Способ выполнения стимулирующих операций с размещением проппанта на буровой площадке

Способ выполнения стимулирующих операций с размещением проппанта на буровой площадке

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

По меньшей мере в одном аспекте реализации настоящего изобретения по меньшей мере один вариант осуществления изобретения относится к способам выполнения нефтепромышленных операций. В частности, по меньшей мере один вариант осуществления настоящего изобретения относится к способам выполнения стимулирующих операций, таких как перфорация, закачка и/или выполнение гидроразрыва пласта подземной формации, содержащего по меньшей мере один коллектор.

В целях облегчения извлечения углеводородов из нефтяных и газовых скважин, подземные пласты месторождений, окружающие такие скважины, могут стимулироваться с помощью гидравлического разрыва пласта. Гидравлический разрыв пласта может быть использован для создания трещин в подземных пластах месторождений для того, чтобы позволить нефти или газу продвинуться в направлении скважины. Пласт подвергается разрыву путем введения специально подготовленной жидкости (называемой в данном документе "жидкость для гидроразрыва пласта", "жидкость для обработки" или "буровой раствор для гидроразрыва") при высоком давлении и высокой скорости потока в пласт через одну или нескольких скважин.

Гидравлические разрывы пласта могут расходиться от ствола скважины на сотни футов в противоположных направлениях в соответствии с естественным давлением в пласте. При определенных обстоятельствах, они могут образовывать сложную сеть разрывов. Сложные сети разрывов могут включать искусственно образованные и естественные разрывы, которые могут пересекаться или не пересекаться вдоль множественных азимутов, во множественных плоскостях и направлениях, а также во множественных районах.

Структура трещин гидравлических разрывов, созданных при помощи стимуляции разрыва, может быть сложной и образовывать сеть трещин, обозначенную распределением связанных микросейсмических событий. Сложные сети гидравлических разрывов были разработаны для представления созданных гидроразрывов. Примеры моделей и симуляторов разрывов предоставлены в Патенте США/Заявке № 6101447, 7363162, 7788074, 8412500, 20120179444, 20080133186, 20100138196, 20100250215, 6776235, 8584755 и 8066068, содержание которых полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки.

Жидкости для гидроразрыва пласта могут закачиваться в ствол скважины таким образом, чтобы обеспечить возникновение требуемых разрывов. Жидкости для гидроразрыва пласта могут включать в себя проппанты для поддержания разрывов в открытом состоянии и облегчения попадания потока жидкости в ствол скважины. Примеры методов образования разрывов и/или использования проппантов представлены в патенте США/Заявке № 6776235, 8066068, 8490700, 8584755, 7581590 и 7451812, содержание которых полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

По меньшей мере в одном аспекте реализации настоящее изобретение относится к способу выполнения стимулирующих операций на буровой площадке. Буровая площадка имеет ствол скважины, проникающий в пласт, содержащий в себе разрывы. Способ содержит прогнозирование размещения проппанта в разрывах на основе скважинных данных (включая геометрию разрывов), создание модели неровностей на основе прогнозированного размещения, прогнозирование апертурного изменения для заданного напряжения смыкания с использованием модели неровностей, определение проводимости разрывов на основе спрогнозированного аппертурного изменения и размещение проппанта в разрывах вместе с жидкостью для воздействия на пласт путем закачивания жидкости для воздействия на пласт, содержащей в себе проппант, в пласт месторождения на основании определенной проводимости разрывов.

В другом аспекте реализации изобретения раскрытие сущности изобретения относится к выполнению стимулирующих операций на буровой площадке. Буровая площадка имеет ствол скважины, проникающий в пласт, содержащий в себе разрывы. Способ содержит определение проппантных параметров разрывов путем прогнозирования размещения проппанта в разрывах на основе скважинных данных с использованием множественных симуляций (скважинных данных, содержащих геометрию разрывов), создание модели неровностей на основе прогнозированного размещения, прогнозирование аппертурного изменения для заданного напряжения смыкания с использованием модели неровностей, определение проводимости разрывов на основе прогнозированного апертурного изменения, обоснование прогнозированного размещения путем сравнения множества симуляций, а также помещение проппанта в разрывы вместе жидкостью для воздействия на пласт путем закачивания такой жидкости для воздействия на пласт, содержащей проппант, в пласт месторождения на основании обоснованной проводимости разрывов.

