинах сланцевого газа до 15000 фунтов/кв. дюйм и выше для глубоких, высокотемпературных («горячих») скважин. Необходимо соблюдать осторожность, поскольку под воздействием этих напряжений проппанты могут быть разрушены до состояния тонкодисперсных частиц и вынесены в места в скважине, нежелательные с точки зрения воздействия на оборудование. Целесообразно, чтобы проппант был устойчив к процессам преобразования породы при операциях по гидравлическому разрыву пласта. Высокие давления и температуры в сочетании с химическими реагентами жидкостей для гидроразрыва могут негативно влиять на свойства частиц проппанта, приводя к их диагенезу и, с течением времени, к образованию тонкодисперсных твердых частиц, их масштабированию и снижению продуктивности скважины.

[0009] Решить эти проблемы призваны современные расклинивающие системы и жидкости для гидроразрыва пласта с полимерными присадками; таким образом, проппанты могут быть доставлены к месту укладки жидкостями для гидроразрыва, оставаться в месте укладки после их доставки в требуемое место и выдерживать напряжения, вызывающие смыкание трещин в продуктивном пласте. Одним из способов приготовления соответствующих проппантов является покрытие частиц расклинивающего материала смолами. Вулканизация проппанта смолами может быть полной или частичной. При полной вулканизации смолой обеспечивается сопротивление раздавливанию основы проппанта за счет распределения напряжений между частицами. Кроме того, полностью вулканизованная смола способствует снижению миграции тонких частиц за счет инкапсулирования частицы проппанта. Частично вулканизованная смола может вулканизована полностью после помещения в трещину. Способ может оказаться столь же эффективным, как и при использовании полностью вулканизованной смолы.

[0010] Другой способ приготовления соответствующих задачам проппантов заключается в смешивании присадок с собственно проппантом, например, волокнами, частицами эластомеров и т.п. Однако при этом присадки способны негативно влиять на реологические свойства транспортирующего раствора, затрудняя доставку проппантов к месту укладки в трещине. Кроме того, использование присадок может создавать препятствия для равномерной укладки расклинивающей смеси в месте разрыва.

[0011] Вдобавок, существуют проблемы в области охраны труда, техники безопасности и охраны окружающей среды, ассоциируемые с изготовлением проппантов. Так, например, в песчаных образованиях естественного происхождения часто обнаруживают тонкодисперсные частицы («пыль») кристаллического кремнезема. Тонкие частицы этого вещества как дыхательная фракция могут получаться в результате обработки и производства гранулированного песка для гидроразрыва. При продолжительном воздействии такая пыль может представлять опасность для рабочих, приводя к таким тяжелым легочным заболеваниям как силикоз, хроническая обструктивная пневмония, рак легких и т.п. Помимо влияния на здоровье человека, пыль также может быть причиной таких вредных воздействий, как засорение оборудования и загрязнение окружающей среды.

