СПОСОБ РАЗРАБОТКИ ЗАЛЕЖИ УГЛЕВОДОРОДОВ НА ПОЗДНЕЙ СТАДИИ Российский патент 2006 года по МПК E21B43/16 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и, конкретно, к способам разработки залежи углеводородов на поздней стадии в сложных геологических условиях с тектоническими особенностями, трещиноватостью, с зональной и/или слоистой неоднородностью, характеризующейся высоким коэффициентом расчлененности.

Изобретение особенно актуально для залежей, которые в течение длительного времени эксплуатировались на режиме истощения пластовой энергии, дебит в ряде скважин снизился ниже допустимой величины, скважины обводнены и имеется достаточно большой объем бездействующих добывающих скважин.

При разработке таких залежей на поздней стадии происходит, как правило, опережающая выработка высокопроницаемых и свободно дренируемых пластов и участков залежи с образованием застойных зон в средне- и низкопроницаемых прослоях, где трещины либо отсутствуют, либо достаточно редки. Вероятность образования таких застойных зон тем выше, чем слабее гидро- или газодинамическая связь между высокопроницаемыми и низкопроницаемыми продуктивными пластами или пропластками залежи по ее площади, выше разница в проницаемости продуктивных пластов. При этом опережающая выработка высокопроницаемых, например, трещиноватых участков залежи в стационарном долговременном режиме фильтрации приводит к вовлечению в дренирование (фильтрацию) и сопутствующей пластовой воды, характеризующейся, как правило, активным режимом фильтрации. С продолжением эксплуатации обводненных скважин ситуация только усугубляется. Обводнение скважин увеличивается, рентабельность эксплуатации таких скважин резко снижается.

На залежи с такими продуктивными пластами долговременные стационарные режимы эксплуатации скважин себя не оправдывают по причине быстрого обводнения продукции скважин по привычным каналам фильтрации, например, трещинам продуктивного пласта. Продукция скважины, например нефть, находящаяся в матрице продуктивного пласта, блокируется водой, фильтрующейся по трещинам. Фазовая проницаемость по нефти снижается и скважина обводняется, не выдав свои запасы. При этом, зачастую, геологические условия, принятая схема разработки залежи и существующие энергоресурсы не обеспечивают возможность организации или реформирования фильтрации залежи по всей ее толщине с максимально возможной отдачей содержащейся в ней продукции.

Сама задача является очень важной, если учесть, что реальный коэффициент извлечения, например, нефти из пласта не превышает в настоящее время 35%, в то время как средний показатель содержания подвижной нефти в пласте может вдвое превышать упомянутый показатель.

Известен способ разработки залежи углеводородов, включающий воздействие низкочастотными упругими колебаниями на породу пласта для интенсификации флюидоотдачи в добывающих скважинах (см., например, авторское свидетельство СССР №832072).

Недостатком известного способа является локальность воздействия такими колебаниями. Радиус распространения колебаний, излучаемых в рамках известного способа вибраторами ограничен ввиду недостаточной мощности излучаемых колебаний и сильного поглощения этих колебаний в прискважинной зоне пласта. К тому же ввиду отсутствия адресности воздействия колебаниями именно на застойные низкопроницаемые пласты последние по существу интенсификации не подвергаются.

Известен способ разработки залежи углеводородов с применением направленных подземных взрывов (см., например, патент RU 2224097, 20.02.2004).

Известный способ предусматривает использование взрывов на поздней стадии разработки залежи с применением заводнения через нагнетательные скважины в низкопроницаемых продуктивных пластах с ориентацией на использование энергоресурсов собственно взрывов.

Недостатком известного способа является то, что он предусматривает использование большого фонда добывающих и нагнетательных скважин. Применяемые взрывы воздействуют на не подготовленный предварительно массив горных пород, слагающих продуктивный пласт, и потому, даже при их большом количестве и большой мощности, оказывают только локальное воздействие на массив породы.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности способа разработки залежи углеводородов со взрывной технологией за счет предварительной подготовки массива горной породы продуктивного пласта с учетом его аномального напряженного состояния, развития в нем массовой трещиноватости по типу мультифракталов, ориентируемой в заданном направлении, и возможности накачки энергией истощенного пласта с преобразованием его фильтрации.

