СПОСОБ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАЗРЫВА ПЛАСТА Российский патент 2007 года по МПК E21B43/26 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к способам гидравлического разрыва пласта, и направлено на повышение продуктивности скважин.

Известны способы гидравлического разрыва пласта (ГРП), заключающиеся в первичном вскрытии пласта скважиной, вторичном вскрытии его перфорацией, нагнетании технологической жидкости при давлении, превышающем прочность пород призабойной зоны скважины и образовании трещины, ее заполнении высокопроницаемым и механически прочным материалом-наполнителем, который уплотняется при снижении давления и сжатии трещины (Справочное руководство по проектированию разработки и эксплуатации нефтяных месторождений. Под ред. Ш.К.Гиматутдинова. М., Недра, 1983, с.333-343).

При существующих технологиях проведения ГРП в скважинах с глубинами свыше 1500 м образуется вертикальная трещина, распространяющаяся в противоположных направлениях от ствола в глубь пласта и по вертикали, ее заполнение осуществляется текучей смесью технологической жидкости и наполнителя (песок, проппант). Давление начала разрыва пласта значительно превышает предельно допустимое давление в колонне скважины, поэтому продуктивный интервал изолируется пакером, разобщающим кольцевое пространство с низким давлением и сообщающиеся НКТ и забой с высоким давлением. Создаваемая трещина проходит через продуктивные прослои и служит основным дренирующим пласт каналом.

Недостатком существующих технологий проведения ГРП в пластах с изотропным в плоскости полем напряжений является возможность образования в заданном интервале пласта не более одной трещины, невозможность управления направлением развития трещины, сложность достижения равномерного ее заполнения, неизбежность ее сужения при снижении давления и сжатии. Для транспортировки и заполнения трещины используются специальные технологические жидкости - слабо фильтрующиеся гели, образующие корку на поверхности трещины, которая существенно снижает проницаемость пристеночного слоя и эффективность операции в целом.

В многопластовых месторождениях и многослойных пластах для регулирования отбора и закачки по отдельным пропласткам используются селективные ГРП, состоящие в создании трещин в выделенных интервалах пласта или отдельных его пропластках (Ивин М.О., Малышев Г.А. Анализ результатов ГРП на месторождениях ОАО «Сургутнефтегаз» и основные направления совершенствования технологии его выполнения. «Интервал», №11 (34), 2001, С.6-13). Недостаток селективных ГРП состоит в возможности образования только тонких трещин из-за ограничения их распространения в высоту и, как следствие, малой проводимости создаваемых трещин. Сложность регулирования процесса развития трещины по вертикали часто приводит к разгерметизации пропластка и вовлечения в процесс дренирования соседних водонасыщенных прослоев.

Для инициации начала образования трещин в выделенном интервале и предупреждения возможности трещинообразования вне выделенной зоны используют установку пакеров в колонне (в верхней и нижней границе обрабатываемой зоны), дополнительную перфорацию, присыпку нижнего интервала песком и т.д. Это значительно осложняет операции при проведении многоэтапных ГРП и повышает вероятность осложнений.

Наиболее близким аналогом заявляемого способа является метод гидравлического разрыва пласта, вскрытого стволом скважины, который не требует применения механизмов изоляции пласта. Способ включает размещение гидрореактивного инструмента, имеющего, по меньшей мере, одно создающее струю сопло, в стволе скважины рядом с пластом, в котором необходимо создать трещины, затем введения жидкости разрыва через это сопло против пласта под давлением, достаточным для создания в нем полости и разрыва пласта за счет давления торможения струи в этой полости (Патент США №5765642, кл. Е21В 43/114, 43/26, 43/27, 1996 г.).

В данном изобретении вводимая струя жидкости может содержать расклинивающий агент, который оседает в трещине, когда давление создания струи жидкости медленно понижается и трещина смыкается. Кроме того, жидкость разрыва может содержать одну или несколько кислот для растворения пластовых материалов и увеличения созданной трещины. Этим методом возможно образования только вертикальной двукрылой трещины, т.к. при одновременной инициации серии трещин в разных направлениях развитие получает только та, где сопротивление минимально, а из-за быстрого снижения давления разрыва остальные трещины смыкаются на начальной стадии процесса. Для образования и закрепления протяженных трещин при этом используют слабо фильтрующиеся технологические жидкости, для увеличения ширины трещины - кислотные составы.

