Спосіб формування розклинювальної суміші, розклинювальна суміш та спосіб розклинення геологічної формації

1. Спосіб формування розклинювальної суміші, який включає сполучення порошкоподібного матеріалу з рідиною з утворенням суміші і формування із цієї суміші сферичних гранул, який відрізняється тим, що додатково включає відсів гранул і випалювання гранул з одержанням розклинювальної суміші з середнім діаметром гранул, що при просіюванні проходять через послідовний ряд сит з розміром у мешах за стандартом ASTM - 10, 12, 14, 16, 18, 20, 25, 30, 35, 40 і 45 та мають середній діаметр, що відповідає одному із розмірів сит зазначеного ряду, причому: до 25 мас. % гранул затримують на ситі, розмір в мешах якого на 2 розміри передує середньому розміру зазначеного ряду, 15-33 мас. % гранул затримують на ситі, розмір в мешах якого безпосередньо передує середньому розміру зазначеного ряду, 15-33 мас. % гранул затримують на ситі середнього розміру, 15-35 мас. % гранул затримують на ситі, розмір у мешах якого є наступним за середнім розміром зазначеного ряду. 2 (19) 1 3 8. Спосіб за будь-яким з пп. 2-7, який відрізняється тим, що принаймні 5 мас. % гранул мають діаметр в інтервалі 0,71-0,85 мм. 9. Спосіб за будь-яким з пп. 2-8, який відрізняється тим, що піддані випалюванню гранули у суміші мають середній діаметр приблизно від 0,9 мм до 1,15 мм. 10. Спосіб за будь-яким з пп. 2-9, який відрізняється тим, що принаймні 95 мас. % підданих випалюванню гранул у суміші мають діаметр від 0,60 мм до 1,7 мм. 11. Спосіб за п. 10, який відрізняється тим, що принаймні 98 мас. % підданих випалюванню гранул у суміші мають діаметр від 0,60 мм до 1,7 мм. 12. Спосіб за будь-яким з пп. 2-11, який відрізняється тим, що менше ніж 80 мас. % гранул у суміші мають діаметр в інтервалі 0,711,18 мм. 13. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що середній діаметр гранул складає принаймні 1,10 мм. 14. Спосіб за п. 13, який відрізняється тим, що: до 25 мас. % гранул мають діаметр в інтервалі 1,72,0 мм, 15-33 мас. % гранул мають діаметр в інтервалі 1,41,7 мм, 15-33 мас. % гранул мають діаметр в інтервалі 1,18-1,4 мм, 15-35 мас. % гранул мають діаметр в інтервалі 1,01,18 мм. 15. Спосіб за п. 14, який відрізняється тим, що: принаймні 2 мас.% гранул мають діаметр в інтервалі 1,7-2,0 мм, принаймні 16 мас.% гранул мають діаметр в інтервалі 1,4-1,7 мм, менше ніж 32 мас. % гранул мають діаметр в інтервалі 1,18-1,4 мм, менше ніж 30 мас. % гранул мають діаметр в інтервалі 1,0-1,18 мм, принаймні 5 мас. % гранул мають діаметр в інтервалі 0,85-1,0 мм. 16. Спосіб за п. 14 або 15, який відрізняється тим, що: менше ніж 15 мас. % гранул мають діаметр в інтервалі 1,7-2,0 мм, принаймні 16 мас. % гранул мають діаметр в інтервалі 1,4-1,7 мм, менше ніж 29 мас. % гранул мають діаметр в інтервалі 1,18-1,4 мм, принаймні 16%(мас.) гранул мають діаметр в інтервалі 1,0-1,18 мм. 17. Спосіб за п. 16, який відрізняється тим, що: 2-10 мас. % гранул мають діаметр в інтервалі 1,72,0 мм, 18-28 мас. % гранул мають діаметр в інтервалі 1,41,7 мм, 24-32 мас. % гранул мають діаметр в інтервалі 1,18-1,4 мм, 18-28 мас. % гранул мають діаметр в інтервалі 1,01,18 мм. 18. Спосіб за будь-яким з пп. 13-17, який відрізняється тим, що менше ніж 25 мас. % гранул мають діаметр в інтервалі 0,85-1,0 мм. 81285 4 19. Спосіб за будь-яким з пп. 13-18, який відрізняється тим, що принаймні 5 мас. % гранул мають діаметр в інтервалі 0,85-1,0 мм. 20. Спосіб за будь-яким з пп. 13-19, який відрізняється тим, що піддані випалюванню гранули в суміші мають середній діаметр приблизно від 1,10 мм до 1,45 мм. 21. Спосіб за одним із пп. 13-20, який відрізняється тим, що принаймні 95 мас. % підданих випалюванню гранул у суміші мають діаметр від 0,71 мм до 2,0 мм. 22. Спосіб за п. 21, який відрізняється тим, що принаймні 98 мас. % підданих випалюванню гранул у суміші мають діаметр від 0,71 мм до 2,0 мм. 23. Спосіб за будь-яким з пп. 13-22, який відрізняється тим, що: менше ніж 80 мас. % гранул у суміші мають діаметр в інтервалі 0,85-1,4 мм. 24. Спосіб за будь-яким з пп. 13-23, який відрізняється тим, що порошкоподібний матеріал містить принаймні один матеріал, вибраний серед діоксиду кремнію й оксиду алюмінію. 25. Спосіб за будь-яким з пп. 1-24, який відрізняється тим, що порошкоподібний матеріал має середній діаметр часток менше ніж 20 мкм. 26. Спосіб за будь-яким з пп. 1-25, який відрізняється тим, що операцію відсіву проводять принаймні частково до проведення операції випалювання. 27. Розклинювальна суміш, яка відрізняється тим, що вона містить множину гранул керамічного матеріалу з середнім діаметром гранул, що при просіванні проходять через послідовний ряд сит з розміром у мешах за стандартом ASTM - 10, 12, 14, 16, 18, 20, 25, 30, 35, 40 і 45 та мають середній діаметр, що відповідає одному із розмірів сит зазначеного ряду, причому: до 25 мас. % гранул одержані на ситі, розмір у мешах якого на 2 розміри передує середньому розміру зазначеного ряду, 15-33 мас. %гранул одержані на ситі, розмір у мешах якого безпосередньо передує середньому розміру зазначеного ряду, 15-33 мас. % гранул одержані на ситі, що має середній розмір, 15-35 мас. % гранул одержані на ситі, розмір у мешах якого є наступним за середнім розміром зазначеного ряду. 28. Розклинювальна суміш за п. 27, яка відрізняється тим, що вона містить гель, причому зазначені гранули змішані з цим гелем. 29. Розклинювальна суміш за будь-яким з пп. 27, 28, яка відрізняється тим, що міцність щодо роздавлювання суміші є менше ніж 10 % при тиску 525 кг/см2 (7500 фунт/кв. дюйм). 30. Розклинювальна суміш, за будь-яким з пп. 2729, яка відрізняється тим, що гранули мають сферичність принаймні 0,75. 31. Розклинювальна суміш за будь-яким з пп. 2730, яка відрізняється тим, що менше ніж 75 мас. % гранул потрапляють у середній розмір у мешах і наступні за ним два розміри в мешах у зазначеному ряді. 5 81285 6 32. Розклинювальна суміш за п. 31, яка відрізняється тим, що принаймні 82 мас.% гранул потрапляють у середній розмір у мешах, наступні за ним два розміри в мешах і два розміри в мешах, що йому передують у зазначеному ряді. 33. Розклинювальна суміш за п. 32, яка відрізняється тим, що принаймні 88 мас. % гранул потрапляють у середній розмір у мешах, наступні за ним два розміри в мешах і два розміри в мешах, що йому передують у зазначеному ряді. 34. Розклинювальна суміш за будь-яким з пп. 2733, яка відрізняється тим, що середній діаметр гранул становить принаймні 0,9 мм. 35. Розклинювальна суміш за п. 34, яка відрізняється тим, що: принаймні 2 мас. % гранул мають діаметр в інтервалі 1,4-1,7 мм, принаймні 16 мас. % гранул мають діаметр в інтервалі 1,18-1,4 мм, менше ніж 32 мас. % гранул мають діаметр в інтервалі 1,0-1,18 мм, менше ніж 30 мас. % гранул мають діаметр в інтервалі 0,85-1,0 мм, принаймні 5 мас. % гранул мають діаметр в інтервалі 0,71-0,85 мм. 36. Розклинювальна суміш за будь-яким з пп. 2733, яка відрізняється тим, що середній діаметр гранул складає принаймні 1,10 мм. 37. Розклинювальна суміш за п. 36, яка відрізняється тим, що: принаймні 2 мас. % гранул мають діаметр в інтервалі 1,7-2,0 мм, принаймні 16 мас. % гранул мають діаметр в інтервалі 1,4-1,7 мм, менше ніж 32 мас. % гранул мають діаметр в інтервалі 1,18-1,4 мм, менше ніж 30 мас. % гранул мають діаметр в інтервалі 1,0-1,18 мм, принаймні 5 мас. % гранул мають діаметр в інтервалі 0,85-1,0 мм. 38. Спосіб розклинення геологічної формації, який включає об’єднання сферичних гранул із рідиною або гелем з утворенням суміші і нагнітання суміші під тиском у геологічну формацію доти, поки гранули не надійдуть в тріщини цієї формації, причому сферичні гранули мають такий середній діаметр, що при просіванні проходять через послідовний ряд сит з розміром у мешах за стандартом ASTM - 10, 12, 14, 16, 18, 20, 25, 30, 35, 40 і 45 та мають середній діаметр, що відповідає одному із розмірів сит зазначеного ряду, причому: до 25 мас. % гранул затримують на ситі, розмір у мешах якого на 2 розміри передує середньому розміру зазначеного ряду, 15-33 мас. % гранул затримують на ситі, розмір у мешах якого безпосередньо передує середньому розміру зазначеного ряду, 15-33 мас. % гранул затримують на ситі, що має середній розмір, 15-35 мас. % гранул затримують на ситі, розмір у мешах якого є наступним за