[0012] Несмотря на то, что в данной области техники известны способы, направленные на ограничение вредного воздействия проппантов, определенные проблемы все же остаются. Таким образом, в области техники существует потребность в более совершенных расклинивающих системах, которые обеспечивали бы их точную укладку в трещине, поддержку проницаемости в трещине после укладки, сохранение производительности скважины и ресурса оборудования, а также способствовали бы повышению уровня производственной гигиены и безопасности труда. Кроме того желательно, чтобы такие улучшенные системы были еще и экономически эффективными.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0013] Описанные в настоящей заявке варианты реализации изобретения относятся к модифицированным проппантам, состоящих из частиц расклинивающего агента и гидрогелевого покрытия, и отличающихся тем, что гидрогелевое покрытие нанесено на поверхность частиц расклинивающего агента и локализуется на ней с образованием модифицированного проппанта. Гидрогелевое покрытие может содержать водонабухающий полимер. В вариантах реализации изобретения гидрогелевое покрытие наносится на поверхность в виде жидкости, которая может содержать растворитель или жидкость-носитель; при удалении растворителя или жидкости-носителя жидкое гидрогелевое покрытие переходит в осушенную форму. В вариантах реализации изобретения гидрогелевое покрытие содержит водонабухающий полимер, который в условиях повышенных температур или соляного раствора значительно уменьшается в объеме или по толщине. В вариантах реализации изобретения гидрогелевое покрытие содержит гидрофобный сомономер, выбранный из группы, содержащей алкилакрилатные эфиры, N-алкилакриламиды, N-изопропилакриламид, пропиленоксид, стирол и винилкапролактам. В вариантах реализации изобретения осушенное гидрогелевое покрытие способно увеличиваться в объеме при контакте с водными текучими средами, образуя набухающее гидрогелевое покрытие с толщиной по меньшей мере на 10% больше, чем в осушенной форме. В вариантах реализации изобретения гидрогелевое покрытие содержит полимер, выбранный из группы, содержащей полиакриламид, (поли)акриловую кислоту, сополимеры акриламида с солями акриловой кислоты, карбоксиметилцеллюлозу, гидроксиметилцеллюлозу, гидроксипропилцеллюлозу, гуаровую смолу, карбоксиметил гуар, карбоксиметил-гидроксипропилгуаровую смолу (смолу КМГПГ), гидрофобноассоциированные разбухающие эмульсионные полимеры и латексные полимеры. В вариантах реализации изобретения гидрогелевое покрытие дополнительно содержит химические добавки, выбранные из группы, состоящей из ингибиторов образования отложений, биоцидов, деструкторов, агентов, регулирующих выпадение парафиновых отложений, агентов, регулирующих выпадение асфальтеновых отложений и маркеров.

[0014] В вариантах реализации изобретения модифицированный проппант дополнительно содержит катионно/анионную полимерную пару, состоящую из катионного полимера и высокомолекулярного анионного полимера; при этом катионный полимер выбирается из группы, содержащей полидиалилдиметилхлорид аммония (поли-DADMAC), линейный полиэтиленимин (LPEI), связанный полиэтиленимин (BPEI), хитозан и катионный полиакриламид. В вариантах реализации изобретения модифицированный проппант дополнительно содержит сшивающий агент; при этом сшивающий агент может содержать ковалентный сшивающий полимер с функциональной группой, выбранной из группы, содержащей эпоксид, ангидрид, альдегид, диизоцианат и карбодиамид. В вариантах реализации изобретения ковалентный сшивающий полимер может быть выбран из группы, содержащей полиэтиленгликоль, диглцидиловый эфир, эпихлоргидрин, малеиновый ангидрид, формальдегид, диальдегид (глиоксаль), глутаральдегид, толуилендиизоцианат, а также метилендифенилдиизоцианат и 1-этил-3-(3-диметиламинопропил)карбодиамид. В вариантах реализации изобретения модифицированный проппант может дополнительно содержать замедлитель гидратации, который выбирается из группы, содержащей поверхностно-активное вещество с низкой величиной гидрофильно-липофильного баланса, вытесняющий агент, способный вытеснять аппретирующее поверхностно-активное вещество, низкомолекулярный ионный сшивающий агент, низкомолекулярный ковалентный сшивающий агент и защитный агент с моновалентной солью. В вариантах реализации изобретения модифицированный проппант дополнительно содержит спирт, выбранный из группы, содержащей этиленгликоль, пропиленгликоль, глицерин, пропанол и этанол. В вариантах реализации изобретения модифицированный проппант дополнительно содержит агент, предотвращающий слеживание.

[0015] Кроме того, настоящая заявка на изобретение относится к композициям жидкостей для гидравлического разрыва пласта, содержащих модифицированный проппант, описанный выше. В вариантах реализации изобретения композиции могут дополнительно содержать песок и/или волокна без смоляного покрытия. В вариантах реализации изобретения описываемые способы разрыва пласта в скважине содержат приготовление описанной выше композиции для гидравлического разрыва, и ее введение в скважину в объеме и при давлении, эффективных для проведения операции разрыва пласта в скважине.