Недостатками данного способа, взятого в качестве прототипа, являются возможность образования только одной трещины, ориентированной в направлении максимального напряжения в пласте с анизотропией поля напряжения и случайно в пластах с изотропными полями напряжений, высокие утечки в пласт технологической жидкости, формирование на стенках трещины корки, впоследствии оказывающей негативное влияние на проницаемость пристеночного слоя.

Моделирование процесса дренирования участка залежи скважиной с ГРП показывает, что продуктивность скважины возрастает при образовании из ствола скважины серии трещин, ориентированных в разных направлениях. Поэтому задачей заявляемого изобретения является повышение эффективности способа путем последовательного создания в заданном интервале пласта множества взаимно пересекающихся в стволе скважины трещин с заданной азимутальной ориентацией каждой из них при пониженных утечках технологической жидкости в пласт и минимизации процессов коркообразования на поверхности создаваемых трещин.

Поставленная задача предлагаемого технического решения достигается тем, что в способе гидравлического разрыва пласта, включающем вскрытие пласта вертикальной или наклонной скважиной, размещение в ней в заданном интервале пласта гидромониторного инструмента с серией струйных насадок, закачку рабочей жидкости через струйные насадки гидромониторного инструмента для образования каверн в пласте, последующий разрыв пласта за счет давления торможения струи в каверне, согласно изобретению в пласте последовательно выполняется серия операций, в ходе каждой из которых образуется ориентированная в заданном направлении трещина. При этом с целью предупреждения коркообразования на стенках создаваемых трещин используются родственные к пластовому флюиду жидкости (дизельное топливо, стабильный газоконденсат и т.д.), а для снижения утечек в пласт разрыв осуществляется при повышенном забойном давлении, которое во избежание раскрытия ранее созданных трещин не должно превышать величины бокового горного давления.

Сущность изобретения заключается в том, что в заданном интервале пласта последовательно образуют заданное количество соосных стволу скважины вертикальных трещин с заданной азимутальной ориентацией каждой из них. При этом образование каждой вертикальной трещины производят гидромониторным инструментом с серией струйных насадок, расположенных вдоль инструмента в две линии с фазировкой 180° и расстоянием между насадками в линии не более 2 диаметров обсадной колонны, что обеспечивает формирование трещины в плоскости расположения каверн. Образование трещины из каверны происходит за счет давления торможения струи, которое должно превышать величину давления начала разрыва пласта. Для уменьшения утечек технологической жидкости в пласт при проведении разрыва и увеличения длины создаваемой трещины на забое скважины поддерживается высокое давление, что обеспечивает поддержание вокруг скважины воронки высокого давления, однако давление на забое во избежание раскрытия ранее созданных трещин должно быть ниже бокового горного давления. В качестве технологических жидкостей при этом могут быть использованы композиции, сродные по составу пластовым флюидам и не образующие на поверхности создаваемых трещин плотных низкопроницаемых корок, например для нефтяных скважин это могут быть загущенные дизельное топливо, стабилизированная нефть, газоконденсат и др.

Осуществляют заявляемый способ следующим образом.