середнім розміром зазначеного ряду. Даний винахід у цілому стосується створення розклинювальних наповнювачів, які використовуються в нафтових і газових свердловинах. Зокрема, винахід стосується створення керамічного розклинювального матеріалу, в який включені частки розклинювального наповнювача різного розміру, що саме і є об'єктом даного опису. Цілком зрозуміло, що даний винахід може використовуватися також у видобутку інших флюїдів із свердловин і в тому числи, наприклад, води з водяних свердловин. Нафта і природний газ видобувають із свердловин, оточених пористими і, водночас, проникними підземними формаціями. Пористість цієї формації дозволяє їй утримувати в собі нафту і газ, а проникність дозволяє нафтовим та газовим флюїдам переміщатися через формацію. Іноді проникність утримуючої нафту і газ формації є недостатньою для економічно вигідного їх видобутку. Широко розповсюдженим є також явище зниження проникності формації під час роботи свердловини у такій мірі, що подальший видобуток зазначених копалин стає нерентабельним. У таких випадках звичайно вдаються до розклинення формації зі збереженням утворених розривів у відкритому стані за допомогою розклинювального матеріалу або розклинювального наповнювача. Таке розклинення звичайно здійснюють шляхом прикладання до формації гідравлічного тиску за допомогою підходящої гелеподібної текучої речовини. Тиск при цьому збільшують доти, поки не утворяться тріщини в підстильній породі. В утворені таким чином розриви або тріщини вводять розклинювальні наповнювачі, що перебувають у формі суспензії в стиснутій текучій речовині. Після зняття гідравлічного тиску розклинювальний наповнювач запобігає змиканню утворених тріщин. Для зазначених цілей використовуються найрізноманітніші розклинювальні наповнювачі залежно від конкретних геологічних умов. Звичайно, розклинювальні наповнювачі мають сипучу форму, наприклад, піску, скляних кульок або керамічних гранул, що створюють пористу структуру. Нафта або газ можуть протікати через порожнини між частками наповнювача в ділянки накопичення, із котрих їх відкачують на поверхню. З часом тиск навколишньої гірничої породи намагається роздавити розклинювальний наповнювач. Дрібні частки, що виникають внаслідок такого роздрібнення, мають тенденцію до міграції і закупорювання утворених порожнинами каналів у розклиненій породі. Міграція дрібних часток дуже відчутно знижує проникність і здатність розклиненої породи пропускати нафту або газ. Пропускна здатність є 7 мірою легкості протікання нафти або газу через структуру розклинювального наповнювача і є важливим фактором забезпечення високої продуктивності свердловини. Коли пропускна здатність падає нижче певного рівня, спроби розклинити породу повторюють або ж експлуатацію свердловини припиняють. Керамічні розклинювальні наповнювачі, які звуться також штучними розклинювальними наповнювачами, є кращими, ніж природні розклинювальні наповнювачі, таки як пісок, чистий або покритий смолою, оскільки вони витримують високі тиск і температури і мають високу корозійну стійкість. Незважаючи на їхню більшу вартість порівняно з природними матеріалами, більш висока міцність керамічних матеріалів щодо роздавлювання робить керамічні розклинювальні наповнювачі привабливими для використання в умовах, занадто суворих для інших матеріалів, наприклад, при тисках породи від 350 до 700кг/см2 (5000-10000 фунтів на квадратний дюйм). Оскільки зі збільшенням глибини тиск зростає, керамічні розклинювальні наповнювачі звичайно використовують на глибинах порядку 1500 метрів і більше. Для застосування їх, звичайно, у формі дрібно дисперсних матеріалів, таких як глина, боксит, оксид алюмінію і т.п., об'єднують з водою і перемішують у барабанних змішувачах. Під дією лопаток змішувача мокра глина збирається в грудки, які приймають форму практично сферичних гранул і після сушіння та високотемпературного випалювання набувають бажаних розмірів. Гранули, що мають розміри за межами потрібного інтервалу, після стадії сушГння повертаються у змішувач для повторної обробки. Міцність розклинювальних наповнювачів щодо роздавлювання залежить від складу і густини керамічного матеріалу. Розклинювальні наповнювачі, звичайно, поділяють на три сорти: легкі розклинювальні наповнювачі (LWP: low weight proppants), розклинювальні наповнювачі середнього сорту (IP: intermediate grade proppants) і високоміцні розклинювальні наповнювачі (HSP: high strength proppants). Легкі розклинювальні наповнювачі підходять для діапазону напруг, що призводять до змикання тріщин, тобто приблизно від менше ніж 1000 фунт/кв.дюйм до 8000 фунт/кв.дюйм, у той час як розклинювальні наповнювачі середнього сорту підходять для напруг приблизно до 10000 фунт/кв.дюйм, а високоміцні розклинювальні наповнювачі можуть використовуватися при напругах більше 12000 фунт/кв.дюйм. Спроби підвищення пропускної здатності до тих пір були сфокусовані на підвищенні міцності розклинювальних наповнювачів щодо роздавлювання. Для цього зверталися до нанесення покриттів, виготовлення більш міцних сфер і до пошуків більш вдалої форми гранул. При цьому відчутного поліпшення пропускної здатності вдавалося досягати, наприклад, за рахунок нанесення смоляного покриття, але всі ці напрямки незмінно були пов'язані з підвищенням вартості. Існувала загальна думка, що найбільш ефективними розклинювальними наповнювачами 81285 8 є сферичні гранули однакового розміру, оскільки вважалося, що вони забезпечують максимальну пропускну здатність [див., наприклад, патент США No. 4,623,630]. Проте надлишок дробу (дуже дрібних гранул) призводить до закупорювання порожнин між щільно упакованими сферами і знижує транспортування флюїду. Відомо також, що сфери разом зі збільшенням їхніх розмірів стають слабкішими, у зв'язку з чим зростає імовірність їх роздавлювання in situ. Крім зростання кількості дробу, роздавлювання часток призводить до звуження тріщин, утворених в процесі розклинення породи. У зв'язку з цим, вважалося шкідливим мати у розклинювальній суміші, водночас, як дрібні, так і фубі частки. У зв'язку з цим, у відповідності із загальновизнаним промисловим стандартом Американського нафтового інституту (АРІ) потрібно, щоб гранулометричний склад часток був обмежений достатньо вузьким інтервалом. Наприклад, стандартом визначаються такі інтервали розмірів часток у мешах: 40/70, 30/50, 20/40, 16/30, 16/20 і 12/18. Перше число в цих інтервалах, у відповідності зі стандартом ASTM, означає розмір у мешах найгрубішого (верхнього) сита, а друге число означає розмір найдрібнішого (нижнього) сита. Згідно зі стандартами АРІ, 90% усіх сферичних часток розклинювального матеріалу при його просіюванні повинні утримуватися між верхнім і нижнім ситами. Розклинювальний матеріал, вироблюваний фірмою Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc., м. Стоу, шт. Огайо (США), під торговою назвою Versaprop™, має більш широкий діапазон розподілу часток за розмірами, ніж це потребують стандарти АРІ для матеріалу 20/40. Проте цей матеріал не підходить для всіх геологічних ситуацій з огляду на його малий розмір. У результаті вимог щодо вузьких гранулометричних складів часток лише невелика частина гранул, отриманих у процесі формування, лежить у заданому інтервалі. Решта ж гранульованого матеріалу, що часто складає до 75-80% його загальної кількості, повинна повертатися на повторний помел або іншу обробку і знов формуватися в роторному змішувачу. Беручи до уваги вищевикладене, даним винаходом пропонується новий, поліпшений розклинювальний матеріал, а також процеси його виготовлення і використання, що дозволяють вирішити зазначені вище та інші проблеми. Відповідно до першого аспекту даного винаходу пропонується процес формування розклинювальної суміші. Запропонований процес передбачає об'єднання порошкоподібного матеріалу з рідиною з утворенням суміші і формування із цієї суміші сферичних гранул. Сформовані гранули просівають і випалюють, одержуючи розклинювальну суміш з таким середнім діаметром, що при просіванні цієї суміші через сита послідовного ряду розмірів у мешах, вибраних із розмірів у мешах за стандартом ASTM США, що складається із 10, 12, 14, 16, 18, 20, 25, 30, 35, 40 і 45, зазначений середній діаметр лежить у середньому розмірі в мешах, що 9 відповідає одному із розмірів у мешах зазначеного