[0016] Кроме того, в вариантах реализации изобретения описываются методы производства модифицированного проппанта, включая способ обеспечения частицы проппанта и нанесения гидрогелевого покрытия на ее поверхность таким образом, что гидрогелевое покрытие локализуется в определенном месте на поверхности частицы. В вариантах реализации изобретения гидрогелевое покрытие наносится на поверхность в виде жидкого вещества. Методы могут дополнительно содержать стадию отверждения гидрогелевого покрытия на поверхности частицы посредством высушивания, которое может включать термическую обработку гидрогелевого покрытия. В вариантах реализации изобретения гидрогелевое покрытие содержит растворитель или жидкость-носитель; при удалении которого гидрогелевое покрытие высыхает, образуя на поверхности частиц твердый покрывающий слой. В вариантах реализации изобретения метод может включать дополнительную стадию, во время которой твердый покрывающий слой подвергается воздействию водной текучей среды с образованием набухшего гидрогелевого покрытия, при этом гидрогелевое покрытие увеличивается в объеме и его толщина становится по меньшей мере на 10% больше, чем толщина твердого покрывающего слоя.

[0017] Кроме того, в настоящей заявке описываются способы производства модифицированного проппанта, содержащие формирование частицы субстрата проппанта, приготовление жидкой композиции полимерного покрытия, нанесение жидкой композиции полимерного покрытия на частицы субстрата проппанта, смешивание частиц субстрата проппанта с жидкой композицией полимерного покрытия с образованием модифицированного проппанта и высушивание модифицированного проппанта, отличающиеся тем, что жидкая композиция полимерного покрытия содержит гидрогелевый полимер и тем, что гидрогелевый полимер локализуется на поверхности частицы субстрата проппанта с образованием модифицированного проппанта. В вариантах реализации изобретения производство осуществляется на месте или близ места использования модифицированного проппанта. В вариантах реализации изобретения частица субстрата проппанта содержит песок. В вариантах реализации изобретения песок получают на месте или близ места использования модифицированного проппанта. Данные способы могут дополнительно включать добавление спирта, выбранного из группы, содержащей этиленгликоль, пропиленгликоль, глицерин, пропанол и этанол, в процессе или до стадии смешивания частиц субстрата проппанта и жидкой композиции полимерного покрытия. Данные способы могут дополнительно включать добавление активатора инвертирования на стадии или после стадии смешивания частиц субстрата проппанта и жидкой композиции полимерного покрытия. Данные способы могут дополнительно включать добавление к модифицированному проппанту агента, предотвращающего слеживание.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0018] ФИГ. 1 - технологическая схема процесса производства самосуспендирующихся проппантов.

[0019] ФИГ. 2 - график зависимости толщины слоя от времени приложения усилия сдвига для трех серий образцов самосуспендирующихся проппантов.

[0020] ФИГ. 3 - график зависимости толщины слоя от времени смешивания для двух серий образцов самосуспендирующихся проппантов.

[0021] ФИГ. 4 - график зависимости толщины слоя от времени смешивания для двух серий образцов самосуспендирующихся проппантов.

[0022] ФИГ. 5 - график зависимости толщины слоя от времени смешивания для одной серии образцов обработанных самосуспендирующихся проппантов.

[0023] ФИГ. 6 - график зависимости толщины слоя от различных количеств силиката кальция, добавляемого к образцам самосуспендирующихся проппантов.

[0024] ФИГ. 7 - график зависимости толщины слоя от времени высушивания для одной серии образцов предварительно нагретых и ненагретых самосуспендирующихся проппантов.

[0025] ФИГ. 8 - график зависимости толщины слоя от времени сушки с активным вентилированием при различных температурах.

[0026] ФИГ. 9 - график зависимости температуры от времени смешивания для одной серии образцов обработанных самосуспендирующихся проппантов.