Необходимый технический результат достигается тем, что способ разработки залежи углеводородов в трещиноватом продуктивном пласте на поздней стадии включает выделение из всего фонда пробуренных на залежи добывающих скважин низкодебитных скважин, характеризующихся сниженными показателями добычи, и бездействующих скважин, определение зоны аномального геологического напряженного состояния пород продуктивного пласта в пределах разрабатываемой залежи, воздействие на центр зоны аномального геологического напряженного состояния пород продуктивного пласта с поверхности земли и/или из добывающих скважин упругими колебаниями с частотами и длительностью, обеспечивающими спонтанное разветвленное трещинообразование по типу мультифракталов, которое фиксируют как отклик центра напряжений на упругие колебания, определяют пространственную ориентацию зоны спонтанного трещинообразования, затем упругие колебания ориентируют на периферийную зону спонтанно образованных трещин, находящуюся в стороне ближайшей бездействующей скважины, по меньшей мере одной, и продолжают эти трещины за счет упругих колебаний, которые периодически переориентируют с опережением на новый их фронт для наведения зоны трещин на упомянутую бездействующую скважину, после чего зону трещин заполняют углеводородной жидкостью, а в бездействующих скважинах осуществляют подземные взрывы, по меньшей мере два, с возможностью интерференции их волн и/или пульсаций их газовых пузырей для расширения сети трещин и обеспечения нестационарного гидродинамического режима пульсирующей обработки продуктивного пласта с переменой направлений фильтрации в прискважинной и удаленной зоне.

Кроме того:

в качестве залежи углеводородов используют нефтяную залежь;

применяют взрывы в режиме горения их заряда;

зону спонтанного трещинообразования наводят дополнительно на низкодебитную скважину, по меньшей мере одну;

аномальную зону геологического напряженного состояния пород продуктивного пласта определяют по данным аэрокосмической съемки и/или геолого-геофизическим данным;

аномальную зону геологического напряженного состояния пород продуктивного пласта определяют по данным аэрокосмической съемки и/или по данным широкополосного акустического каротажа;

при фонтанном режиме добывающих скважин осуществляют периодическое выключение низкодебитных скважин для реформирования структуры потока флюида и перепадов давления, которые обеспечивают величиной, превышающей гидростатическое давление и принимают 0,6-0,9 давления гидроразрыва;

периодическое выключение низкодебитных скважин из работы осуществляют автоматическим клапаном-отсекателем на устье этих скважин в зависимости от структуры течения флюида, его скорости, содержания и дебита жидкости и газа, разницы давления в продуктивном пласте и на забое скважин;

при множественных взрывах каждый из последующих взрывов осуществляют при гидро-газодинамических пульсациях в породах продуктивного пласта от предшествующих взрывов;

прискважинную зону скважин заполняют гомогенной углеводородной жидкостью - легкой нефтью или дизельным топливом, или керосином;

взрывы осуществляют в зоне продуктивного пласта;

взрывы осуществляют в подстилающем продуктивный пласт водоносном горизонте;

пространственную ориентацию зоны спонтанного трещинообразования фиксируют сейсмическими трехмерными измерениями.

Сущность изобретения заключается в том, что известные способы интенсификации добычи нефти взрывом при разработке залежи характеризуются, как правило высокой энергоемкостью, но не обеспечивают достаточной эффективности ввиду того, что не учитывают напряженного состояния массива пород в зоне продуктивного пласта.