ряду. При цьому 0-25%(мас.) гранул затримуються на ситі, розмір у мешах якого на 2 розміри передує середньому розміру в мешах зазначеного ряду, 15-33%(мас.) гранул затримуються на ситі, розмір у мешах якого безпосередньо передує середньому розміру в мешах зазначеного ряду, 15-33%(мас.) гранул затримуються на ситі середнього розміру в мешах і 15-35%(мас.) гранул затримуються на наступному за ним ситі зазначеного ряду. У відповідності з іншим аспектом даного винаходу пропонується розклинювальна суміш. Запропонована розклинювальна суміш містить множину керамічних гранул з таким середнім діаметром, що при просіванні цієї суміші через сита послідовного ряду розмірів у мешах, вибраних із розмірів у мешах за стандартом ASTM США, що складається із 10, 12, 14, 16, 18, 20, 25, 30, 35, 40 і 45, зазначений середній діаметр лежить у середньому розмірі в мешах, що відповідає одному із меш зазначеного ряду. При цьому 0-25%(мас.) гранул затримуються на ситі, розмір у мешах якого на два розміри передує середньому розміру в мешах сита зазначеного ряду, 15-33%(мас.) гранул затримуються на ситі, розмір у мешах якого безпосередньо передує середньому розміру в мешах зазначеного ряду, 15-33%(мас.) гранул затримуються на ситі середнього розміру в мешах і 15-35%(мас.) гранул затримуються на наступному за ним ситі зазначеного ряду. Відповідно до ще одного аспекту даного винаходу пропонується процес розклинення геологічної формації. Даний процес включає у себе об'єднання сферичних гранул із рідиною або гелем з утворенням суміші і нагнітання суміші під тиском у геологічну формацію доти, аж поки гранули не опиняться в тріщинах цієї формації, причому зазначені сферичні гранули мають такий середній діаметр, що при просіванні цієї суміші через сита послідовного ряду розмірів у мешах, вибраних із розмірів у мешах за стандартом ASTM США, що складається із 10, 12, 14, 16, 18, 20, 25, 30, 35, 40 і 45, зазначений середній діаметр лежить у середньому розмірі в мешах, що відповідає одному із розмірів у мешах зазначеного ряду. Крім того, 0-25%(мас.) гранул затримуються на ситі, розмір якого на 2 розміри передує середньому розміру в мешах сита зазначеного ряду, 15-33%(мас.) гранул затримуються на ситі, розмір у мешах якого безпосередньо передує середньому розміру в мешах сита зазначеного ряду, 15-33%(мас.) гранул затримуються на ситі середнього розміру в мешах і 15-35%(мас.) гранул затримуються на наступному за ним ситі зазначеного ряду. Першою перевагою щонайменше одного варіанта даного винаходу є те, що пропускна здатність структури розклинювального наповнювача є збільшеною. Іншою перевагою щонайменше одного варіанта даного винаходу є те, що межа міцності розклинювальної суміші під тиском є більшою за ту, яку можна було б очікувати, виходячи із гранулометричного складу. 81285 10 Ще однією перевагою щонайменше одного варіанта даного винаходу є те, що на повторний цикл обробки повертають меншу частину гранул оброблюваного розклинювального наповнювача. Подальшою перевагою щонайменше одного варіанта даного винаходу є те, що собівартість продукту може бути порівнянною із собівартістю легких розклинювальних наповнювачів і при цьому мати більш високу міцність щодо роздавлювання і пропускну здатність під тиском. Ще одною перевагою даного винаходу є те, що користувач розклинювальних наповнювачів може замінити розклинювальні наповнювачі як IP сорту, так і LWP сорту сумішшю середнього сорту з розширеним гранулометричним складом (PSD: particle size distribution), або може замінити HSP, IP і LWP сорти наповнювачів сортом з розширеним гранулометричним складом і високою межею міцності, що дозволяє скоротити асортимент використовуваних матеріалів. Ще одною перевагою даного винаходу є те, що збільшення пропускної здатності дозволяє підвищити продуктивність геологічної формації завдяки збільшенню напівдовжин тріщин. Слід нагадати, що напівдовжина тріщини є геологічною характеристикою породи. Інші переваги даного винаходу розкриваються у наступному детальному описі, даному як приклад, що не має обмежувального характеру, і розглядається з посиланнями на супровідні креслення. Використовуваний тут термін "сферичний" і визначення інших подібних форм означають такі форми, в котрих середнє відношення мінімального діаметра до максимального діаметра складає приблизно 0,75 і більше, або такі, що відповідають середньому значенню сферичності приблизно 0,75 або більше порівняно з картою Крумбайна і Слоса (Krumbein and Sloss). Термін "питома вага" означає вагу в грамах на кубічний сантиметр (г/см), за винятком відкритої пористості у визначенні об'єму. Питома вага може визначатися методом витиснення рідини (наприклад, води чи спирту) або за допомогою повітряного пікнометра. Термін "кальцинований" у застосуванні до матеріалу означає, що даний матеріал був підданий термообробці. Рудні матеріали, що були піддані повній кальцинації або певному процесу кальцинації, мають дуже низькі втрати ваги на прожарювання (LOI: loss on ignition) і вміст вологи, наприклад, 1-2 масових відсотки і менше. Некальциновані рудні матеріали, такі як боксити і глини, можуть містити приблизно від 10 до 40 масових відсотків летких речовин. "Частково кальциновані" матеріали звичайно мають повний уміст летких речовин (LOI плюс уміст вологи) від 5 до 8 масових відсотків. Леткими речовинами можуть бути волога, органічні сполуки і хімічно зв'язана вода (наприклад, гідратну воду). Типові температури кальцинування звичайно складають менше ніж 1000°С. Використовуваний тут термін "спікання" стосується процесу термообробки, в якому матеріали щонайменше частково перетворюються 11 на іншу форму, за рахунок нагрівання матеріалу до температури вище тієї, при якому відбувається перетворення. Для бокситів, глин і т.п. матеріалів перетворення, звичайно, починається при температурі близько 1150°С. На Фіг.1 наведені визначені на стандартних ASTM ситах (в мешах) графіки гранулометричного складу %(мас.) для першої розклинювальної суміші з розширеним гранулометричним складом (PSD-1) і для звичайної суміші 20/40, яку перша повинна замінити. На Фіг.2 наведений графік пропускної здатності, мд-фут, у функції напруги на набивці розклинювального наповнювача, утвореної з другої розклинювальної суміші з розширеним гранулометричним складом (PSD-2) і зі звичайного 20/40 продукту проміжної міцності. На Фіг.3 наведений графік пропускної здатності, мд-фут, у функції напруги на набивці розклинювального наповнювача, утвореної з другої розклинювальної суміші з розширеним гранулометричним складом (PSD-2) і зі звичайної 20/40 суміші легкого сорту. На Фіг.4 наведений графік пропускної здатності, мд-фут, у функції напруги на набивці розклинювального наповнювача, утвореної з другої розклинювальної суміші з розширеним гранулометричним складом (PSD-2) і двох звичайних 20/40 сумішей легкого сорту. На Фіг.5 наведена гістограма відсотка набивки розклинювального наповнювача, що роздрібнюється під дією напруги 5000, 7500 і 10000 фунт/кв.дюйм, яка змикає тріщини, для третьої розклинювальної суміші з розширеним гранулометричним складом (PSD-3) і під дією напруги 5000 і 7500 фунт/кв.дюйм, яка змикає тріщини, для двох відомих легких розклинювальних наповнювачів 20/40. На Фіг.6 наведені визначені на стандартних ASTM ситах (в мешах) графіки гранулометричного складу %(мас.) для четвертої розклинювальної суміші з розширеним гранулометричним складом (PSD-4), що замінює відомі розклинювальні матеріали 16/20 легкого сорту і 16/30 середнього сорту, а також графіки гранулометричного складу %(мас.) для цих відомих сумішей 16/20 і 16/30. На Фіг.7 наведений графік пропускної здатності, мд-фут, у функції напруги на набивці розклинювального наповнювача, утвореної з п'ятої розклинювальної суміші з розширеним гранулометричним складом (PSD-5), у порівнянні з відомою сумішшю 16/30. На Фіг.8 наведений.графік пропускної здатності у мд-фут, у функції напруги на п'ятій розклинювальній суміші з розширеним гранулометричним складом (PSD-5) у порівнянні з відомою сумішшю 16/20 легкого сорту (LPW). На Фіг.9 наведений графік пропускної здатності, мд-фут, у функції напруги на набивці розклинювального наповнювача, утвореної з п'ятої розклинювальної суміші з розширеним гранулометричним складом (PSD-5) і з двох відомих сумішей 16/20 легкого сорту. На Фіг.10 наведена гістограма відсотка набивки розклинювального наповнювача із п'ятої 81285 12 розклинювальної суміші з розширеним гранулометричним складом (PSD-5), що замінює відомі розклинювальні матеріали 16/20 легкого сорту (LWP) або 16/30 середнього сорту (IP), що роздрібнюється під дією напруги 5000, 7500 і 10000 фунт/кв.