В заключение, в другом аспекте реализации изобретения раскрытие сущности изобретения относится к способу стимулирования ствола скважины на буровой площадке. Буровая площадка имеет ствол скважины, проникающий в пласт, содержащий в себе разрывы. Способ содержит определение проппантных параметров разрывов путем прогнозирования размещения проппанта в разрывах на основе скважинных данных, при чем скважинные данные содержат геометрию разрывов, создание модели неровностей на основе прогнозированного размещения, прогнозирование аппертурного изменения для заданного напряжения смыкания с использованием модели неровностей, определение проводимости разрывов на основе прогнозированного апертурного изменения, а также размещение проппанта в разрывах вместе с жидкостью для воздействия на пласт путем закачивания жидкости для воздействия на пласт, содержащей в себе проппант, в пласт месторождения на основании обоснованной проводимости разрывов, а также извлечение жидкости из коллекторов, помещение ее в ствол скважины через удерживаемые от смыкания разрывы.

Это описание сущности изобретения предоставлено для введения разнообразных концепций, которые более детально описываются далее по тексту. Это описание сущности изобретения не предназначено для обозначения ключевых или существенных признаков заявленного изобретения, а также не предназначено для использования в качестве помощи в процессе ограничения объема заявленного предмета изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Варианты реализации способа для осуществления стимулирующих операций, включающих введение проппанта, описываются со ссылкой на следующие фигуры. Те же цифровые обозначения используются во всех фигурах для осуществления ссылок на схожие функции и компоненты. Способы реализации различных технологий далее будут описываться со ссылкой на прилагаемые чертежи. Следует иметь в виду, однако, что прилагаемые чертежи иллюстрируют только различные способы реализации, описанные в данном документе, и не предназначены для ограничения объема различных технологий, описанных в данном документе.

Фиг. 1.1-1.4 представляют собой схематические изображения буровой площадки, отображающие стимулирующие операции, включающие введение проппанта в пласт месторождения;

Фиг. 2 представляет собой блок-схему, отображающую способ выполнения стимулирующей операции;

Фиг. 3, 4, 5.1, 5.2 и 6 представляют собой блок-схемы, отображающие более детально различные аспекты способа выполнения разрывов;

Фиг. 7.1 и 7.2 представляют собой схематические диаграммы, отображающие модель неровностей расклиненного и нерасклиненного разрыва соответственно;

Фиг. 8.1-8.3 представляют собой схематические диаграммы, отображающие введение проппанта в разрыв;

Фиг. 9.1-9.4 представляют собой графики, отображающие спрогнозированный расклиненный разрыв с цилиндрическими колоннами гетерогенного проппанта при различных уровнях распределения и давления;

Фиг. 10.1-10.4 представляют собой графики, отображающие спрогнозированный расклиненный разрыв с нерасклиненными неровными разрывами при различных уровнях распределения и давления;

Фиг. 11.1-11.4 представляют собой графики, отображающие спрогнозированный расклиненный разрыв с непостоянным гетерогенным распределением проппанта в разрывах с различными уровнями давления;

Фиг. 12.1 и 12.2 представляют собой графики, отображающие напряжение смыкания и постепенное изменение проводимости разрывов соответственно для ряда проппантно-разрывных геометрий;

Фиг. 13 представляет собой схематическую диаграмму действия сил на прямоугольнике;

Фиг. 14 представляет собой схематическую диаграмму, отображающую поток через сужающийся разрыв.

Фиг. 15.1-15.3 представляют собой графики, сравнивающие 1-D и 2-D стимуляции.