Настоящее изобретение исходит из логики того, что наличие трещин в продуктивном пласте уже предполагает усталостную природу их развития, как результат релаксации напряжений. При этом наличие отдельных трещин еще не говорит о том, что напряжения в массиве породы отрелаксированы полностью. Это подтверждают исследования керна, а также геофизические исследования непосредственно в скважинах, например, широкополосный акустический каротаж в интервале залегания продуктивного пласта. Процесс релаксации напряжений в массиве породы продуктивного пласта развивается или может развиваться в течение времени, характеризуемом геологическими масштабами, т.е. очень длительное время. Настоящее изобретение предполагает ускоренное реформирование массива продуктивного пласта в матрицу с многомерно отрелаксированными напряжениями породы с сильно развитой структурой микротрещин на базе вертикальных трещин. Речь идет о включении механизма усталостного развития трещин в породе по принципу мультифракталов, характеризующихся тем, что суммарная длина усталостных трещин разрыва тем более стремится к бесконечности, чем большие уровни детализации трещин (микроуровни) принимаются во внимание. Такие трещины развиваются по принципу условного самоподобия, начиная от микроуровня и заканчивая макроуровнем. Условное самоподобие объясняется тем, что регулярный фрактал с полным самоподобием в природных условия не реален. Для горной породы с отчетливо выраженными свойствами анизотропии характерны случайные процессы, которые исключают развитие идеальных форм самоподобия. Тем не менее, мультифракталы, не являясь регулярными фракталами и потому трудно поддающиеся характеристике в простой форме, с их необыкновенным вышеупомянутым свойством бесконечной суммарной длины трещины разрыва, с успехом могут быть использованы в практике.

Оказывается, как показали натурные исследования, механизм образования мультифракталов может быть достаточно просто запущен воздействием на центр концентрации напряжений в породе упругими колебаниями с поверхности земли или из скважин. На практике наблюдался результат спонтанного трещинообразования по случайному закону, при случайном переборе воздействующих частот упругих колебаний, при своебразной игре в хаос, которая подобно спусковому механизму запускает механизм релаксации усталостных напряжений, проявляющийся в виде разветвленных трещин, по типу мультифракталов, на базе вертикальных трещин как наименее энергоемких. Генератор упругих колебаний в ряде случаев может быть размещен на поверхности земли или в скважине, причем иногда и непосредственно в центре аномального напряженного состояния пород. Частоты воздействия выбирают в диапазоне, например, 60-1500 Гц. При этом возможно применение группы генераторов упругих волн. Источники размещают на расстоянии друг от друга, равном 1/8 длины волны основной частоты, направляемой в массив породы. Сначала упругими колебаниями с частотой 60-1500 Гц приводят массив в колебательное состояние в течение времени, при котором деформации сжатия меняют на деформации растяжения с развитием (раскрытием) прежде всего усталостных релаксационных трещин. Затем переходят на воздействия с частотой собственных колебаний горных пород, т.е. на резонансный режим. С воздействием на центр напряжений необходимый результат может быть обеспечен при минимальных затратах энергии. Затем первоначально полученную зону трещин развивают, например, продлевают (развивают). Для этого процесс образования трещин постоянно контролируют, например, геофизическими исследованиями. Пространственную ориентацию зоны трещинообразования определяют с помощью, например, сейсмических трехмерных измерений. Развивают первоначальную зону трещин тем, что упругие колебания направляют на периферийную зону образованных трещин, причем на ту сторону, которая находится в стороне ближайшей бездействующей скважины. При этом упругие колебания периодически переориентируют (направляют) то на новый фронт трещин, то на смежный с ним еще не трещиноватый массив. Таким образом массив породы, по которому пройдет первоначальная зона трещин, предварительно подготавливают (как бы простукивают) для наведения зоны первоначальных спонтанно образованных трещин на упомянутую бездействующую скважину. После этого всю зону образованных таким образом трещин, где находится ствол бездействующей скважины, продолжают обрабатывать упругими колебаниями с приоритетной обработкой центральной зоны аномального напряженного состояния пород. Осуществляют как бы накачку зоны дополнительной энергией для дальнейшей релаксации (разгрузки) всех напряжений в продуктивном пласте и дополнительного трещинообразования. В результате происходит массовая переупаковка структуры продуктивного пласта с откликом его на длительную обработку ответными колебаниями (сейсмической эмиссией) упругих волн, являющимися следствием массовой переупаковки, с диапазоном частот этих волн, в значительной мере превышающим диапазон воздействующих волн. Это явление фиксируют сейсмоприемниками. После этого приступают к следующему этапу. Например, полученную зону трещин развивают до другой бездействующей скважины или малодебитной скважины. В конечном итоге зону трещина заполняют углеводородной жидкостью. В предпочтительном варианте зону трещин заполняют гомогенной углеводородной жидкостью для исключения образования в ней парафиносмолистых осадков. Затем в бездействующих скважинах осуществляют взрывы, по меньшей мере два. Взрывы осуществляют из условия увеличения времени воздействия импульсов взрыва на зону трещин. Для этого взрыв осуществляют, например, в режиме горения применяемого взрывчатого вещества (ВВ) или используют ВВ с пониженной скоростью детонации, например, типа игданита. В любом случае предпочтительным является использование ВВ с повышенным газовыделением. Это объясняется тем, что газообразные продукты взрыва должны образовывать газовый пузырь в зоне трещиноватости с давлением в нем от нескольких десятков до сотен атмосфер. В этом случае происходит явление, при котором сжатые продукты начинают расширяться и расширяются до тех пор, пока давление внутри газового пузыря не будет равно гидростатическому давлению на глубине взрыва. Жидкость, окружающая газовый пузырь, накопив в процессе расширения запас кинетической энергии, продолжает двигаться в прежнем направлении и растягивает газовый пузырь. Давление в последнем становится ниже гидростатического. Газовый пузырь начинает сжиматься. В силу инерционности окружающей жидкости сжатие газового пузыря происходит до тех пор, пока давление его не станет на некоторую величину выше гидростатического. При пульсациях газового пузыря возникает мощный гидропоток в нестационарном режиме. Особенно важно то, что возникающий при пульсациях газового пузыря гидропоток несет импульс энергии, сопоставимый с импульсом, переносимым первичной ударной волной, несмотря на низкие значения действующих давлений. Сочетание циклического воздействия на зону сильно разветвленной трещиноватости по типу мультифракталов гидропотоком с переменой направлений фильтрационных потоков обеспечивает вначале гидрофобизацию, а затем дренирование продуктивного пласта его продукции (нефти) всей матрицей продуктивного пласта с запиранием каналов фильтрации воды. При этом в самой бездействующей скважине в результате действия взрыва, например, непосредственно в зоне продуктивного пласта, сложенного устойчивыми породами, например известняком, образуются каверны со значительно увеличенной поверхностью фильтрации, обеспечивающей возможность кратного увеличения притока продукции к скважине. Стабильность каверн (их устойчивость) увеличивают за счет предварительного насыщения зоны взрыва углеводородной жидкостью. В зависимости от размеров зоны трещиноватости взрывы могут быть осуществлены в одной скважине или нескольких скважинах одновременно или поочередно. В одной скважине может быть осуществлен один взрыв или несколько рассредоточенных по глубине скважины взрывов. При этом взрывы могут быть осуществлены таким образом, чтобы обеспечить дальнейшее развитие трещиноватости в уже существующей зоне трещиноватости. При этом предварительная обработка зоны продуктивного пласта упругими волнами может быть уменьшена или перераспределена за счет применения той или иной взрывной технологии, а именно:

обеспечения взрывов в одной или разных скважинах таким образом, чтобы была обеспечена суперпозиция прямых взрывных волн;

обеспечения взрывов в одной или разных скважинах таким образом, чтобы была обеспечена суперпозиция прямых и отраженных взрывных волн.

Способ, на конкретном примере, осуществляют следующим образом.

Осуществляют, например, разработку залежи нефти в продуктивном пласте, представленном трещиноватыми известняками и залегающем на глубине 3000 м. На залежи пробурено 50 добывающих скважин. Из них 10 добывающих скважин - бездействующие. Выделяют эти 10 скважин из всего фонда скважин. Определяют зону аномального геологического напряженного состояния пород продуктивного пласта в пределах разрабатываемой залежи нефти. Это осуществляют по данным аэрокосмической съемки, сейсморазведочным и геолого-геофизическим данным в районе залежи нефти. Выделяют, например, активные разломы, связанные с современным центром аномального напряженного состояния пород, который расположен, например, в узле пересечения этих разломов в контуре или вблизи контура залежи нефти. Воздействие осуществляют с поверхности земли направленными упругими колебаниями с частотами 60-1500 Гц. Генераторы колебаний (в количестве 6 шт.) ориентируют на центр аномального напряженного состояния. Длины волн на частотах 60 Гц составляют 25 м, а на частотах 1500 Гц - 1 м. Генераторы колебаний размещают друг от друга на 1/8 длины волны основной частоты. Воздействие осуществляют с хаотичным перебором частот и в течение времени до спонтанного трещинообразования по типу мультифракталов. Ход операций, игру в хаос и их результат постоянно сверяют с результатами на геолого-математической модели и данными, полученными в реальных условиях, например, по акустическим исследованиям. На этой же модели отрабатывают выбор основной частоты упругих колебаний и механизм запуска спонтанного трещинообразования по типу мультифракталов.

