СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ ПЛАСТА Российский патент 2008 года по МПК E21B43/26 

Изобретение относится к области эксплуатации нефтяных и газовых скважин и может быть использовано для обработки призабойной зоны пласта с целью повышения производительности скважин и увеличения проницаемости горной породы.

Известны различные способы обработки призабойной зоны пласта, направленные на повышение коэффициента извлечения нефти. К ним относятся реагентные обработки продуктивных пластов, предусматривающие закачку в скважины различных технологических растворов, приготовленных на основе веществ органического и неорганического происхождения, импульсные способы обработки, сочетающие в себе механическое, тепловое и химическое воздействие, а также гидроразрыв пласта - хорошо известный способ интенсификации добычи углеводородов из скважины путем увеличения проницаемости призабойной зоны продуктивного пласта за счет образования трещин.

Способы обработки призабойной зоны пласта, предусматривающие воздействие импульсами давления, основаны на возбуждении упругой волны и/или волны гидроудара в пласте породы. Воздействие упругой волны было предложено более 40 лет назад как альтернативная методика, приводящая к большей эффективности традиционных способов. Несмотря на некоторые положительные результаты, полученные при эксплуатации (например, увеличение дебита и/или коэффициента извлечения нефти), данный способ не нашел широкого применения до сих пор. Основная трудность заключается в отсутствии надежных промысловых данных, а также в недостатке теоретического осмысления. В частности, не поддается прогнозированию и моделированию, какое влияние - положительное или отрицательное - на добычу окажут импульсы давления. Тем не менее, были разработаны некоторые виды оборудования, в том числе поверхностные вибраторы и скважинный инструмент (средства возбуждения импульса давления, электроискровые сейсмические источники, магнитострикционные и пьезокерамические излучатели), обеспечивающие широкий диапазон различных частот следования импульсов.

Наиболее близким аналогом заявленного способа является способ обработки призабойной зоны пласта, включающий спуск в скважину генератора импульсов давления и последующую импульсную обработку пласта с генерированием отрицательных импульсов давления, описанный в патенте РФ 2055171, 1996.

Техническим результатом изобретения является создание способа обработки призабойной зоны пласта скважин, обеспечивающего высокую интенсивность трещинообразования путем растрескивания насыщенной пластовым флюидом проницаемой горной породы вокруг ствола скважины. Данный способ не только повышает проницаемость породы в результате образования микротрещин пласта или регенерации ранее существовавших трещин, но, при сочетании с гидроразрывом, если трещины распространяются и достигают поверхности трещины гидроразрыва, то импульс давления образует куски породы, которые отделяются от поверхности трещины и сами становятся расклинивающим агентом.

Технический результат достигается тем, что в способе обработки призабойной зоны пласта, включающем спуск в скважину генератора импульсов давления и последующую импульсную обработку пласта, генерируют отрицательные импульсы давления с амплитудой, превышающей предел прочности пласта на растяжение.

В случае проведения гидроразрыва пласта импульсы давления подаются в процессе роста трещины гидроразрыва.

Кроме того, предварительно перед импульсным воздействием в призабойной зоне скважины создают давление, превышающее поровое давление в дальней зоне для данного пласта, или, в случае проведения гидроразрыва, в зоне трещины гидроразрыва создают давление, превышающее главное максимальное напряжение в дальней зоне для данного пласта.

Изобретение осуществляется следующим образом.

Генератор импульсов давления спускают в скважину и около нефтеносного пласта генерируют отрицательные импульсы давления с амплитудой, превышающей предел прочности пласта на растяжение. Короткий и мощный отрицательный импульс магнитудой несколько МПа в состоянии инициировать растрескивание вблизи ствола скважины и в трещине (в случае проведения гидроразрыва). Каждый последующий импульс отрицательного давления будет способствовать росту трещин в пласте. В случае проведения гидроразрыва пласта импульсы давления могут подаваться в процессе роста разрывной трещины. Для создания трещин отрыва предварительно перед импульсным воздействием в призабойной зоне скважины создают давление, превышающее поровое давление для данного пласта, или, в случае проведения гидроразрыва, в зоне трещины гидроразрыва создают давление, превышающее главное максимальное напряжение в дальней зоне для данного пласта.