Фиг. 16 представляет собой схематическую диаграмму, отображающую поток между параллельными пластинами через один из разрывов;

Фиг. 17 представляет собой схематическую диаграмму, отображающую 2-D расчетную область симметрической половины полного разрыва на Фиг. 16;

Фиг. 18.1-18.3 представляют собой графики, отображающие поток через определенный разрыв на Фиг. 16 с различными жидкостями;

Фиг. 19.1-19.3 представляют собой графики, сравнивающие 1-D и 2-D решения на различных углах для различных жидкостей;

Фиг. 20 представляет собой блок-схему, отображающую другой способ формирования проппантных параметров;

Фиг. 21 и 22 представляют собой схематическую диаграмму, отображающую цилиндрические проекции при разных моделях;

Фиг. 23 представляет собой Декартову сетку с указанным на ней давлением;

Фиг. 24.1 и 24.2 представляют собой различные схематические изображения одного из разрывов;

Фиг. 25.1 и 25.2 представляют собой пунктирные и линейные диаграммы, отображающие первое сравнение симуляторов;

Фиг. 26.1 и 26.2 представляют собой пунктирные и линейные диаграммы, отображающие второе сравнение симуляторов;

Фиг. 27.1 и 27.2 представляют собой графики, демонстрирующие апертуру, отображающую третье сравнение симуляторов;

Фиг. 28 представляет собой график, отображающий сравнение различных симуляторов;

Фиг. 29.1-29.3 представляют собой графики, отображающие сравнение симуляций при различных уровнях разрешения; и

Фиг. 30.1-30.3 представляют собой схематические диаграммы, отображающие введение гетерогенного проппанта для различных колонн.

ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Последующее описание содержит аппараты, методы, приемы и последовательности команд, воплощающие способы предмета изобретения. Однако следует понимать, что описанные варианты осуществления изобретения могут применяться на практике без учета этих конкретных деталей.

По меньшей мере в одном аспекте настоящее раскрытие сущности изобретения описывает способ выполнения стимулирующих операций на буровой площадке. Стимулирование включает в себя формирование проппантных параметров путем прогнозирования введения проппанта в разрывы, формирование модели неровностей (в дальнейшем также именуемая модель на основе неровностей) на основе прогнозирования, прогнозирование апертурного изменения для заданного напряжения смыкания с использованием модели неровностей, а также определение проводимости разрывов на основе напряжения смыкания. Проппант может затем размещаться в разрывах путем закачивания жидкости для воздействия на пласт, содержащей проппант, в пласт месторождения на основе определенной проводимости разрывов. Пластовые жидкости могут затем извлекаться из расклиненного разрыва.

Может также рассматриваться независимо заданное изолированное, гетерогенное распределение проппанта. Прогнозирование может дополнительно обосновываться путем сравнения с другими прогнозами и/или измерениями. Введение проппанта и результативная проводимость в пределах шероховатого разрыва могут быть спрогнозированы при любом заданном напряжении смыкания. Шероховатый разрыв может быть представлен скоплением неровностей, которые могут распределяться на обычной решетке, присоединенной к двум деформируемым полупространствам.

Описываются по меньшей мере два подхода осуществления деформации. Первый подход предусматривает предварительное вычисление деформационных характеристик деформируемых полупространств, принимая в расчет эффективный прогноз деформации на обеих сторонах разрыва. Настоящее раскрытие сущности изобретения описывает способ автоматического обнаружения дополнительного контакта, в то время как разрыв закрывается в процессе увеличения напряжения смыкания (например, как в процессе обратного потока и извлечения). В дополнение, механический отклик неровностей может быть изменен с целью учета совокупного механического отклика поверхности шероховатого разрыва и проппанта, который может находиться в разрыве на таком определенном участке. Таким образом, может учитываться деформация любого сочетания шероховатости разрыва и гетерогенного размещения в разрыве.

Другой подход приближенно выражает детальные неровности с более грубым набором цилиндров для механического подсчета. В случае обеих механических моделей деформированное состояние затем преобразовывается в сеточную модель пористости, с помощью которой вычисляют проводимость разрыва во время обратного потока и извлечения. Этот альтернативный метод может быть более быстрым, чем первый метод и может обладать меньшей точностью. В некоторых случаях подходы можно сравнивать с целью обоснования и/или обнаружения проблем, таких как впрыскивание воды и взаимодействие множества жидкостей.