[0027] ФИГ. 10 - диаграмма зависимости толщины слоя и потерь при прокаливании (ППП) от времени высушивания.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

1. Частицы модифицированного проппанта

[0028] В настоящей заявке описаны системы и способы формирования и применения частиц проппантов с поверхностным слоем гидрогеля, увеличивающего гидродинамический объем частиц проппанта при транспортировке флюида и формирующих более стабильную суспензию проппанта, обладающей устойчивостью к седиментации, разделению и выпадению расклинивающего агента из жидкости разрыва до того, как проппант достигнет предполагаемого места назначения в трещине. Дополнительные преимущества проппантов с гидрогелевым покрытием, описанные в настоящей заявке, содержат уменьшение степени эрозии оборудования, более низкий коэффициент трения во влажном состоянии, хорошее адгезионное соединение с другими частицами после укладки в месте разрыва пласта, сопротивление к неконтролируемому формированию тонких частиц, а также свойства защиты от биологического обрастания, связанные с гидрофильными характеристиками поверхности. В вариантах реализации изобретения описанные системы формирования частиц проппанта могут быть применены к типам субстратов наиболее широко используемых расклинивающих агентов, например, песка, песка с полимерным покрытием и керамическим материалам. В других вариантах реализации изобретения частицы проппанта могут быть получены из ряда субстратов, содержащих волокнистые материалы, доступные для специалистов с обычным уровнем знаний. В определенных вариантах изобретения частицы проппанта могут быть изготовлены таким образом, что они будут устойчивы к разрушению или деформации, или к вытеснению, или они могут быть суспендированы в менее вязких жидкостях-носителях для транспортировки в продуктивный пласт.

[0029] Настоящее изобретение заключает в себе модифицированный проппант, содержащий частицу расклинивающего агента и гидрогелевое покрытие, отличающегося тем, что гидрогелевое покрытие локализуется на поверхности частицы расклинивающего агента с образованием модифицированного проппанта. В вариантах реализации изобретения самосуспендирующиеся проппанты образуются путем модифицирования частиц субстрата водонабухающим полимерным покрытием, таким как гидрогель. В вариантах реализации изобретения частица субстрата может модифицироваться полимерным покрытием до ее введения в жидкость для гидроразрыва. В вариантах реализации изобретения количество гидрогелевого полимерного покрытия может находиться в пределах ок. 0,1-10% относительно веса проппанта. В вариантах реализации изобретения гидрогелевый слой, накладываемый на поверхность субстрата проппанта, может иметь толщину покрытия от ок. 0,01% до ок. 20% среднего диаметра частиц субстрата проппанта. После гидратации и набухания гидрогелевого слоя в жидкости гидроразрыва, гидрогелевый слой может продолжать расширяться за счет воды, и, таким образом, его толщина может увеличиться от ок. 10% до ок. 1000% среднего диаметра частиц субстрата проппанта.

[0030] Способы модификации проппанта содержат напыление или пропитку субстрата проппанта композицией жидкого полимера с последующим высушиванием с целью удаления воды или иных жидкостей-носителей. Процесс высушивания может быть ускорен подводом тепла или вакуума, а также обработкой в поворотном барабане или перемешиванием модифицированного проппанта во время процесса сушки. Нагревание может быть обеспечено путем принудительной подачи горячего воздуха, конвекцией, трением, теплообменом, горением, экзотермической реакции, токами СВЧ или инфракрасным излучением. Перемешивание в процессе модифицирования проппанта имеет дополнительное преимущество, поскольку при этом на поверхности материала проппанта образуется более однородное покрытие.

[0031] На ФИГ. 1 приведена схема процесса производства 100 самосуспендирующегося проппанта 130 в соответствии с настоящим изобретением. В описанном варианте реализации изобретения песок 132 (например, сухой песок с остаточной влажностью менее 0,1%) конвейером 122 подают в смеситель 124. Композицию жидкого полимера 120 насосом, через распылительную насадку 134, разбрызгивают по поверхности песка 132 на конвейере 122. Песок 132, подвергнутый воздействию жидкого полимера 120, поступает в смеситель с низким сдвигом 124, в котором составляющие перемешиваются и образуют модифицированный песок 128. После смешивания модифицированный песок, содержащий жидкий полимер, направляют в сушильный аппарат 126 для удаления воды и/или органических жидкостей-носителей, связанных с жидким полимером 120. После стадии высушивания, сухой модифицированный песок 132 проходит завершающую стадию 134, которая может включать обработку в вибрационном грохоте и/или ином оборудовании для сортировки по размерам, например, сите для разделения зерен по фракциям и удаления агломератов, превышающих заданные размеры. Завершающая стадия 134 может также включать обработку сухого модифицированного песка 132 в механических мешалках, устройствах с усилием сдвига, аппаратах для измельчения, дробления или им подобных для разрушения крупнозернистых масс до материалов с размерами, соответствующих размеру сита. Готовый материал 130 складируют для последующей отгрузки или использования.