В вертикальную скважину с вскрытым перфорацией продуктивным пластом спускают и устанавливают в нижней части обрабатываемого интервала гидромониторный инструмент с четным количеством струйных насадок, расположенных вдоль инструмента в две линии с фазировкой 180° и расстоянием между насадками в линии не более 2 диаметров обсадной колонны скважины; количество насадок и их диаметр определяют на основании расчетов гидравлических потерь жидкости при движении в колонне труб при оптимальных расходах проведения операции. Затем в гидромониторный инструмент подают смесь воды с песком, и производится гидромониторная резка обсадной колонны скважины и образование каверн. Далее давление в затрубном пространстве повышают до 90% от величины бокового горного давления и в каверны подают рабочую жидкость при давлении торможения струи в кавернах выше давления начала разрыва пласта. В этих условиях образуется трещина, объединяющая все созданные при гидроперфорации каверны и ориентированная в плоскости их расположения. С момента обнаружения факта разрыва пласта в гидромониторный инструмент подается технологическая жидкость с проппантом. Высокая скорость поступающей в каверну струи и низкие утечки жидкости в пласт из-за высокого давления на забое обеспечивают предупреждение осаждения твердой фазы в близи ствола скважины, поэтому в качестве рабочей жидкости используют композицию, близкую по свойствам к пластовому флюиду, например загущенную нефть, дизельное топливо, стабилизированный газоконденсат и др. В результате при продвижении по трещине рабочей жидкости происходит ее поступление в пласт и рост концентрации твердой фазы в трещине, в результате чего происходит полное заполнение трещины твердой фазой. Объем рабочей жидкости определяют исходя из планируемых размеров создаваемой трещины. В результате создается трещина, максимально заполненная твердым наполнителем. После прекращения подачи рабочей жидкости в насадки давление в трещине снижают до величины давления в затрубном пространстве, и трещина смыкается. Затем производят поворот гидромониторного инструмента на заданный азимутальный угол и операцию повторяют, при этом создается и закрепляется трещина во вновь установленном направлении. Раскрытие ранее созданных трещин не происходит из-за того, что давление в них равно давлению на забое скважины и не превышает 80% от величины минимального давления смыкания трещин в заданном интервале пласта.

Таким образом, происходит последовательное образование в заданном интервале пласта заданного количества соосных стволу скважины вертикальных трещин с заданной азимутальной ориентацией каждой из них.

Пример реализации способа.

Способ был реализован на скважине №3496 Западно-Сургутского месторождения. Результаты проведения работ по созданию двух взаимно пересекающихся трещин по этапам приведены на картограммах (см. фиг.1 и 2), где на фиг.1 представлена картограмма по этапу 1, на фиг.2 - по этапу 2. Описание работ приведено в таблице 1.

На первом этапе проведена гидропескоструйная перфорация (ГПП) с использованием в качестве рабочей жидкости воды с концентрацией песка 100 кг/м³, при расходе 1,6 м³/мин и давлении в затрубном пространстве 50 атм. Отмечено интенсивное поглощение воды: на 12-ой минуте с начала работы поглощено 40 м³ воды. Прорезка обсадной колонны произошла на 22-ой минуте с начала работ: отмечено резкое снижение давления, характерное для поглощения воды, начиная с 25-ой минуты приступили к закачке геля, на 26-ой минуте - к установке затрубного давления на проектном уровне (в процессе регулировки давление в затрубном пространстве повышалось до 130 атм).

На 31-ой минуте гель поступил на забой скважины, на 32-ой минуте увеличены расход геля до 2.4 м³/мин и давление нагнетания до 360 атм, при этом давление в затрубном пространстве возросло в 2 раза; признаков ГРП не выявлено. Далее давление в затрубном пространстве увеличили до предельного 150 атм, давление в линии возросло до 425 атм, при котором на 37-ой минуте произошел разрыв пласта. Отмечено снижение давления в затрубном пространстве, на 40-ой минуте затрубное пространство перекрыли, давление в нем стабилизировалось на уровне 100 атм (80% величины бокового горного давления). Подача проппанта в трещину начата с 41-ой минуты и выполнялась в соответствии с утвержденным графиком. Для поддержания давления в затрубном пространстве на 41-ой минуте включен агрегат ЦА-320 на первой скорости, затем на 47-ой минуте процесса агрегат переведен на вторую скорость и на 50-ой минуте - на третью скорость подачи геля. К 52-ой минуте было откачано 14 т проппанта совместно с 29 м³ геля, средняя концентрация проппанта составила 480 кг/м³, максимальная концентрация в конце закачки проппанта составила 800 кг/м³.

Продавка проппанта осуществлялась гелем при подаче жидкости (геля) в затрубное пространство. На 57-ой минуте подача жидкости в затрубное пространство прекращена, на 58-ой минуте остановлена закачка в скважину. Процесс продавки прошел без осложнений при расходе 2.4 м³/мин.

Процесс ГПП+ГРП на первом этапе проведен успешно, в пласт без осложнений закачено 14 т проппанта при средней концентрации 480 кг/м³ и максимальной концентрации 800 кг/м³. В процессе выполненной операции установлено, что проведение ГПП при повышенном затрубном давлении нецелесообразно из-за высоких потерь воды, интенсивное поглощение воды при ГПП приводит к повышению пластового давления в интервале проведенного ГРП, в результате чего давление разрыва пласта увеличивается; разрыв пласта отмечен при давлении 425 атм, развитие трещины происходило при 350-380 атм и затрубном давлении 100 атм.