Способы прогнозирования введения проппанта могут предусматривать расчет взаимодействия между шероховатостью разрыва, обобщенной гетерогенной проппантной геометрией и проппантным соответствием. Такое введение может предназначаться для более эффективного стимулирования детальных, независимых проппантных размещений, включая естественную шероховатость естественных разрывов в деталях и фиксацию нелинейных жесткостных характеристик разрыва при его закрытии.

При введении могут использоваться ускоренные решения путем осуществления предварительного расчета механического отклика пласта месторождения на сетку для осуществления анализа. Такое введение может учитывать следующие механизмы: произвольное распределение проппанта в пределах разрыва; механическая деформация как проппанта, так и вмещающей породы; шероховатость поверхности разрыва в деталях; ответная реакция перераспределения давления во время осуществления дополнительного контакта между поверхностями разрыва; а также поток между деформированными поверхностями разрыва и в пределах гетерогенно расположенного проппанта в пределах промежутка между поверхностями.

Введение проппанта может быть использовано для равномерного заполнения разрыва проппантом с целью поддержания адекватного размера толщины трещины. Путем равномерного заполнения разрывов пластовые жидкости могут затем быть удалены обратно через проппант. Стратегии Введения Гетерогенного Проппанта (ВГП) нацелены на увеличение проводимости расклиненного разрыва путем выборочного помещения проппанта таким способом, чтобы такой разрыв оставался открытым в разрозненных местах, а пластовые жидкости могли быть перенесены через открытые каналы между проппантами. Примером ВГП технологии является HiWAY™, доступная для приобретения у компании SCHLUMBERGER™, Ltd., Houston, TX (см.: www.slb.com). Дополнительные описания проппантной технологии предоставляются, например, в US6776235, US8066068 и US8584755, которые были предварительно включены в настоящую заявку во всей полноте посредством ссылки.

ВГП может быть использовано с целью введения проппантов в разрывы в виде отдельных пробок. Смешивание проппантных пробок с чистыми может ограничиваться присутствием волокон. Указанные пробки могут быть перемещены вниз по стволу скважины и в разрывы с целью создания изолированных колонн, удерживающих разрыв под воздействием напряжения смыкания, и сохранения неприкосновенности гидроканалов в промежуточном пространстве.

В целях развития технологий и оптимизации могут разрабатываться инструменты прогнозирования проводимости гетерогенных расклиненных разрывов в процессе увеличения напряжения смыкания, возникающего в результате воздействия обратного потока и последующего извлечения. По меньшей мере в одном аспекте настоящего раскрытия сущности изобретения предоставляются средства прогнозирования введения проппанта и расчета результирующих проводимостей для произвольного распределения проппанта в пределах, например, фактических разрывов с неровными стенками.

I. ВПРЫСКИВАНИЕ И ВВЕДЕНИЕ ПРОППАНТА

Аспекты настоящего раскрытия сущности изобретения могут реализовываться на буровой площадке 100 такой, как площадка, изображенная на Фиг. 1.1. Буровая площадка 100 имеет ствол скважины 104, простирающийся из устья 108 на поверхности и через подземный пласт месторождения 102, указанный ниже. Система разрывов 106 простирается по стволу скважины 104. Насосная система 129 устанавливается в устье 108 для прокачивания жидкости через колонну труб 142.

Насосная система 129 изображена с возможностью управления наземным оператором 127 с целью фиксации эксплуатационных и операционных данных и/или выполнения операций в соответствии с установленным графиком закачки. Насосная система 129 закачивает жидкости с поверхности в ствол скважины 104 в процессе операций по образованию разрывов.

Насосная система 129 может содержать источник воды, представленный множеством резервуаров для воды 131, который подает воду в гель-гидратационную установку 133. Гель-гидратационная установка 133 комбинирует воду из резервуаров 131 с гелеобразующим веществом с целью получения геля. Гель затем помещается в смеситель 135, где он перемешивается с проппантом, извлекаемым из перевозчика проппанта 137, с целью получения жидкости для гидроразрыва пласта. Гелеобразующее вещество может быть использовано для увеличения вязкости жидкости для гидроразрыва пласта, а также для организации возможности растворения проппанта в жидкости для гидроразрыва пласта. Оно может также выступать в качестве понижающего трение агента с целью достижения более высокой интенсивности закачки с меньшим давлением трения.