дюйм, яка змикає тріщини, у порівнянні з двома відомими розклинювальними наповнювачами 16/20 легкого сорту. На Фіг.11 наведені визначені на стандартних ASTM ситах (в мешах) графіки гранулометричного складу %(мас.) для шостої розклинювальної суміші з розширеним гранулометричним складом (PSD-6), що замінює відомі розклинювальні матеріали 12/18 легкого сорту і 12/20 середнього сорту, а також графіки гранулометричного складу %(мас.) для цих відомих сумішей 12/18 і 12/20. На Фіг.12 наведений графік пропускної здатності, мд-фут, у функції напруги на набивці розклинювального наповнювача, утвореної із сьомої розклинювальної суміші з розширеним гранулометричним складом (PSD-7), у порівнянні з відомою сумішшю 12/20. На Фіг.13 наведений графік пропускної здатності, мд-фут, у функції напруги на сьомій розклинювальної суміші з розширеним гранулометричним складом (PSD-7) у порівнянні з відомою сумішшю 12/18 легкого сорту (LWP). На Фіг.14 наведений графік пропускної здатності, мд-фут, у функції напруги на набивці розклинювального наповнювача, утвореної із сьомої розклинювальної суміші з розширеним гранулометричним складом (PSD-7) і з двох відомих сумішей 12/18 легкого сорту. На Фіг.15 наведена гістограма відсотка набивки розклинювального наповнювача із сьомої розклинювальної суміші з розширеним гранулометричним складом (PSD-7), що замінює відомі розклинювальні матеріали 12/18 легкого сорту (LWP) і 12/20 середнього сорту (IP), що роздрібнюється під дією напруги 5000, 7500 і 10000 фунт/кв.дюйм, яка змикає тріщини, у порівнянні з двома відомими розклинювальними наповнювачами 12/18 легкого сорту. Докладний опис кращого варіанта здійснення винаходу Було виявлено, що розклинювальна суміш, яка містить як дрібні, так і грубі матеріали у формі практично сферичних кульок або гранул із певним гранулометричним складом, дозволяє підвищити пропускну здатність порівняно з аналогічними матеріалами зі звичайним гранулометричним складом. У кращому варіанті здійснення винаходу, гранули розклинювальної суміші виконані із керамічного матеріалу, наприклад, алюмосилікату, гранулометричний склад якого добраний таким чином, щоб ця суміш містила як дрібні, так і грубі частки. Розклинювальна суміш, що фігурує тут під назвою суміші з розширеним гранулометричним складом, може мати приблизно такий же середній розмір часток, що і звичайна розклинювальна суміш, але з більш широкою кривою гранулометричного складу, при жорсткому контролі пропорцій дрібних і грубих часток у конкретному сорті. Під "розміром частки" тут 13 розуміють її діаметр, припускаючи, що вона має сферичну форму. Таким чином, звичайна розклинювальна суміш 16/30 середнього сорту має середній розмір (середній діаметр) часток приблизно від 0,85 мм до 1,03 мм, а більша їх кількість (принаймні 90%(мас), звичайно приблизно 95%(мас.) і більше) має розміри в діапазоні від -16 до +30 меш (тобто складається з фракцій 18, 20, 25 і 30 меш), як показано в Табл. 1, що відповідає стандартам АРІ. З іншого боку, суміш з розширеним гранулометричним складом може мати аналогічний середній розмір часток від 0,88 мм до 1,15мм, краще - приблизно від 0,98мм до 1,08мм, а ще краще - приблизно 1,03мм, і може замінювати звичайну розклинювальну суміш 16/30 такого ж або нижчого сорту. Проте у матеріалі з розширеним гранулометричним складом більш ніж 10% його кількості виходить за межі продукту 16/30, у зв'язку з чим він не відповідає стандарту АРІ. Як показано в Табл. 1, в інтервалі від -16 до +30 меш лежить менше 80%, у кращому варіанті менше 75%, а в ще кращому -менше 70% часток матеріалу з розширеним гранулометричним складом (якщо не зазначено іншого, то всі наведені тут розміри в мешах відповідають стандартам ASTM). Крім того, у кращому варіанті пропорції дрібних і грубих часток матеріалу регулюються. Кількість кульок +12 меш (тобто виражена в %(мас.) від загальної маси кількість кульок, що затримуються на ситі 12 меш і більше) звичайно складає приблизно 10%(мас.) і менше від загальної маси суміші, у кращому варіанті менше 5%, у ще кращому - менше 1%, а в найкращому - не більше 0,6%. Кількість кульок розміром +14 меш (тобто виражена в %(мас.) від загальної маси кількість кульок, що затримуються на ситі 14 меш і більше) звичайно складає приблизно 20%(мас.) і менше від загальної маси суміші, у кращому варіанті - менше 17%, а в ще кращому - не більше, ніж приблизно 13% (у Табл. 1 показана сума фракцій 12 і 14 меш). Кількість кульок розміром -25 меш (тобто виражена в %(мас.) від загальної маси кількість кульок, що проходить через сито 25 меш) звичайно складає приблизно 15%(мас.) або менше від загальної маси суміші, а в кращому варіанті - приблизно 510%. Кількість кульок -30 меш (тобто виражена в %(мас.) від загальної маси кількість кульок, що проходить через сито 30 меш), звичайно, складає приблизно 2%(мас.) і менше від загальної маси суміші, а в кращому варіанті приблизно 1%(мас.) і менше. Кількість кульок -35 меш (тобто виражена в %(мас.) від загальної маси кількість кульок, що проходить через сито 35 меш), звичайно, складає приблизно 1%(мас.) і менше від загальної маси суміші, а в кращому варіанті приблизно 0,5%(мас.) і менше. Для задоволення всім або більшості з цих умов стандартне відхилення розміру часток розширеного гранулометричного складу є значно більшим, ніж у звичайного продукту 16/30, тобто крива гранулометричного складу у функції відсотка затриманих на ситах часток нового матеріалу є в середній частині порівняно широкою. 81285 14 Питома вага матеріалу 16/30 або 16/20 розклинювальної суміші, що замінюється, складає приблизно від 2,1 до 2,9 г/см3 для легкого сорту (LWP), приблизно від 3,0 до 3,5 г/см3 для середнього сорту (IP) і приблизно від 3,3 до 4,2г/см3 для високоміцного сорту (HSP) (якщо не зазначено іншого, то всі наведені тут величини питомої ваги були визначені методом витиснення води). Гранулометричний склад матеріалу може бути визначений шляхом просіювання розклинювальної суміші через набір сит послідовно зменшуваного розміру (тобто в порядку збільшення розміру в мешах згідно зі стандартом ASTM, США). Наприклад, у відповідності з директивою Американського нафтового інституту [API, Recommended Practice 60 (RP 60)] розклинювальну суміш просівають через ряд таких сит за стандартом ASTM: 10, 12, 14, 16, 18, 20, 25, 30, 35, 40. Згідно з методикою API RP 60 вимірювання проводять тільки на 6 ситах, проте для більш точного визначення гранулометричного складу, як це має місце в даному випадку, можуть використовуватися також додаткові сита. Для матеріалу заміни 16/30 або 16/20 розклинювальної суміші відсотковий вміст часток, що залишаються на ситі 14 меш (тобто масовий відсоток часток діаметром від 1,4 до 1,7мм) звичайно складає 0-25%, у кращому варіанті 315%, а ще краще - принаймні 5%(мас). Відсотковий вміст часток, що залишаються на ситі 16 меш (тобто масовий відсоток часток діаметром від 1,18 до 1,4мм) звичайно складає 15-33%(мас), а в кращому варіанті - 16-28%. Відсотковий уміст часток, що залишаються на ситі 18 меш (тобто масовий відсоток часток діаметром від 1,0 до 1,18мм) звичайно складає 15-33%(мас), а в кращому варіанті - 16-28%(мас). Відсотковий вміст часток, що залишаються на ситі 20 меш (тобто масовий відсоток часток діаметром від 0,85 до 1,0мм) звичайно складає 15-35%(мас), а в кращому варіанті - 16-30%(мас). Відсотковий вміст часток, що залишаються на ситі 25 меш (тобто масовий відсоток часток діаметром від 0,71 до 0,85мм) звичайно складає 1-25%(мас), у кращому варіанті 5-25%, а ще краще - від 10 до 20%(мас). Відсотковий вміст часток, що залишаються на ситі 30 меш (тобто масовий відсоток часток діаметром від 0,60 до 0,71мм) звичайно є більше 1%(мас), у кращому варіанті - більше 4%(мас), а ще краще лежить у межах 5-10%(мас). Відсотковий вміст часток, що залишаються на ситі 35 меш (тобто масовий відсоток часток діаметром від 0,50 до 0,60мм) звичайно складає менше 2%(мас), а в кращому варіанті - менше 1%(мас). Із зазначених величин розміри часток в мешах найближчі до