[0032] В вариантах реализации изобретения песок, используемый для изготовления самосуспендирующегося проппанта, до модифицирования при помощи гидрогелевого полимера, предварительно просушивают до содержания остаточной влажности <1%, предпочтительно - <0,1%. В вариантах реализации изобретения температура песка во время смешивания с жидким полимером находится в пределах приблизительно от 10 до 200 градусов Цельсия, предпочтительно, в пределах от приблизительно 15 до 80 градусов Цельсия.

[0033] В вариантах реализации изобретения песок вступает в контакт с композицией жидкого полимера посредством распыления или впрыскивания. Количество добавляемой композиции жидкого полимера находится в пределах от приблизительно 1 до 20%, предпочтительно в пределах от приблизительно от 2 до 10% по весу песка. Песок и жидкий полимер перемешивают в течение от 0,1 до 10 минут. В предпочтительном варианте реализации изобретения смесительное оборудование представляет собой мешалку с малыми сдвиговыми усилиями, таком как вращающийся барабан, вертикальный конусный шнековый смеситель, смеситель с коническим телом, двухконусный смеситель, шнек-смеситель, лопастной смеситель или мешалка с ленточной винтовой лопастью. В вариантах реализации изобретения смесительное оборудование может быть оснащено устройством принудительной подачи воздуха, принудительной подачи горячего воздуха, наложения вакуума, внешнего обогрева или иными устройствами для испарения жидкостей-носителей.

[0034] В вариантах реализации изобретения модифицированный песок, содержащий жидкий полимер, высушивают с целью удаления воды и/или органических жидкостей-носителей, связанных с жидким полимером. Сушильное оборудование может представлять собой конвейерную печь, микроволнового или вращающегося типа. В варианте реализации изобретения стадия высушивания выполняют таким образом, что высушенный, модифицированный песок содержит менее 1% по весу остаточных жидкостей, включая воду и любые органические жидкости-носители, связанные с композицией жидкого полимера.

[0035] В вариантах реализации изобретения для смешивания песка с жидким полимером и высушивания смеси в одну стадии обработки или в непрерывной производственной линии может быть использовано одно и то же оборудование. В варианте реализации изобретения процесс преобразования субстрата, такого как песок, в самосуспендирующийся проппант может быть выполнено на месте его использования при подготовке к осуществлению гидравлического разрыва пласта или рядом с ним, например, в месте нахождения нефтяной или газовой скважины. Данный способ имеет преимущество, заключающееся в том, что преобразованию в специальный продукт с дополнительными свойствами подлежит материал широкого потребления с высоким показателем общих затрат, такой как песок. Песок может быть получен из местных источников или доставлен непосредственно из места его добычи или хранения для последующего модифицирования на месте использования. Это позволяет исключить первоначальную транспортировку песка на смесительную установку, а затем обеспечивать его доставку с установки на место использования. В случае использования песка, транспортные издержки могут оказаться выше стоимости сырья, поэтому для целей контроля над уровнем издержек целесообразно избегать дополнительных расходов.