Жидкость для гидроразрыва пласта затем закачивается из смесителя 135 в подготовочные грузовики 120 с плунжерными насосами, как указано сплошными линиями 143. Каждый подготовочный грузовик 120 принимает жидкость для гидроразрыва пласта под низким давлением и спускает ее в общий коллектор 139 (иногда называемый прицепом для транспортировки ракет или ракетой) под высоким давлением, как показано пунктирными линиями 141. Ракета 139 затем направляет жидкость для гидроразрыва пласта из подготовочных грузовиков 120 в ствол скважины 104, как указано сплошной линией 115. Один или более подготовочных грузовиков 120 может быть использован для поставки жидкости для гидроразрыва пласта на желаемом уровне.

Каждый подготовочный грузовик 120 может обычным образом эксплуатироваться с любой интенсивностью в пределах своей максимальной рабочей мощности. Эксплуатация подготовочных грузовиков 120 с интенсивностью меньше их рабочей мощности может спровоцировать выход одного насоса из строя и эксплуатацию остальных насосов с большей скоростью, с целью компенсации работы вышедшего из строя насоса. Компьютерная система контроля 149 может использоваться с целью управления всей насосной системой 129 в процессе осуществления операций по гидравлическому разрыву пласта.

С целью образования разрывов могут использоваться различные жидкости для гидроразрыва пласта, такие как обычная жидкость для воздействия на пласт, содержащая проппанты. Другие жидкости, такие как вязкие гели, "реагент на водяной основе" (который может содержать понижающий трение агент (полимер) и воду) могут также использоваться для осуществления гидравлического разрыва скважин сланцевого газа. Такие "реагенты на водяной основе" могут присутствовать в форме легкотекучей жидкости (например, с примерно такой же вязкостью, что и у воды) и могут использоваться для создания более сложных разрывов, таких как множественные микросейсмические разрывы, определяемые мониторингом.

Как дополнительно указывается на Фиг. 1.1, система трещин содержит разрывы, расположенные в различных положениях вокруг ствола скважины 104. Различные разрывы могут быть естественными разрывами 144, существующими до момента осуществления введения жидкостей, или гидравлическими разрывами 146, образованными возле пласта месторождения 102 в процессе осуществления введения.

Фиг. 1.2 демонстрирует часть 1.2 ствола скважины 104 Фиг. 1.1, отображающей введение проппанта 148 в пласт месторождения 102. Как схематически отображается на этой фигуре, проппант 148 может закачиваться в пласт месторождения 102 и распределяться по всей системе трещин 106. Как дополнительно схематически отображается на этой фигуре, проппант 148 может распространяться в виде кластеров (или пробок) 150, определяющих каналы 152 между разрывами 144/146.

Кластеры 150 могут переноситься в сеть трещин 106 таким образом, что части разрывов 144/146 раскрываются помощью проппанта 148 и части разрывов 144/146 остаются открытыми для прохождения потока в ствол скважины 102 (Фиг. 1.2) с целью извлечения жидкостей, как схематически отображается стрелками 152 на Фиг. 1.3.

Как демонстрируется на Фиг. 1.4, давление пласта месторождения может применяться по отношению к проппантным кластерам 150 в пределах разрывов 144/146. Изменение давлений (σ_эфф) может повлиять на поток жидкости, проходящий через определенный разрыв 144/146. Такой поток, именуемый проводимость, описывает легкость, с которой жидкость проходит через определенный разрыв 144/146, и может зависеть от проницаемости пласта месторождения, насыщения пласта месторождения и/или плотности и вязкости жидкости.