В качестве примера рассмотрим осесимметричную скважину с радиусом R, пробуренную вертикально, а в проницаемом пласте горной породы осуществлен гидравлический разрыв - прямой и вертикальный, длиной L. Полость скважины и гидравлический разрыв заполнены флюидом при определенном давлении Р_w. Для скважины Р_w>p0, для разрыва Р_w>- σ₁ ^(f), где p0 - поровое давление в дальней зоне (например, 5 МПа), а σ₁ ^(f) - главное максимальное напряжение в дальней зоне (например, 8 МПа) (принято, что напряжение при растяжении - положительное). Давление Р_w было приложено в течение заданного времени для создания избыточного давления в пласте (т.е. диффундирование флюида). Упругое движение в насыщенной флюидом пористой среде описывается следующими уравнениями при векторе смещения среды u и векторе относительного смещения флюида w:

где р - общая массовая плотность насыщенной породы, p_f - массовая плотность порового флюида, G - модуль сдвига, К - объемный модуль упругости в условиях дренирования, М - модуль Био, α - коэффициент упругости пористой среды, φ - пористость, Tφ - коэффициент извилистости поровых каналов породы, μ - вязкость флюида, k - проницаемость породы, точка обозначает производную по времени. Компоненты тензора напряжений и поровое давление выражены в виде первой пространственной производной и :

где

На границе скважинного флюида и пористого коллектора удовлетворяются следующие условия:

где в левой части уравнений - нормальное напряжение, напряжение при сдвиге и поровое давление соответственно, а Р=Р_w.+P(t) - полное давление скважинного флюида. Решение задачи (1) с граничными условиями (3) для ствола скважины и гидравлического разрыва дает пространственное распределение напряжений и порового давления. С использованием нижеследующих известных критериев разрушения при растяжении и разрушения по теории Мора-Кулона возможно провести оценку разрушения породы при растяжении и разрушение трещинами скалывания:

где gTC и gMC - функции текучести трещин для трещин отрыва и трещин скалывания соответственно, анализируемые с целью прогнозирования разрушения горной породы; T₀ и σ_с - пределы прочности породы на растяжение и на одноосное сжатие соответственно.

Прикладываемые динамические импульсы P(t) имеют отрицательную амплитуду, например, P(t)=-Р импульс , где Р импульс - амплитуда, а T импульс - период импульса.

В случае, если предел прочности пласта на растяжение Т₀ составляет 1 МПа, амплитуда Р импульс достаточно мощная, например, 5 МПа, а длительность Т импульс - для проницаемости породы k, равной 10^-3 Дарси, достаточно непродолжительная, например, 0,01 с, вокруг ствола скважины и трещины от гидроразрыва появляются трещины отрыва и скалывания.

Направление распространения трещин можно прогнозировать по характеру самих трещин, т.е. трещины отрыва или скалывания. В условиях снижения давления компонента максимального растяжения - радиальная - относительно стенки ствола скважины и нормальная к направлению трещины на поверхности разрыва. Следовательно, трещины отрыва распространяются параллельно границе ствола скважины или трещины гидроразрыва. Трещины скола, если они появляются, распространяются наклонно под углом ψ_c=π/4-ϕ/2 от направления минимального главного напряжения, где ϕ - угол внутреннего трения породы.

Изобретение относится к способам обработки призабойной зоны пласта. Обеспечивает повышение производительности скважин и увеличение проницаемости горной породы. Сущность изобретения: способ включает спуск в скважину генератора импульсов давления и последующую импульсную обработку пласта с генерированием отрицательных импульсов давления. Согласно изобретению предварительно перед импульсным воздействием в призабойной зоне скважины создают давление, превышающее поровое давление или главное максимальное напряжение в дальней зоне для данного пласта. При этом отрицательные импульсы давления генерируют с амплитудой и их продолжительностью, обеспечивающими создание давления, превышающего предел прочности породы пласта на растяжение. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ обработки призабойной зоны пласта, включающий спуск в скважину генератора импульсов давления и последующую импульсную обработку пласта с генерированием отрицательных импульсов давления, отличающийся тем, что предварительно перед импульсным воздействием в призабойной зоне скважины создают давление, превышающее поровое давление или главное максимальное напряжение в дальней зоне для данного пласта, а отрицательные импульсы давления генерируют с амплитудой и их продолжительностью, обеспечивающими создание давления, превышающего предел прочности породы пласта на растяжение.2. Способ по п.2, отличающийся тем, что при проведении гидроразрыва пласта импульсы давления подают в процессе роста трещины гидроразрыва.