Явление спонтанного трещинообразования (отклика породы трещинообразованием на упругие колебания) регистрируют по акустической эмиссии пород сейсмоприемниками или по данным акустических широкополосных исследований массива пород. Осуществляют накачку зоны трещиноватости энергией упругих колебаний в течение 2-3 сут.

Определяют пространственную ориентацию зоны спонтанного трещинообразования акустическими трехмерными исследованиями. Затем упругие колебания ориентируют на периферийную зону спонтанно образованных трещин, находящуюся в стороне ближайшей бездействующей скважины. Продолжают эти трещины (ведут их) упругими колебаниями до бездействующей скважины. Осуществляют накачку зоны с бездействующей скважиной в течение 1 сут. Таким же образом к созданной зоне трещиноватости подключают другие бездействующие скважины. Каждый раз суммарную зону обрабатывают в течение времени не менее 1 сут. упругими колебаниями.

Полученную общую зону трещиноватости в виде мультифракталов, т.е. как единую гидродинамическую зону заполняют дизельным топливом под давлением выше 30 МПа.

В бездействующие скважины спускают заряды взрывчатого вещества с повышенным газовыделением. Воздействуют на зону трещиноватости по меньшей мере двумя взрывами с возможностью интерференции пульсаций их газовых пузырей. Первый взрыв задают с пульсацией газового пузыря в течение 20 мин. Через 15 мин осуществляют второй взрыв. Наложением пульсаций продлевают действие взрыва с накачкой зоны трещиноватости новой энергией. Этим обеспечивают расширение сети трещин и обеспечение нестационарного гидродинамического режима пульсирующей обработки продуктивного пласта за счет многократной перемены направлений фильтрации. Ввиду особого характера трещин в виде единой фильтрующей системы, мощности и характера воздействия обработке подвергается прискважинная и удаленная зона.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и, конкретно, к способам разработки залежи углеводородов на поздней стадии в сложных геологических условиях с тектоническими особенностями, трещиноватостью, с зональной и/или слоистой неоднородностью, характеризующейся высоким коэффициентом расчленённости. Изобретение особенно актуально для залежей, которые в течение длительного времени эксплуатировались на режиме истощения пластовой энергии, дебит в ряде скважин снизился ниже допустимой величины, скважины обводнены и имеется достаточно большой объём бездействующих скважин. Обеспечивает повышение эффективности способа разработки залежи углеводородов со взрывной технологией за счёт предварительной подготовки массива горной породы продуктивного пласта с учётом его аномального напряжённого состояния, развития в нём массовой трещиноватости по типу мультифракталов, ориентируемой в заданном направлении, и возможности накачки энергией истощённого пласта с преобразованием его фильтрации. Сущность изобретения состоит в том, что способ включает выделение из всего фонда пробуренных на залежи добывающих низкодебитных скважин, характеризующихся сниженными показателями добычи, и бездействующих скважин. Определяют зоны аномального геологического напряженного состояния пород продуктивного пласта в пределах разрабатываемой залежи. Воздействуют на центр зоны аномального геологического напряжённого состояния пород продуктивного пласта с поверхности земли и/или из добывающих скважин упругими колебаниями с частотами и длительностью, обеспечивающими спонтанное разветвлённое трещинообразование по типу мультифракталов. Фиксируют зону трещин как отклик центра напряжений на упругие колебания. Определяют пространственную ориентацию зоны спонтанного трещинообразования. Затем упругие колебания ориентируют на периферийную зону спонтанно образованных трещин, находящуюся в стороне ближайшей бездействующей скважины, по меньшей мере одной, и продолжают эти трещины за счёт упругих колебаний. Эти колебания периодически переориентируют с опережением на новый их фронт для наведения зоны трещин на упомянутую бездействующую скважину. После этого зону трещин заполняют углеводородной жидкостью. В бездействующих скважинах осуществляют взрывы, по меньшей мере два, с возможностью интерференции их волн и/или пульсаций их газовых пузырей. Этим обеспечивают расширение сети трещин и обеспечение нестационарного гидродинамического режима пульсирующей обработки продуктивного пласта с переменой направлений фильтрации в прискважинной и удалённой зоне. 12 з. п. ф-лы.