Фиг. 2 представляет собой блок-схему, отображающую способ 200 осуществления стимулирующих операций. Этот способ 200 может быть использован для определения проводимости и выполнения операций на основе определенной проводимости. Этот метод 200 включает сбор 254 скважинных данных. Скважинные данные могут быть получены с буровой площадки, имеющей ствол скважины, проникающий в подземный пласт месторождения, содержащий в себе разрывы. Как демонстрируется на Фиг. 1.1-1.4. скважинные данные могут содержать, например, данные акустики ствола скважины, данные микросейсмических событий, информацию о буровом оборудовании, технологические параметры и другие данные.

Этот способ 200 также может включать формирование 256 проппантных параметров. Проппантные параметры могут определяться на основе скважинных данных 254. Прогнозирование 256 может включать прогнозирование 260 введения проппантов в разрывы на основе скважинных данных, формирование 262 модели неровностей на основе проппантного прогнозирования, прогнозирования 264 апертурного изменения для заданного напряжения смыкания с использованием модели неровностей, а также определение 266 проводимости разрывов на основе апертурного изменения. Прогнозирование 264 и определение 266 могут повторяться 268 для различных напряжений смыкания.

Этот способ 200 также может включать 269 обоснование прогнозирования введения, размещение 270 проппанта в разрывах вместе с жидкостью для воздействия на пласт, а также извлечение 272 жидкости из пласта месторождения через определенные разрывы. Этот способ может применяться на буровой площадке 100 (см., например, Фиг. 1.1-1.4) с использованием изображенного на ней оборудования. Отдельные элементы этого способа могут применяться с использованием, например, насосной системы 129 с целью выполнения стимулирующих операций и контрольной системы 149 с целью осуществления введения проппанта. Отдельные элементы настоящего раскрытия сущности изобретения могут применяться с использованием процессора компьютерной системы.

Проводимость разрывов 266 может использоваться с целью определения способа впрыскивания и/или помещения проппанта для оптимального производства. Размещение 270 может применяться путем закачивания жидкости для воздействия на пласт, содержащей в себе проппант, в пласт месторождения на основе определенной проводимости разрывов 266, и извлечения 272 из пласта месторождения через определенный разрыв. Этот способ может также включать регулировку впрыскивания на основе новой информации и другие методы по желанию.

Этот способ 200 может применяться в любом порядке и повторяться по желанию. Фиг. 3-6 отображают различные элементы этого способа 200, показанного более детально.

1.1 Прогнозирование введения

Фиг. 3 демонстрирует другой вид на формирование 256 проппантных параметров Фиг. 2, показывающих Прогнозирование введения проппанта 260 более детально. Прогнозирование 260 может включать прогнозирование введения проппанта и других размещенных жидкостей в пределах шероховатого разрыва, такого как шероховатый разрыв Фиг. 1.3. Этот способ Фиг. 3 может также предоставлять детальный рабочий процесс для прогнозирования введения в пределах общего рабочего процесса проводимости разрывов.

Прогнозирование 260 может включать предоставление 357 разрывоапертурного распределения и 359 график закачки. Разрывоапертурное распределение 357 и график закачки 359 могут обеспечиваться информацией как части собранных скважинных данных (например, 254 Фиг. 2) или могут вводиться отдельно. Прогнозирование 260 может также включать определение траектории и расположения 361 Маркеров Лагранжа, проецирование 363 Маркеров Лагранжа на потоковую решетку и определение 365 проводимости сети и поля течения. Определение 361 может основываться на разрывоапертурном распределении 357 и графике закачки 359.

Могут определяться проводимость сети и новые поля течения 365. Определение 361, проектирование 363 и определение 365 могут повторяться 367 до момента завершения закачки. По завершении могут выполняться остаток прогнозирования 260 (например, 262-268) и/или способ 200 (например, 270, 272).

Предоставление разрывоапертурного распределения 357 может быть получено на основе реальных или синтетических методов. Например, трехмерная геометрия разрыва может быть приближена с помощью использования двухмерной системы мест расположения, когда известна локальная толщина трещин b(x,y):

где Δx представляет собой размер ячеек, используемых для расчетной сетки, а x и y являются координатами, лежащими в серединной плоскости разрыва, а i и j представляют собой индикаторы, определяющие i,j-ячейку. Для геометрии поверхности разрыва в равной степени могут использоваться измерения реальных разрывов для определения поверхностной геометрии или синтетические алгоритмы.

