СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗМЕРОВ ТРЕЩИНЫ ГИДРОРАЗРЫВА ПЛАСТА Российский патент 2008 года по МПК E21B43/26 

Изобретение относится к способам контроля параметров гидроразрыва пласта и, в частности, предназначено для определения размеров трещин, образующихся в результате гидроразрыва горных пород, и может найти применение на нефтяных и газовых месторождениях.

Гидроразрыв пласта - это хорошо известный способ интенсификации добычи углеводородов из скважины путем увеличения проницаемости призабойной зоны продуктивного пласта за счет образования трещин. В ходе операции по гидроразрыву пласта высоковязкая жидкость (называемая также жидкостью гидроразрыва), несущая расклинивающий наполнитель (пропант), закачивается в пласт с целью создания трещины в продуктивном интервале и заполнения трещины пропантом. Для эффективного использования трещина должна располагаться внутри продуктивного интервала и не выходить в прилегающие слои, а также иметь достаточные длину и ширину. Таким образом, определение размеров трещины является важным этапом обеспечения оптимизации процесса гидроразрыва.

В настоящее время геометрию образовавшихся трещин определяют, применяя различные технологии и методики. Наиболее широко известны способы (так называемая визуализация гидроразрыва), обеспечивающие оценку пространственной ориентации трещины и ее длины во время операций по гидроразрыву и опирающиеся главным образом на локализацию сейсмических явлений с использованием пассивной акустической эмиссии. Такая локализация обеспечивается "облаком" акустических явлений, указывающим на объем, в пределах которого можно позиционировать трещину. Эти акустические эмиссии представляют собой микросейсмы, обусловленные либо высокой концентрацией напряжений перед разрывом, либо снижением действующего напряжения вокруг трещины с последующим затеканием жидкости разрыва в породу. В лучших случаях эти явления анализируются в целях получения информации о механизме источника (энергия, поле смещений, падение напряжений, размеры источника и т.п.). По результатам анализа подобных явлений невозможно получить прямую количественную информацию относительно основной трещины. Другие способы основаны на измерении наклономерами незначительной деформации почвы либо с поверхности, либо из ствола скважины. Все эти способы достаточно дорогостоящи из-за необходимости надлежащего размещения датчиков в заданном месте с учетом соответствующей механической сцепки между пластом и измерительными приборами. Другие способы дают приблизительную оценку высоты трещины в скважине, основываясь либо на колебаниях температуры, либо на данных, полученных с помощью изотопных индикаторов (меченых атомов). Обзор вышеуказаннных способов визуализации представлен, например, в публикации Barree R.D., Fisher M.K. и Woodroof R.A. (2002) A practical Guide to Hydraulic Fracture Diagnostic Technologies, материал SPE paper 77442, представленный на Ежегодной технической конференции и выставке в Сан-Антонио, штат Техас, 29 сентября-2 октября 2002 г.

Наиболее близким аналогом заявленного способа является способ определения размеров трещины гидроразрыва пласта, описанный в авторском свидетельстве СССР №1298376, 1987 и предусматривающий нагнетание в ствол скважины жидкости гидроразрыва под давлением, позволяющим упомянутой жидкости создавать трещины вблизи скважины и проникать в них и далее через поверхности трещин в зону фильтрации в пласте вокруг трещины, и последующее измерение параметров потока жидкости. Недостатком данного способа является необходимость использования дополнительного оборудования и сложность расчета.

Целью заявленного изобретения является создание способа определения размеров трещины, образовавшейся в результате операций по гидроразрыву пласта, основанного на анализе и моделировании выкачивания жидкости гидроразрыва после гидроразрыва пласта.

Указанная цель достигается тем, что создают численную модель вытеснения жидкости гидроразрыва из трещины и из зоны фильтрата вокруг трещины пластовым флюидом для заданных параметров пласта, данных гидроразрыва и предполагаемых размеров трещины с целью расчета изменения содержания жидкости гидроразрыва в общей добыче во время пуска скважины в эксплуатацию после гидроразрыва, также во время пуска скважины в течение всего периода выкачивания жидкости гидроразрыва производят периодический отбор образцов добываемого флюида из устья скважины, осуществляют измерение содержания жидкости гидроразрыва в отобранных образцах, а затем сравнивают результаты измерений с численным моделированием и определяют длину трещины на основе обеспечения наилучшего совпадения результатов измерений и модельных расчетов.