[0036] В приводимом в качестве примера процессе производства в смеситель непрерывного действия могут быть добавлены песок и модифицирующие химические реагенты. После завершения смешивания состав может быть (а) готов к использованию, или (б) направлен для высушивания. Стадия высушивания может включать процесс термической или вакуумной сушки, а также добавление агентов, предотвращающих слеживание. Готовый продукт можно хранить в контейнерах на площадке скважины. Примером смесительного оборудования является мешалка с ленточной винтовой лопастью или шнек-смеситель. Стадия высушивания может быть отдельным от смешивания процессом, имеющим целью избежать приложения избыточных усилий сдвига к готовому продукту, например, в конвейерной или туннельной печи для сушки. Другие типы сушильных устройств содержат ротационные печи, микроволновые, лопастные и вакуумные сушилки.

[0037] Гидрогелевые полимеры, которые могут быть использованы для модифицирования проппантов в соответствии с системами и способами, описываемыми в настоящем изобретении, в вариантах его реализации могут быть введены в виде эмульсий на углеводородной основе, суспензий, эмульсий на водной основе, латексов, растворов и дисперсных систем. В вариантах реализации изобретения гидрогелевые полимеры могут быть введены в виде перегнанной эмульсии, например, на углеводородной основе, подвергнутой выпариванию для удаления части жидкостей-носителей. Это может дать преимущество, выраженное в более низких требованиях к высушиванию по сравнению с традиционными эмульсиями. В вариантах реализации изобретения гидрогелевый полимер может быть эмульсией, набухающей в щелочных условиях, отличающейся тем, что свойства образующего гидрогель полимера до контакта со щелочью проявляются не полностью. В данном варианте реализации изобретения набухающая в щелочных условиях эмульсия может быть нанесена на субстрат расклинивающего агента с образованием модифицированного проппанта, при этом модифицированный проппант может быть суспендирован в жидкости для гидроразрыва в присутствии щелочного материала.

[0038] В вариантах реализации изобретения во время или до стадии смешивания частиц субстрата проппанта и композиции флюида полимерного покрытия может быть добавлена присадка, такая как спирт, выбранный из группы, содержащей этиленгликоль, пропиленгликоль, глицерин, пропанол и этанол. В вариантах реализации изобретения активаторы инвертирования, пригодные в качестве присадок к составам полимерных покрытий для самосуспендирующихся проппантов, могут включать поверхностно-активные вещества (ПАВ) с высоким показателем гидрофильно-липофильного баланса (ГЛБ), такие как ПАВ лауриловый спирт полиэтиленоксида (ETHAL LA-12/80% от компании ЕТНОХ), этиленгликоль, пропиленгликоль, вода, карбонат натрия, бикарбонат натрия, хлорид аммония, мочевина, хлорид бария и их смеси.

[0039] В других вариантах реализации изобретения субстрат проппанта может быть модифицирован составом полимера без применения стадии высушивания. Это может быть реализовано с помощью состава полимера без растворителя или отвергающегося состава. В некоторых упрощенных способах состав сухого или жидкого полимера может быть нанесен на субстрат проппанта посредством поточного смешивания; приготовленный таким образом модифицированный материал может быть использован без дополнительной обработки. Содержание влаги в субстрате проппанта может быть изменено добавлением или удалением воды или добавлением иных жидкостей, что обеспечивает эффективное покрытие, обработку и подачу субстрата в жидкость для гидроразрыва.

[0040] Для эффективного диспергирования в жидкости для гидравлического разрыва модифицированные проппанты могут быть дополнительно обработаны смачивающим агентом, например, поверхностно-активным веществом или другим гидрофильным материалом. Проппанты, модифицированные гидрогелем и находящиеся во взвешенном состоянии в жидкости для гидравлического разрыва считаются самосуспендирующимися, если для предотвращения выпадения твердой фазы из суспензии требуется жидкость с низкой вязкостью.

[0041] В модифицированные проппанты, с целью улучшения текучести и технологичности модифицированного материала, может быть дополнительно добавлен агент, предотвращающий слеживание, такой как силикат кальция, силикат магния, коллоидный оксид кремния, карбонат кальция или микрокристаллическая целлюлоза.