В последнем случае настоящее раскрытие сущности изобретения использует алгоритм создания искусственного разрыва. В процессе применения этого подхода используется квадратная матрица с тем же количеством ячеек, что и в желаемом разрыве, инициализируемая Гауссовскими нормально распределенными случайными числами. На матрице осуществляется преобразование Фурье A, и это преобразование затем корректируется с использованием степенного фильтра с числами высоких волн. Апертурное распределение затем получают путем осуществления обратного преобразования Фурье фильтруемого спектра. В равной степени с помощью измерения или синтеза может быть получено цифровое изображение поверхностей разрыва. Независимо от источника данных, поверхности разрыва могут быть приблизительно определены обычной решеткой точек, в которых известна апертура bij.

График закачки может быть предоставлен 359, например, на основе плана бурения для буровой площадки. График закачки может содержать предварительно существующие данные, предоставленные в качестве входных данных из внешних источников. На основе предоставленного графика закачки параметры проппанта в пределах разрыва могут быть подсчитаны с использованием методов введения частиц, таких как маркер Лагранжа для частиц, размещенных по всей расчетной области. Этот метод может применяться с использованием аспектов метода Крупных Частиц (КЧ), разработанного в докладе научной лаборатории Лос-Аламосo Harlow, F.H. LAMS-1956 (1955) под названием “Метод машинного расчета гидродинамических проблем”, содержание которого полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки.

Маркеры Лагранжа (и/или их расположения) могут быть определены 361 путем закачивания и адвекции. Частицы могут переносить информацию, такую как информация о массе газа, геле, воде и проппанте в таких определенных местоположениях. В местах введения, данные правой части уравнения вносятся в уравнение потока и частицы маркера Лагранжа вводятся вместе с подходящим объемом фракций компонентов, вводимых в такое время.

Частицы Лагранжа могут также перемещаться с помощью адвекции вместе со скоростью течения местной жидкости в процессе определения 361. Например, если частица α занимает ячейку i, j изменение ее положения, Δx_α, Δy_α приводится в следующих уравнениях:

где являются компонентами текущей скорости в ячейке i, j, а Δt является дискретным временным интервалом, используемым для интеграции. Другие переменные, зависящие от истории, также могут меняться на этом этапе осуществления метода. Например, фракция объема твердой фазы каждой частицы может быть изменена в связи с местным вычислением интенсивности вытекания жидкости.

Обновленные состояния частиц Лагранжа могут быть спроецированы 363 на потоковую решетку. В пределах каждого временного интервала длины Δt, Частицы Лагранжа вносят вклад в объем фракций различных компонентов, где в пределах декартовой ячейки они располагаются внутри. Например, объемная концентрация компонентов β (где β соответствует одному из: вода, гель, проппант, и т.д.) в ячейке i, j может быть определена с использованием:

где Ω_ij представляет собой район, занятый ячейкой i, j:

и представляет собой объем частицы представляет собой объемную концентрацию частицы α занятой на стадии β. Таким образом, во всех точках решетки получают объем фракций всех видов жидкостей, вместе с другими параметрами, такими как фракция объема твердой фазы.

Параметры решетки, полученные таким образом, затем могут быть использованы с целью определения местных уровней проводимости 365 с использованием изображения потока жидкости между параллельными пластинами. Например, в случае использования жидкости Хершел-Бакли, проводимость элемента потока подсчитывается с использованием следующей взаимосвязи между притоком Q и градиентом давления в направлении расходомера P_x:

где τ₀ представляет собой предел текучести жидкости, где k представляет собой коэффициент постоянства, n степенную экспоненту, H половину апертуры элемента, и боковую длину элемента в направлении перпендикулярном потоку.