середнього розміру, тобто розміри сит, що перекривають середній розмір часток і сусідні з ним розміри, у загальному випадку є найбільш важливими (у Прикладі Табл. 1, де середній розмір часток складає приблизно 1,04мм, це є фракції 16, 18 і 20 меш). Звичайно на ситах 18, 20 і 25 меш затримується менше 75%(мас.) гранул, у кращому варіанті - менше 68%, а в ще кращому - близько 60%(мас). Діаметри від 0,60мм до 1,4мм у 15 кращому варіанті мають принаймні 82%(мас.) гранул, а в ще кращому - принаймні 88%(мас.) гранул. При середньому розмірі часток, достатньо близькому до середнього розміру часток звичайного керамічного розклинювального наповнювача 16/30, матеріал з розширеним гранулометричним складом буде мати аналогічні з ним характеристики текучості під час введення в свердловину. Якщо ж середній діаметр часток такого матеріалу істотно відрізняється від середнього розміру часток звичайного продукту, який він заміняє (16/30 або 16/20 у даному варіанті), то цей матеріал буде мати інші характеристики закачування. У Табл. 1 наведені виражені в мешах і розмірах часток характеристики одного з матеріалів з розширеним гранулометричним складом, придатного для заміни відомого продукту 16/30. Еквівалентний діаметр часток був визначений, виходячи із розмірів комірок сит і припускаючи, що частки є сферичними. Можна бачити, що описаний матеріал з розширеним гранулометричним складом підходить для заміни звичайної розклинювальної суміші 16/30 середнього сорту або легкого сорту, а також для заміни звичайної розклинювальної суміші 16/20 легкого сорту. Підходящими для виготовлення розклинювальних наповнювачів є вихідні матеріали, що містять оксиди, такі як оксиди алюмінію і двоокис кремнію, а також їхні суміші. Звичайно, двоокис кремнію й оксид алюмінію складають принаймні 80%(мас.) - вихідного матеріалу, у перерахунку на масу після кальцинації (практично безводна маса), а в кращому варіанті - приблизно 90% і більше маси після кальцинації. Вихідними матеріалами для цих цілей можуть служити глини (які містять, головним чином, гідратний оксид алюмінію), такі, як каолін, діаспорова глина, оолітова глина і кремениста глина, бокситові глини, природні або синтетичні боксити, а також їхні суміші, і т.п. Вихідні матеріали можуть бути некальцинованими або частково кальцинованими. Спечена розклинювальна суміш, утворена з таких вихідних матеріалів, у кращому варіанті містить оксиди, силікати й алюмінати, що складають принаймні 50%(мас), краще - принаймні 80%(мас), а ще 81285 16 краще принаймні 90%(мас.) спеченого розклинювального матеріалу. Для сприяння спіканню можуть додаватися різноманітні відповідні добавки, такі, як бентонітова глина, оксид заліза, бор, карбід бору, диборид алюмінію, нітрид бору, фосфід бору, а також інші борвмісні компоненти, або флюси, такі, як карбонат натрію, карбонат літію, польовий шпат, оксид марганцю, титану, карбонат кальцію і силікати натрію, в кількостях приблизно до десяти (10) масових відсотків. У разі потреби у вихідну суміш для поліпшення гранулювання і підвищення межі міцності неспечених гранул сировини можуть додаватися сполучне, наприклад, крохмаль, смола або віск, такі, як желеподібний кукурудзяний крохмаль, полівініловий спирт, а також їхні комбінації. Звичайно сполучне добавляють у кількості приблизно 0-6%(мас.) від маси оксидів. Вихідні матеріали, як правило, роздрібнюють, наприклад, у кульовому млині або за допомогою іншого засобу роздрібнювання, до середнього розміру часток приблизно 20мкм і менше, у кращому варіанті - приблизно 15мкм і менше, а в ще кращому -приблизно 10мкм і менше; тут під середнім розміром розуміють діаметр часток (або середній діаметр, коли частки не є сферичними). У разі необхідності вихідні матеріали до їх роздрібнювання сушать, щоб полегшити процес роздрібнювання. У кращому варіанті здійснення цього процесу роздрібнювання вихідних матеріалів проводять із добавленням рідини, наприклад, води, і суміш інтенсивно перемішують у змішувачі на зразок змішувача Ейриха з обертовою посудиною, обладнаною роторним столом і обертовою ударною мішалкою. Роторний стіл або піддон обертається в напрямку, протилежному напрямку обертання ударної мішалки. Ударна мішалка може мати форму диска, до якого прикріплені стрижні або бруси, установлені практично паралельно осі обертання мішалки. Для формування практично сферичних гранул у суміш добавляють достатню кількість води (звичайно, приблизно 15-40%(мас.) води від маси вихідних матеріалів). Після формування гранул вводять приблизно 0-25%, а краще - від 5 до 15 відсотків (від маси гранул) додаткового керамічного порошку (переважно, такого ж сухого вихідного матеріалу, що використовувався для формування вологої суміші), і знову включають змішувач для того, щоб. провести зрощення доданого матеріалу з раніше утвореними гранулами. Незважаючи на те, що використання інтенсивного змішування є кращим для формування гранул, можуть використовуватися й інші способи формування. Наприклад, гранули можуть формуватися шляхом розпорошування суспензії вихідних матеріалів у воді. Сформовані гранули сушать, звичайно, в сушарці при температурі приблизно від 100°С до 300°С до рівня вмісту в них вологи менше, ніж приблизно 10%(мас). Утворені таким шляхом "сирі розклинювальні наповнювачі" спікають у печі при температурі спікання доти, поки питома вага гранул не досягне рівня приблизно від 2,1 до 17 4,2г/см3 залежно від складу суміші, що спікається, і бажаної питомої ваги розклинювальних наповнювачів. Питома вага розклинювальних матеріалів легкого сорту (LWP) після спікання складає приблизно від 2,1 до 2,9г/см3, розклинювальних матеріалів середнього сорту (IP) - приблизно від 3,0 до 3,5г/см3, а для високоміцних розклинювальних матеріалів (HSP) - приблизно від 3,3 до 4,2г/см3. Спікання в загальному випадку приводить до зменшення розміру гранул приблизно на 20%, а також до збільшення питомої ваги продуктів. Для спікання звичайно застосовують температури приблизно 1150°С і вище, в кращих варіантах - приблизно 1300°С і вище, а в ще кращих -приблизно 1500°С. Температури спікання можуть досягати приблизно 1600°С. Після сушіння гранули добирають за розмірами на ситах. Початковий відсів сирих розклинювальних наповнювачів проводять після сушіння, але до операції спікання. Наприклад, як верхнє для відсівання найгрубіших часток використовують сито розміром приблизно 10 або 11 меш, а для видалення найдрібніших часток використовують нижнє сито з розміром приблизно 18 або 20 меш (слід нагадати, що такі сита не цілком відповідають стандарту ASTM для сит). Вибір верхнього і нижнього сит певною мірою залежить від суміші, отриманої в змішувачі, і може бути відрегульований під середній розмір часток суміші. Відкинуті занадто грубі і занадто дрібні гранули можуть бути повернуті на повторну обробку. Додатковий відсів часток може бути проведений після спікання. Одержувані таким чином розклинювальні наповнювачі мають сферичну форму (тобто показних їхньої сферичності становить приблизно 0,75 і більше, в кращих випадках - принаймні 0,80, а в ще кращих лежить у межах 0,80-0,9). Розмір часток обпаленого і просіяного розклинювального наповнювача звичайно становить приблизно від 0,1 до 2,5мм. Розміри сит вибирають у такому розрахунку, щоб одержувати розклинювальну суміш із бажаним гранулометричним складом, що більш докладно розглянуто нижче. Пропускна здатність набивки зі сформованої таким чином розклинювальної суміші може бути визначена у відповідності зі стандартною методикою випробувань Stim-Lab. Згідно з цією методикою використовують 75 тонний прес Дейка (Dake) з кюветами типу API Monel K-500, що мають протоки площею 10 квадратних дюймів. Як центральні плити використовують два блоки з піщанику Ohio. У кювету АРІ завантажують пробу випробуваного розклинювального наповнювача і підрівнюють її ножовим пристроєм. Між центральними плитами поміщають зразок розклинювального наповнювача й утворять набір із чотирьох кювет. Кювети поміщають між плитами преса Дейка. Тиск підвищують до 500 фунт/кв.дюйм, систему відкачують і насичують водою при температурі 70-75° F. Після насичення тиск змикання тріщин підвищують до 1000 фунт/кв.дюйм зі швидкістю 100 фунт/кв.