[0042] Согласно настоящему изобретению и в противоположность традиционному подходу, заключающемуся в создании однородной жидкости средней вязкости, в модифицированных гидрогелем проппантах может быть успешно использован метод локализации концентрата полимера на поверхности проппанта. Локализованный слой гидрогеля позволяет более эффективно использовать полимер, поскольку для приготовления суспензии проппанта может быть использовано меньшее количество полимера по сравнению, например, с традиционными жидкостями для гидроразрыва с полимерными присадками, такими как вода с добавками несшитого полимера, линейные и сшитые гели. Не смотря на то, что модифицированные гидрогелем проппанты считаются самосуспендирующимися, они могут быть использованы в комбинации с понизителями трения, линейными и сшитыми гелями.

[0043] Модифицированные гидрогелем проппанты, описанные в настоящем изобретении, отличаются тем, что имеют преимущество при подаче снижающего трение полимера в жидкость для гидроразрыва и, таким образом, потребность в других полимерах-понизителях трения или отсутствует или составляет значительно меньшее количество, если в операциях гидравлического разрыва пласта используют проппанты, модифицированные гидрогелем. В вариантах реализации изобретения гидрогелевый полимер может десорбировать с поверхности проппанта, в результате чего улучшаются свойства жидкости для гидроразрыва, связанные со снижением трения или вязкостью.

[0044] В вариантах реализации изобретения используемый для приготовления модифицированных проппантов гидрогелевый полимер может включать полиакриламид, сополимеры акриламида с анионными и катионными сомономерами, сополимеры акриламида с гидрофобными сомономерами, (поли)акриловая кислоту, соли (поли)акриловой кислоты, карбоксиметилцеллюлозу, гидроксиэтилцеллюлозу, гидроксипропилцеллюлозу, гуаровую смолу, альгинат, каррагенан, смолу плодоворожкового дерева, карбоксиметил гуар, смолу карбоксиметил-гидроксипропил гуара, гидрофобноассоциированные разбухающие эмульсионные (HASE) полимеры, латексные полимеры, крахмалы и подобные. В вариантах реализации изобретения гидрогелевый полимер может быть сшит с целью повышения свойств полимера к водопоглощению и набуханию. Сшивающие агенты могут быть введены в виде элемента полимера, являющегося основой гидрогеля или в виде химического модификатора предварительно синтезированного полимера.

[0045] Локализация полимера вокруг поверхности проппанта согласно приведенному в настоящей заявке способу приводит к более эффективному использованию полимера и предотвращает выпадение твердой фазы проппанта из раствора полимера. В вариантах реализации изобретения слой полимера гидратируется вокруг проппанта, эффективно препятствуя контакту между частицами проппанта. Это способно предупредить формирование компактного неподвижного слоя проппанта и, как результат, облегчает ресуспендирование в жидкости для гидроразрыва. Способность модифицированного проппанта повторно образовывать суспензию важны в ситуации, когда движение текучей среды оказалось нарушено во время проведения операций гидравлического разрыва пласта. В этом случае, во избежание потерь проппанта или непредусмотренного блокирования линии тока при возобновлении движения, важно, чтобы проппант мог быть ресуспендирован.

[0046] Модифицирование поверхности полимера согласно приведенному в настоящей заявке способу может приводить к увеличению эффективного гидродинамического радиуса частицы проппанта при набухании полимера. Это влечет за собой затягивание движения проппанта, а также эффективному изменению объемной плотности гидрогель/частицы. И то, и другое может стать причиной снижения скорости оседания частиц проппанта и значительному улучшению транспортных свойств текучей среды.

[0047] В вариантах реализации изобретения для улучшения удерживания гидрогелевого полимера на поверхности частиц проппанта могут быть использованы пары полимеров или ионное сшивание. Например, на проппант в качестве первого слоя наносят катионный полимер, который будет «закреплять на месте» второй слой, содержащий гидрогель, такой как анионный полимер с высоким молекулярным весом. В вариантах реализации изобретения катионным полимером может быть полидиалилдиметилхлорид аммония (поли-DADMAC), линейный полиэтиленимин (LPEI), разветвленный полиэтиленимин (BPEI), хитозан, поли