Проводимость сети и новое поле течения могут затем быть определены 365 для всех местоположений в пределах разрыва с использованием подхода, описанного в Разделе 1.4 (Подсчет проводимости разрывов, ниже). Если закачивание еще не завершено, процесс может повторяться (367) и новые поля течения могут затем использоваться с целью корректировки скоростей всех частиц Лагранжа в пределах разрыва, используемых в уравнениях (2) и (3) для адвективного перемещения частиц 361.

В конце графика закачки, месторасположения и плотность проппанта могут быть получены в пределах всех ячеек расчетной сетки. Эти результаты могут передаваться на следующую стадию, описанную Разделе 2 (Создание модели неровностей 262).

1.2 Создание модели неровностей

Фиг. 4 демонстрирует другую часть прогнозирования 256 Фиг. 2. В этом отношении, формирование 262 модели неровностей отображается более детально. Этот способ Фиг. 4 предоставляет детальное изображение создания модели неровностей в пределах общего способа проводимости разрывов 256. Формирование 262 включает разработку моделирования на основе шероховатостей сочетания шероховатости разрыва и введенного проппанта, что получается в равной степени на основе проппантных параметров 256 описанных в Разделе 1, в вышеуказанном тексте или других независимых источниках.

Как демонстрируется на примере Фиг. 4, формирование 262 содержит определение 469 разрыва апертурного распределения, определение 471 пространственное распределение проппанта, осуществление 473 смешивания материала, и формирование 475 моделирования шероховатостей сочетания шероховатости разрыва и проппанта.

Система геометрии, такая как распределение апертурного разрыва, может определяться 469 с помощью поверхностей разрыва в сочетании с размещением проппанта 471 между поверхностями разрыва. С механической точки зрения, разрыв затем представляется двумя эластичными полупространствами, разделенными совокупностью шероховатостей с длинами, , с использованием той же дискретизации, как та, что используется при формировании 256 вышеуказанного Раздела 1.1.

Фиг. 7.1 представляет собой схематическую диаграмму, отображающую нерасклиненный шероховатый естественный разрыв 744. Фиг. 7.2 демонстрирует поперечный вид в разрезе через модель неровностей в отношении шероховатого разрыва 744, содержащего проппант 745. Эти диаграммы демонстрируют поперечный вид в разрезе через модель неровностей в отношении нерасклиненного шероховатого разрыва 744. По меньшей мере в одном аспекте вышеуказанное описание вместе с Фигурами демонстрирует геометрию и локальные механические свойства разрыва, содержащего гетерогенное сочетание проппанта 475.

Вдоль разрыва 744 определяются длины шероховатостей Lij. Длины шероховатостей относятся к апертурам на основе следующего уравнения:

Далее настоящее раскрытие сущности изобретения рассматривает введение проппанта 745 в разрыв 744, заполнение промежутков между поверхностями породы как схематически демонстрируется на Фиг. 7.2. Настоящее раскрытие сущности изобретения подразумевает получение геометрии распределения проппанта на основе прогнозированного размещения 260 и возможность приблизительного определения с помощью дополнительных длин шероховатостей, , по всей длине разрыва. Настоящее раскрытие сущности изобретения предполагает, что деформация проппанта является одноосевой (т.е. перпендикулярной x-y плоскости) и поэтому изменение высоты, , проппанта в условиях давления определяется одноосевыми модулями проппанта

где σij представляет собой одноосевое давление в шероховатости i, j.

Одноосевой модуль для прогнозирования комбинированного отклика шероховатости твердой породы, , и шероховатость проппанта, получают с помощью использования средней гармонической:

где и M^R представляют собой продольные модули пласта месторождения. Уравнение (10) может быть использовано в качестве алгоритма смешивания материалов с целью осуществления 473.

1.3 Прогнозирование апертурного изменения для заданного напряжения смыкания

В другом аспекте по меньшей мере одно раскрытие сущности изобретения рассматривает подходы прогнозирования 264 изменения в апертуре в связи с заданным напряжением смыкания. Первый подход, показанный на Фиг. 5.1, относится к “Декартовому прогнозированию апертурного изменения для заданного напряжение смыкания” (Декартов метод) и использует решеточный подход к решению механических уравнений эффективно на той же решетке, что и для потока с использованием предварительно р