Перед вторым этапом был выполнен подъем колонны НКТ, ее поворот на 90° и установка в заданном интервале. На втором этапе ГПП проводилась при свободной циркуляции воды с песком (см. фиг.2). Вскрытие колонны ГПП отмечено на 11-ой минуте процесса, что отчетливо видно на характеристике процесса (см. фиг.2). Из характеристики видно, что поглощение воды начато с момента вскрытия обсадной колонны, отсюда следует, что ранее созданная трещина была заблокирована гелем и потери рабочей жидкости через нее были незначительны. На 20-ой минуте произведен переход на подачу геля с расходом 2.4 м³/мин, на 24-ой минуте произведено перекрытие затрубного пространства, что привело к росту затрубного давления до 75 атм (см. картограмму на фиг.2). На 28-ой минуте процесса отмечено резкое снижение давления в затрубном пространстве, произошел разрыв пласта. На 29-ой минуте с начала процесса отмечено снижение давления в затрубном пространстве и давления нагнетания, что является следствием разрыва пласта. Переход агрегата ЦА-320 на третью скорость нагнетания не привел к росту давления в затрубном пространстве, что свидетельствует об интенсивном развитии трещины и эжектировании в нее из затрубного пространства нагнетаемой жидкости, т.е. гидроперфорационные отверстия работают как струйные насосы, создавая зону разрежения в затрубном пространстве.

Начиная с 31-ой минуты производилась подача проппанта (см. таблицу). Всего в пласт закачено 17.8 т проппанта.

Анализ картограмм показывает, что процесс повторного ГРП был начат из новых перфорационных отверстий и каверн, созданных при ГПП, он был независим от ранее созданной трещины, т.е. плоскости трещин не совпадали. В результате в одном интервале пласта были созданы две независимые плоскости трещин.

Применение предложенного способа гидравлического разрыва пласта позволит дренировать участок пласта через систему из двух взаимно пересекающихся под углом 90 град трещин, в результате чего увеличивается продуктивность скважины и равномерность выработки запасов (увеличивается коэффициент охвата).

Способ гидравлического разрыва пласта

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к способам гидравлического разрыва пласта. Обеспечивает повышение продуктивности скважин за счет создания в заданном интервале пласта множества взаимно пересекающихся в стволе скважины трещин с заданной азимутальной ориентацией каждой из них и минимизации процессов коркообразования на поверхности создаваемых трещин. Сущность изобретения: способ включает вскрытие пласта вертикальной или наклонной скважиной, размещение в ней в заданном интервале пласта гидромониторного инструмента с серией струйных насадок, закачку рабочей жидкости через струйные насадки гидромониторного инструмента для образования каверн в пласте, последующий разрыв пласта из каверн за счет давления торможения в них струи. Согласно изобретению используют гидромониторный инструмент с серией струйных насадок, расположенных вдоль инструмента в две линии с фазировкой 180° и расстоянием между насадками в линии не более двух диаметров обсадной колонны. Гидромониторный инструмент поворачивают на заданный угол для изменения направления развития каждой последующей трещины. При этом трещины образуют при давлении в обсадной колонне ниже бокового горного давления, а в качестве рабочей жидкости используют жидкость, родственную пластовой жидкости. 1 табл., 2 ил.

Способ гидравлического разрыва пласта, включающий вскрытие пласта вертикальной или наклонной скважиной, размещение в ней в заданном интервале пласта гидромониторного инструмента с серией струйных насадок, закачку рабочей жидкости через струйные насадки гидромониторного инструмента для образования каверн в пласте, последующий разрыв пласта из каверн за счет давления торможения в них струи, отличающийся тем, что используют гидромониторный инструмент с серией струйных насадок, расположенных вдоль инструмента в две линии с фазировкой 180° и расстоянием между насадками в линии не более двух диаметров обсадной колонны, гидромониторный инструмент поворачивают на заданный угол для изменения направления развития каждой последующей трещины, при этом трещины образуют при давлении в обсадной колонне ниже бокового горного давления, а в качестве рабочей жидкости используют жидкость, родственную пластовой жидкости.