дюйм за хвилину. Розклинювальному наповнювачу дають 81285 18 можливість зрівноважитися. Для обчислення пропускної здатності виміряють витрату, перепад тиску й усереднену ширину при кожному значенні тиску. По кожному визначенню пропускної здатності проводять п'ять вимірів і отримані результати усереднюють. Витрату вимірюють за допомогою ваги Метлера (Mettler) з точністю 0,01 мл/хв. Для обчислення пропускної здатності використовують закон Дарсі. Після цього температуру випробувань потім підвищують до 250°F і наповнювачу дають можливість зрівноважитися протягом 12 годин до підвищення тиску змикання тріщини. Пропускну здатність розклинювального наповнювача визначають під тиском 1000 фунт/кв.дюйм при кімнатній температурі, і під тиском 1000 фунт/кв.дюйм при температурі 250°F. Після цього тиск підвищують зі швидкістю 100 фунт/кв.дюйм за хвилину з приростом 1000 фунт/кв.дюйм і описаний процес випробувань повторюють. Пропускну здатність розклинювального наповнювача контролюють безперервно протягом 50 годин при температурі 250°F під тиском 2000 фунт/кв.дюйм, 4000 фунт/кв.дюйм, 6000 фунт/кв.дюйм, 8000 фунт/кв.дюйм, 10,000 фунт/кв.дюйм і вище. Визначена таким чином пропускна здатність може складати приблизно 15000-20000 мд-фут при тиску 2000 фунт/кв.дюйм, приблизно 900010,000 мд-фут при тиску 6000 фунт/кв.дюйм, і приблизно 6000-7000 мд-фут при тиску 8000 фунт/кв.дюйм керамічного матеріалу середнього сорту, призначеного для заміни звичайної суміші 16/20 або 16/30, аналогічної показаній у Табл,1, яку випалюють при температурі принаймні 1300°С, а переважно приблизно 1500°С. Винаходом передбачена також можливість досягнення пропускної здатності, більш високої, ніж зазначено вище. Більш висока пропускна здатність дозволяє підвищити продуктивність геологічної формації за рахунок збільшення напівдовжини тріщин. Міцність щодо роздавлювання може бути виміряна відповідно до Директиви 60 (RP 60) Американського нафтового інституту, за винятком зазначених тут випадків. Для цього порцію розклинювальної суміші просівають через сита розмірами 18 і 40 меш (для суміші, призначеної для заміни розклинювального наповнювача 20/40) або через сита 14 і 30 меш (для суміші, призначеної для заміни розклинювального наповнювача 16/30). Для випробувань як зразок використовують тільки той розклинювальний матеріал, що був затриманий на нижньому ситі. Відому наважку просіяної суміші поміщають у випробувальну камеру з поршнем (Фіг.7.1 Директиви RP 60), і камеру поміщають під прес. Суміш у загальному випадку піддають дії одного з п'ятьох рівнів напруги (наприклад, 5000, 7500, 10000, 12500 і 15,000 фунт/кв.дюйм) протягом двох хвилин. Після цього суміш знову просівають на двох ситах і дріб, зібраний на піддоні під дрібнішим ситом, зважують. Міцність щодо роздавлювання (при даному рівні напруги), 19 виражена через масовий відсоток дробу, може бути визначена за такою формулою: Міцність щодо роздавлювання = (%(мас.) дробу / маса зразка розклинювальної суміші, поміщеного в камеру) x 100. Міцність щодо роздавлювання, визначена таким чином, складає звичайно менше 10%, у кращому варіанті - менше 7%, а в ще кращому менше ніж приблизно 4,0% для набивки розклинювального наповнювача середнього сорту з розширеним гранулометричним складом, призначеного для заміни наповнювача 16/30 середнього сорту або 16/20 легкого сорту, у випробуваннях під навантаженням 7500 фунт/кв.дюйм, що є істотно меншим, ніж у наповнювача 16/20 легкого сорту LWP, який має приблизно такий самий середній діаметр часток, і принаймні порівняним у більшій частині діапазону тиску з наповнювачем середнього сорту (IP), утвореним з аналогічних матеріалів. Слід нагадати, що у випадку розклинювальних наповнювачів високої міцності, утворених, наприклад, зі спеченого бокситу, міцність щодо роздавлювання суміші з розширеним гранулометричним складом буде відповідно вищою. Було виявлено, що додаткові дрібні гранули ("дріб"), кількість яких є більшою відповідної фракції у звичайному продукті 16/20 або 16/30, не знижує пропускної здатності продукту внаслідок закупорювання пор, створених гранулами середніх і великих розмірів. Дріб визначається відсотковим умістом часток розмірами менше відповідного розміру середнього сита. Крім того, було виявлено, що наявні в суміші занадто грубі гранули, що неминуче є слабкішими, передчасно не руйнуються і не знижують пропускної здатності. Обидва цих факти суперечать загальноприйнятим прогнозам і міркуванням, згідно з якими гранулометричний склад розклинювального наповнювача повинен бути вузьким. Ці факти є повною мірою правомірними по відношенню до інших продуктів з розширеним гранулометричним складом, як-от таких, що замінюють відомий матеріал 20/40. Незважаючи на те, що дане явище не є до кінця з'ясованим, можна вважати, що встановлений позитивний вплив на пропускну здатність зумовлений характеристиками природного пакування часток з унікальним гранулометричним складом. Можна припускати, що дрібні частки не відділяються і не потрапляють в порожнини пор, закупорюючи їх, а розподіляються навколо грубіших сфер і створюють щось на зразок містків між грубішими сферами. Отже, насправді вони не є вільними, щоб закупорювати пори, а навпаки, можуть навіть збільшувати об'єм пор за рахунок утворення проміжків між грубішими сферами. У результаті на кривих пропускної здатності спостерігається значне поліпшення цього параметра при малих навантаженнях. Більш того, структура із зв'язаних містками часток дозволяє створювати більш міцне пакування розклинювального наповнювача і забезпечувати йому стійкість проти роздрібнення і 81285 20 руйнування при даному значенні напруги, що викликає змикання тріщини, краще, ніж на це можна було б очікувати. Можна думати, що містки з множини часток, утворені навколо грубіших кульок, діють як редуктори напруги порівняно з меншим числом точок високонавантажених контактів, що утворюються в тих випадках, коли в прямому контакті між собою перебувають кульки більших розмірів. Поряд з тим, що розклинювальні наповнювачі з розширеним гранулометричним складом відповідно до даного винаходу описані тут у варіанті сферичних спечених керамічних гранул, винаходом передбачена також можливість утворення розклинювальних наповнювачів із жорстких матеріалів інших типів, включаючи пластмаси, матеріали зі смоляним покриттям і т.п. Матеріал, який вибирають для виготовлення розклинювальних наповнювачів, повинний витримувати тиски і працювати на глибині, на котрій формацію необхідно розклинювати, а також бути стійким до хімічного впливу флюїду. Цілком зрозуміло також, що поданий вище опис одержання і тестування матеріалів з розширеним гранулометричним складом, що підходять для заміни звичайної суміші 16/30 або 16/20, жодною мірою не обмежує варіантів застосування аналогічних принципів щодо заміни інших відомих сумішей, включаючи, наприклад, суміш 20/40, у котрої середній розмір часток лежить в інтервалі 0,6-0,85 мм. Така суміш може бути визначена за допомогою такого послідовного набору розмірів у мешах за стандартом ASTM США: 10, 12, 14, 16, 18, 20, 25, 30, 35, 40 і 50. Розмір в мешах, що затримує частки гранулометричного інтервалу, в якому лежить середній розмір часток продукту з розширеним гранулометричним складом, визначають як середній розмір у мешах. Два сусідні в ряду розміри в мешах (тобто вище і нижче середнього розміру в мешах) визначають перший верхній і перший нижній розміри в мешах. Наступними на за ними є другий верхній і другий нижній розміри в мешах, і т.д. Кращі і більш кращі масові відсотки матеріалу, що затримуються на середньому розмірі в мешах, першому верхньому, другому верхньому, першому нижньому і другому нижньому розмірах в мешах, і т.д., є переважно однаковими для кожного розподілу. Так, наприклад, у випадку продукту з розширеним гранулометричним складом для заміни матеріалу 16/30 і 16/20, що має середній розмір часток 1,04 мм, розміри сит у мешах наведені в Табл. 2. 