В качестве жидкости гидроразрыва может быть использована полимерная жидкость, в этом случае при создании численной модели рассчитывают также изменение концентрации полимера в извлекаемой жидкости гидроразрыва в зависимости от времени, в отобранных образцах дополнительно измеряют концентрацию полимера и путем сравнения результатов измерений с модельными расчетами определяют ширину трещины.

Жидкость гидроразрыва может также содержать индикатор, позволяющий отличать ее от пластовой воды в случае присутствия значительного количества пластовой воды в общей добыче после гидроразрыва.

Согласно настоящему изобретению оценка размеров трещины, а именно ее длины и ширины, основана на результатах измерения параметров извлечения жидкости гидроразрыва, анализируемых на основе моделирования очистки трещины от жидкости гидроразрыва. Очистка трещины представляет собой процесс вытеснения (удаления) жидкости гидроразрыва из трещины и из зоны фильтрата вокруг трещины пластовым флюидом. Анализ выкачиваемой жидкости гидроразрыва представляет собой измерение изменения со временем содержания жидкости гидроразрыва в общей добыче после гидроразрыва и, при использовании полимерной жидкости разрыва, концентрации полимера в извлеченной жидкости гидроразрыва.

В ходе операции по гидроразрыву пласта фильтрат жидкости гидроразрыва (или водная основа жидкости гидроразрыва в случае использования полимерной жидкости гидроразрыва) проникает в пласт. В то же время полимерная компонента жидкости гидроразрыва (в случае использования полимерной жидкости гидроразрыва) задерживается на поверхности пласта и остается внутри трещины. При освоении скважины после гидроразрыва жидкость гидроразрыва вытесняется из трещины и зоны фильтрата вокруг трещины пластовым флюидом. Таким образом, при вводе скважины в эксплуатацию после гидроразрыва вначале будет добываться жидкость гидроразрыва, закачанная в пласт в процессе гидроразрыва.

Характер изменения содержания жидкости гидроразрыва в общей добыче со временем напрямую определяется процессом очистки трещины и зоны фильтрата вокруг нее. Изменение соотношения извлекаемой жидкости гидроразрыва и пластового флюида в общей добыче зависит от скорости вытеснения фильтрата жидкости гидроразрыва из зоны фильтрата, и, следовательно, от скорости попадания пластового флюида через зону фильтрата в трещину и выхода на поверхность. Продолжительность вытеснения фильтрата жидкости гидроразрыва из зоны фильтрата зависит от глубины зоны фильтрата, которая в свою очередь зависит от длины трещины при заданном закачанном объеме жидкости гидроразрыва. Таким образом, изменение содержания жидкости гидроразрыва в общей добыче при заданном дебите скважины зависит от длины трещины. Так, при одинаковом общем объеме фильтрата жидкости гидроразрыва в зоне фильтрата, в начальный период добычи после гидроразрыва уменьшение содержания жидкости гидроразрыва происходит быстрее для более протяженной трещины.

При использовании полимерной жидкости гидроразрыва в процессе очистки трещины также происходит смешивание фильтрата жидкости гидроразрыва с полимерной компонентой, находящейся внутри трещины, при вытекании фильтрата жидкости гидроразрыва из зоны фильтрата в трещину. Изменение концентрации полимера (например, гуара) внутри трещины и, в итоге, в извлеченной жидкости гидроразрыва зависит от объема поступления фильтрата жидкости гидроразрыва в трещину и от массы полимера в определенном месте внутри трещины. С одной стороны, объем фильтрата жидкости гидроразрыва, поступающего из зоны фильтрации, зависит от глубины зоны фильтрата и, следовательно, от длины трещины. С другой стороны, при одинаковой концентрации полимера по всему объему трещины распределение массы полимера вдоль длины трещины пропорционально ширине трещины. Поэтому изменение концентрации полимера в извлекаемой жидкости гидроразрыва в процессе очистки трещины зависит и от длины, и от ширины трещины.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 показано изменение отношения скорости Q_f извлечения жидкости гидроразрыва к суммарному дебиту Q скважины (т.е. по сути изменение обводненности) со временем (время t на оси Ох показано в часах) для типичной работы по гидроразрыву пласта в Западной Сибири. Сплошная линия соответствует расчету для трещины длиной 150 м и шириной 5 мм, пунктирная линия - для трещины длинной 150 м и шириной 2.5 мм, штрих-пунктирная линия - для трещины длинной 220 м и шириной 5 мм;