1. Способ разработки залежи углеводородов в трещиноватом продуктивном пласте на поздней стадии, включающий выделение из всего фонда пробуренных на залежи добывающих низкодебитных скважин, характеризующихся сниженными показателями добычи, и бездействующих скважин, определение зоны аномального геологического напряженного состояния пород продуктивного пласта в пределах разрабатываемой залежи, воздействие на центр зоны аномального геологического напряженного состояния пород продуктивного пласта с поверхности земли и/или из добывающих скважин упругими колебаниями с частотами и длительностью, обеспечивающими спонтанное разветвленное трещинообразование по типу мультифракталов, которое фиксируют как отклик центра напряжений на упругие колебания, определяют пространственную ориентацию зоны спонтанного трещинообразования, затем упругие колебания ориентируют на периферийную зону спонтанно образованных трещин, находящуюся в стороне ближайшей бездействующей скважины, по меньшей мере одной, и продолжают расширение зоны трещин за счет упругих колебаний, которые периодически переориентируют с опережением на новый их фронт для наведения зоны трещин на упомянутую бездействующую скважину, после чего зону трещин заполняют углеводородной жидкостью, а в бездействующих скважинах осуществляют подземные взрывы, по меньшей мере два, с возможностью интерференции их волн и/или пульсаций их газовых пузырей для расширения сети трещин и обеспечения нестационарного гидродинамического режима пульсирующей обработки продуктивного пласта с переменой направлений фильтрации в прискважинной и удаленной зоне.2. Способ разработки залежи углеводородов по п.1, отличающийся тем, что в качестве залежи углеводородов используют нефтяную залежь.3. Способ разработки залежи углеводородов по п.1, отличающийся тем, что применяют взрывы в режиме горения их заряда.4. Способ разработки залежи углеводородов по п.1, отличающийся тем, что зону спонтанного трещинообразования наводят дополнительно на низко дебитную скважину, по меньшей мере одну.5. Способ разработки залежи углеводородов по п.1, отличающийся тем, что аномальную зону геологического напряженного состояния пород продуктивного пласта определяют по данным аэрокосмической съемки и/или геолого-геофизическим данным.6. Способ разработки залежи углеводородов по п.5, отличающийся тем, что аномальную зону геологического напряженного состояния пород продуктивного пласта определяют по данным аэрокосмической съемки и/или по данным широкополосного акустического каротажа.7. Способ разработки залежи углеводородов по п.1, отличающийся тем, что при фонтанном режиме добывающих скважин осуществляют периодическое выключение низкодебитных скважин для реформирования структуры потока флюида и перепадов давления, которые обеспечивают величиной, превышающей гидростатическое давление, и принимают 0,6-0,9 давления гидроразрыва.8. Способ разработки залежи углеводородов по п.7, отличающийся тем, что периодическое выключение низкодебитных скважин из работы осуществляют автоматическим клапаном-отсекателем на устье этих скважин в зависимости от структуры течения флюида, его скорости, содержания и дебита жидкости и газа, разницы давления в продуктивном пласте и на забое скважин.9. Способ разработки залежи углеводородов по п.1 или 2, отличающийся тем, что при множественных взрывах каждый из последующих взрывов осуществляют при гидро-газодинамических пульсациях в породах продуктивного пласта от предшествующих взрывов.10. Способ разработки залежи углеводородов по п.1, отличающийся тем, что прискважинную зону скважин заполняют гомогенной углеводородной жидкостью - легкой нефтью, или дизельным топливом, или керосином.11. Способ разработки залежи углеводородов по п.1 или 2, отличающийся тем, что взрывы осуществляют в зоне продуктивного пласта.12. Способ разработки залежи углеводородов по п.1 или 2, отличающийся тем, что взрывы осуществляют в подстилающем продуктивный пласт водоносном горизонте.13. Способ разработки залежи углеводородов по п.1, отличающийся тем, что пространственную ориентацию зоны спонтанного трещинообразования фиксируют сейсмическими трехмерными измерениями.