21 На ситах середнього розміру, першого нижнього розміру і другого нижнього розміру в мешах затримується в цілому менше 75%, у кращому варіанті менше 68%, а в ще кращому приблизно 60% матеріалу суміші. Крім того, переважно 0-25%(мас.) часток затримується на ситі другого верхнього розміру в мешах, 1533%(мас.) часток затримуються на ситі першого верхнього розміру в мешах, 15-33%(мас.) часток затримуються на ситі середнього розміру і 1535%(мас.) гранул затримуються на ситі першого нижнього розміру в мешах. У кращому варіанті не більше 80%(мас.) гранул затримуються між двома ситами того розміру в мешах, який замінюється розширеним гранулометричним складом (тобто між ситами розмірами 16 меш і 30 меш у розширеному гранулометричному складі, призначеному для заміни матеріалу 16/30 або 16/20). Матеріал середнього сорту з розширеним гранулометричним складом, що підходить для заміни звичайного продукту 12/20 середнього сорту (IP) або легкого сорту (LWP), або для заміни звичайного продукту 12/18 легкого сорту (LWP), може мати середній діаметр принаймні 1,10мм, наприклад, приблизно від 1,10мм до 1,45мм. В одному з варіантів 0-25%(мас.) гранул мають діаметр в інтервалі 1,7-2,0мм, краще, коли 0,515%(мас.) гранул мають діаметр в інтервалі 1,72,0мм, 15-33%(мас.) гранул мають діаметр в інтервалі 1,4-1,7мм, краще, коли принаймні 16%(мас.) гранул мають діаметр в інтервалі 1,41,7мм, 15-33%(мас.) гранул мають діаметр в інтервалі 1,18-1,4мм, краще, коли менше ніж 32%(мас), а ще краще, коли менше ніж 29%(мас.) гранул мають діаметр в інтервалі 1,18-1,4мм, 1535%(мас.) гранул мають діаметр в інтервалі 1,01,18мм, краще, коли 16-30%(мас.) гранул мають діаметр в інтервалі 1,0-1,18мм, а 5-25%(мас.) гранул мають діаметр в інтервалі 0,85-1,0мм. В одному зі специфічних варіантів продукту з розширеним гранулометричним складом середнього сорту, що підходить для заміни звичайного продукту 12/20 середнього сорту (IP) або легкого сорту (LWP), або для заміни звичайного продукту 12/18 легкого сорту LWP, 210%(мас.) гранул мають діаметр в інтервалі 1,72,0мм, 18-28%(мас.) гранул мають діаметр в інтервалі 1,4-1,7мм, 24-32%(мас.) гранул мають діаметр в інтервалі 1,18-1,4мм, а 18-28%(мас.) гранул мають діаметр в інтервалі 1,0-1,18мм. Розклинювальні наповнювачі з розширеним гранулометричним складом відповідно до даного винаходу використовують звичайним чином для того, щоб запобігати змиканню тріщин або розривам у геологічній формації і за рахунок цього підвищувати пропускну здатність формації для транспорту нафти, газів або інших флюїдів, що видобуваються з неї. Звичайно в пробурену свердловину вводять порожнисту обсадну колону. В обсадну колону на її вході вводять суміш розклинювальних наповнювачів з розширеним гранулометричним складом і гель або рідину, і все це під високим тиском (у загальному випадку в інтервалі 12000-20000 фунт/кв.дюйм) нагнітають у 81285 22 геологічну формацію через вихід або виходи обсадної колони. Набивка розклинювальних наповнювачів утримує від змикання створені зазначеним чином тріщини. Гелем може служити будь-який флюїд, що має достатню в'язкість для утримання розклинювальних наповнювачів у зваженому стані. Нижче наведені приклади, що не мають обмежувального характеру і лише демонструють поліпшені властивості розклинювальних наповнювачів з розширеним гранулометричним складом, отримані згідно з описаним тут процесом. Приклади Приклад 1 Матеріал середнього сорту з розширеним гранулометричним складом (PSD-1), призначений для заміни суміші 20/40, був приготовлений за допомогою такого процесу. Вихідний матеріал (боксит, Arkansas), який попередньо був роздрібнений до часток середнього розміру приблизно 10мкм, завантажували в змішувач Eirich разом із водою і сполучним у кількостях, достатніх для заповнення камери змішувача приблизно на дві третини. Обертання столу і мішалки тривало доти, аж поки не утворювалися початкові гранули бажаного розміру. Після цього вводили додаткову кількість вихідного бокситу, і обертання столу і мішалки продовжували протягом декількох хвилин для утворення сферичних гранул. Потім гранули сушили в сушарці для зменшення вмісту в них вологи до 10%, а потім випалювали при температурі приблизно 1500°С протягом часу, достатнього для спікання гранул і досягнення бажаної густини. До проведення випалу гранули просівали для приготування такого гранулометричного складу, який після випалу дозволяє одержувати бажаний гранулометричний склад. Після випалу проводили додаткове просіювання. Отримані в результаті гранули мали сферичність приблизно 0,8-0,9, що визначалася по карті Крумбайна і Слоса (Krumbein and Sloss). У Табл. 3 ці гранули позначені як PSD-1 (матеріал з розширеним гранулометричним складом, порівнюваний з відомою сумішшю 20/40). У таблиці зазначені також еквівалентні діаметри часток. Наведені в таблиці вище результати відображені графічно на Фіг.1, де показаний масовий відсоток %(мас.) затриманих часток у функції розміру сит в мешах згідно зі стандартом ASTM, США. 23 81285 24 Продукт з розширеним гранулометричним складом (PSD-1) має питому вагу приблизно 3,2г/см3. Методика випробувань і пристрій, що використовувалися для визначення проникності в одиницях мілідарсі x фут (мд-фут) гранул за даним винаходом, були такими, як описано вище. Міцність щодо роздавлювання визначали у відповідності з описаним вище. Міцність щодо роздавлювання продукту PSD-1 з розширеним гранулометричним складом під навантаженням 7500 фунт/кв.дюйм складає 1,3%. Ця величина є близькою до величини 0,8% міцності щодо роздавлювання відомого продукту 20/40 середнього сорту, випробуваного в таких самих умовах, і є набагато кращою, ніж у відомого продукту легкого сорту (LWP). Приклад 2 Друга розклинювальна суміш середнього сорту (продукт PSD-2 з розширеним гранулометричним складом) була приготовлена аналогічно Прикладу 1, і мала гранулометричний склад, наведений у Табл. 4. У таблиці зазначені еквівалентний діаметр часток і номінальний діаметр часток; останній є середнім між максимальним і мінімальним значеннями (еквівалентного діаметра). розширеним гранулометричним складом (PSD-2), і набивок, утворених із матеріалів Прикладу А і Прикладу В для порівняння. На Фіг.4 можна бачити, що продукт PSD-2 з розширеним гранулометричним складом перевершує за пропускною здатністю два зразки відомих LWPпродуктів при порівнянній з ними собівартості продукту. Матеріал Прикладу А для порівняння має середній діаметр часток приблизно 0,65мм. Матеріал Прикладу В для порівняння являє собою алюмосилікатний керамічний розклинювальний наповнювач, що містить 67-69% алюмосилікату (муліту), 0-30% двоокису кремнію у формі кристобаліту, 0-30% двоокису кремнію у формі кварцу, менше 2% оксиду заліза і менше 3% оксиду титану. Зазначений матеріал має середній діаметр часток приблизно 0,66мм. Приклад 3 Третю розклинювальну суміш середнього сорту (продукт PSD-3 з розширеним гранулометричним складом) було приготовлено аналогічно Прикладу 1 з гранулометричним складом, наведеним у Табл. 5. У таблиці зазначені еквівалентний діаметр часток і номінальний діаметр часток; останній являє собою середню величину від максимального і мінімального значень (еквівалентного діаметра). Продукт PSD-2 з розширеним гранулометричним складом має питому вагу 3,2г/см3 і середній діаметр часток приблизно 0,74мм. Його пропускна здатність у загальному випадку є істотно вищою, ніж у відомих продуктів 20/40 легкого сорту (LWP), якими є, наприклад, дві наявні у продажу розклинювальні суміші 20/40 легкого сорту (LWP), позначені як Приклад А для порівняння і Приклад В для порівняння, і є близькою до пропускної здатності продукту середнього сорту або вище неї. На Фіг.2 показана пропускна здатність (мдфут) набивки розклинювального наповнювача у функції від тиску (фунт/кв.дюйм), прикладеного до набивки розклинювального наповнювача, яким є продукт PSD-2 з розширеним гранулометричним складом. Проведено порівняння цих даних з відповідними значеннями для звичайного продукту 20/40 середнього сорту Прикладу 1, визначеними таким самим чином. На Фіг.3 показані аналогічні результати порівняння з продуктом 20/40 легкого сорту (LWP). Як можна бачити на Фіг.2 і 3, продукт PSD-2 з розширеним гранулометричним складом функціонує в усьому діапазоні краще, ніж відомий LWP-продукт, і краще, ніж продукт IP сорту, у діапазоні від 2000 до 8000 фунт/кв.дюйм. На Фіг.4 показані графіки пропускної здатності набивок, утворених із другого зразка матеріалу з На Фіг.5 дано порівняння відсоткового вмісту роздрібнених часток при трьох величинах тиску для продукту PSD-3 з розширеним гранулометричним складом і двох наявних у продажу розклинювальних сумішей 20/40 LWP сорту, позначених під назвами Прикладу А для порівняння і Прикладу В для порівняння. Матеріал Прикладу А для порівняння має середній діаметр часток приблизно 0,65мм. Матеріал Приклад В для порівняння являє собою алюмосилікатний керамічний розклинювальний наповнювач, що містить 67-69% алюмосилікату (муліту), 0-30% двоокису кремнію у формі кристобаліту, 0-30% двоокису кремнію у формі кварцу, менше 2% оксиду заліза і менше 3% оксиду титану. Зазначений матеріал має середній діаметр часток приблизно 0,66мм. Приклад 4 Продукт PSD-4 середнього сорту з розширеним гранулометричним складом, призначений для заміни продукту 16/30 сортів IP і LWP або 16/20 сорту LWP, був приготовлений у відповідності з таким самим процесом, що описаний у Прикладі 1. До проведення випалу частки були просіяні через відповідні сита (верхнє сито 10 або 11 меш і нижнє сито 18 або 20 меш), 25 для одержання гранулометричного складу, який після випалу дає бажаний гранулометричний склад. Після випалу проводили додаткове просіювання. Отримані гранули мали визначену за картою Крумбайна і Слоса (Krumbein and Sloss) сферичність приблизно 0,8-0,9. Ці гранули позначені в Табл. 6 як матеріал PSD-4 з розширеним гранулометричним складом (який порівнювали з відомими сумішами 16/20 сорту LWP і 16/30 сорту IP). У таблиці наведений також еквівалентний діаметр часток. Ці результати відображені графічно на Фіг.6, де показаний масовий відсоток затриманих часток у функції розміру сит в мешах за стандартом ASTM, США. Продукт (PSD-4) з розширеним гранулометричним складом має питому вагу приблизно 3,2г/см3 і середній діаметр часток 1,04мм. Приклад 5 Продукт PSD-5 середнього сорту з розширеним гранулометричним складом, призначений для заміни продукту 16/30 сортів IP і LWP або 16/20 сорту LWP, був приготовлений у відповідності з процесом, описаним у Прикладі 1. До проведення випалу частки були просіяні через відповідні сита (верхнє сито 10 або 11 меш і нижнє сито 16 або 18 меш) з одержанням гранулометричного складу, який після випалу дав бажаний гранулометричний склад. Після випалу проводили додаткове просіювання. Отримані гранули мають визначену за картою Крумбайна і Слоса (Krumbein and Sloss) сферичність приблизно 0,8-0,9. Ці гранули позначені в Табл. 7 як матеріал PSD-5 з розширеним гранулометричним складом (який порівнювали з відомими сумішами 16/20). Наведений також еквівалентний діаметр часток. Продукт з розширеним гранулометричним складом (PSD-5) має питому вагу приблизно 3,2г/см3 і середній діаметр часток 1,02мм. На Фіг.7 показана пропускна здатність (мдфут) набивки із розклинювального наповнювача у 81285 26 функції тиску (фунт/кв.дюйм), прикладеного до набивки із розклинювального наповнювача, який являє собою продукт PSD-5 з розширеним гранулометричним складом. Проведено порівняння цих даних з відповідними величинами, одержаними з відомим продуктом 16/30 середнього сорту при застосуванні такого ж процесу. На Фіг.8 наведені результати аналогічного порівняння з відомим продуктом 16/20 легкого сорту (LWP). Як можна бачити на Фіг.7 і 8, продукт PSD-5 з розширеним гранулометричним складом працює під тиском до 6000 фунт/кв.дюйм краще, ніж відомий продукт середнього сорту (IP), і є порівняним з ним при більш високих тисках. Його робочі показники є наближеними також до показників відомого LWP продукту при рівні тиску 2000 фунт/кв.дюйм і є кращими, ніж у відомого LWP продукту при більш високих тисках. На Фіг.9 показаний графік пропускної здатності (мд-фут) набивки із розклинювального наповнювача у функції тиску (фунт/кв.дюйм), прикладеного до набивки розклинювального наповнювача, який являє собою продукт PSD-5 з розширеним гранулометричним складом. Проведено порівняння цих даних з відповідними величинами двох відомих продуктів 16/20 легкого сорту в Табл. 7, визначеними таким самим чином. Продукт PSD-5 з розширеним гранулометричним складом перевершує за пропускною здатністю два відомих LWP продукти в усьому діапазоні випробувальних тисків при порівняній з ними собівартості. На Фіг.10 показана гістограма міцності щодо роздавлювання, виражена як відсоток роздрібнених часток, для продукту PSD-5 з розширеним гранулометричним складом. Міцність щодо роздавлювання продукту PSD-5 з розширеним гранулометричним складом, визначена при тиску 7500 фунт/кв.дюйм, складає 1,7%. Це є порівняним з міцністю щодо роздавлювання 2,2% відомого продукту 16/30 середнього сорту і перевершує відповідні значення у звичайних продуктів 16/20 легкого сорту, визначена в таких самих умовах міцність яких лежить у межах 13,8-14,0%. Приклад 6 Продукт PSD-6 середнього сорту з розширеним гранулометричним складом, призначений для заміни продуктів 12/20 сортів IP/LWP і 12/18 сорту LWP, був приготовлений у відповідності з процесом, описаним у Прикладі 1. До проведення випалу частки його просіювалися через відповідні сита (верхнє сито 8 або 9 меш і нижнє сито 16 або 18 меш) з одержанням гранулометричного складу, який після випалу давав бажаний гранулометричний склад. Після випалу проводили додаткове просіювання. Отримані гранули мали визначену за картою Крумбайна і Слоса (Krambein and Sloss) сферичність приблизно 0,8-0,9. Ці гранули позначені в Табл. 8 як матеріал PSD-6 з розширеним гранулометричним складом (який порівнювали з відомими сумішами 12/20 сорту IP і 27 12/18 сорту LWP). У таблиці наведений також еквівалентний діаметр часток. Ці результати відображені графічно на Фіг.11, де показаний масовий відсоток затриманих часток у функції розміру сит у мешах за стандартом ASTM, США. Продукт з розширеним гранулометричним складом (PSD-6) має питому вагу приблизно 3,2г/см3 і середній діаметр часток 1,19мм. Приклад 7 Продукт PSD-7 середнього сорту з розширеним гранулометричним складом, призначений для заміни продуктів 12/20 сортів IP/LWP і 12/18 сорту LWP, був приготовлений у відповідності з процесом, описаним у Прикладі 1. До проведення випалу, частки його просіювалися через відповідні сита (верхнє сито 8 або 9 меш і нижнє сито 16 або 18 меш) з одержанням гранулометричного складу, який після випалу давав бажаний гранулометричний склад. Після випалу проводили додаткове просіювання. Отримані гранули мали визначену за картою Крумбайна і Слоса (Krumbein and Sloss) сферичність приблизно 0,8-0,9. Ці гранули в Табл. 9 позначені як матеріал PSD-7 з розширеним гранулометричним складом (який порівнювали з двома відомими сумішами 12/18). У таблиці наведений також еквівалентний діаметр часток. Продукт з розширеним гранулометричним складом (PSD-7) має питому вагу приблизно 3,2г/см3 і середній діаметр часток 1,23мм. На Фіг.12 показані величини пропускної здатності (мд-фут) набивки із розклинювального наповнювача у функції тиску (фунт/кв.дюйм), прикладеного до набивки розклинювального наповнювача, який являє собою продукт PSD-7 з розширеним гранулометричним складом. Проведено порівняння цих даних з величинами у відомого продукту 12/20 середнього сорту, визначеними таким самим чином. На Фіг.13 наведені результати аналогічного порівняння з 81285 28 відомим продуктом 12/18 легкого сорту (LWP). Як можна бачити на Фіг.12 і 13, продукт PSD-7 з розширеним гранулометричним складом працює краще, ніж обидва відомих продукти 12/20 середнього сорту (IP) і відомий продукт 12/18 легкого сорту (LWP) в усьому діапазоні випробувальних тисків. На Фіг.14 показаний графік пропускної здатності (мд-фут) набивки із розклинювального наповнювача у функції тиску (фунт/кв.дюйм), прикладеного до набивки із розклинювального наповнювача, який являє собою продукт PSD-7 з розширеним гранулометричним складом. Проведено порівняння цих даних з наведеними в Табл. 9 відповідними величинами двох відомих продуктів 12/18 легкого сорту, визначеними таким самим чином. Продукт PSD-7 з розширеним гранулометричним складом за своєю пропускною здатністю перевершує два відомих продукти легкого сорту (LPW) в усьому діапазоні випробувальних тисків при порівнянній з ним собівартості. На Фіг.15 показана гістограма міцності щодо роздавлювання PSD-7 продукту з розширеним гранулометричним складом, вираженої у відсотках роздрібнених часток. Міцність щодо роздавлювання продукту PSD-7 з розширеним гранулометричним складом, визначена при тиску 7500 фунт/кв.дюйм, складає 2,5%. Це є порівняним з величиною міцності 3,5% відомого продукту 12/20 середнього сорту і перевершує одержані в таких самих умовах величини міцності відомих продуктів 12/18 легкого сорту, які лежать в інтервалі 15,1-17,6%. 29 81285 30 31 81285 32