на фиг.2 представлены результаты расчета изменения концентрации С полимера (в г/л) в извлекаемой жидкости гидроразрыва для тех же размеров трещины, что и на фиг.1 (время t на оси Ох показано в часах);

на фиг.3 приведены результаты расчета и измерения изменения отношения скорости извлечения Q_f жидкости гидроразрыва к суммарному дебиту Q скважины со временем (время t на оси Ох показано в часах);

на фиг.4 приведены результаты расчета и измерения изменения концентрации С полимера (в г/л) в извлеченной жидкости гидроразрыва (время t на оси Ох показано в часах).

Заявленный способ определения размеров трещины гидроразрыва пласта осуществляется следующим образом. В ствол скважины нагнетают жидкость гидроразрыва, представляющую собой в общем случае высоковязкую жидкость на водной основе. Жидкость гидроразрыва нагнетают под давлением, достаточным для создания трещины в призабойной зоне. В процессе гидроразрыва происходит также проникновение фильтрата жидкости гидроразрыва через поверхность трещины в породу вокруг трещины. Жидкость гидроразрыва может также содержать индикатор, позволяющий отличить ее от пластовой воды в случае присутствия значительного количества пластовой воды в общей добыче после гидроразрыва, в качестве которого могут быть использованы нерадиоактивные химические индикаторы, широко применяемые для оценки перетоков (прорывов воды) между скважинами.

При использовании полимерной жидкости гидроразрыва принципиально то, что в процессе закачки в пласт утекает только водная основа жидкости гидроразрыва, а молекулы полимера из-за большого размера не могут проникать в породу и остаются внутри трещины. Таким образом, на момент начала добычи жидкости гидроразрыва обратно на поверхность весь ранее закаченный полимер находится внутри трещины, а сама трещина окружена водной основой жидкости гидроразрыва.

Пробы добываемого флюида отбираются в процессе ввода скважины в эксплуатацию после проведения работ по гидроразрыву пласта. Пробы отбираются у устья скважины способом, аналогичным тому, который обычно применяется для определения обводненности. Пробы отбираются периодически в течение всего периода откачки жидкости гидроразрыва. Например, для типовой скважины после гидроразрыва в Западной Сибири продолжительность периода извлечения жидкости гидроразыва обычно составляет 2-3 дня, в этот период образцы продукции предпочтительно должны отбираться через каждые 30 минут в течение первых 7-10 часов, затем каждый час в течение оставшегося времени. Затем образцы отправляются в лабораторию для измерения содержания извлеченной жидкости гидроразрыва в добываемой жидкости и концентрации полимера (для полимерных жидкостей гидроразрыва) в извлеченной жидкости гидроразрыва.

В лаборатории образцы подвергаются обработке в центрифуге для отделения жидкости гидроразрыва от нефти, аналогично методике стандартного измерения обводненности. Это позволяет определить изменение содержания жидкости гидроразрыва в общей добыче в течение исследуемого периода отбора. Если использовалась полимерная жидкость гидроразрыва, то отделенная от нефти жидкости гидроразрыва анализируется для определения концентрации полимера. При использовании гуарового полимера методика основана на известном методе с использованием фенола и серной кислоты. В результате получают зависимость изменения концентрации полимера в извлекаемой жидкости гидроразрыва со временем. Для оценки размеров трещины используется численная модель вытеснения жидкости гидроразрыва из трещины и из зоны фильтрата пластовым флюидом (см., например, Ентов В.М., Турецкая Ф.Д., Максименко А.А, Скобелева А.А. «Моделирование процесса очистки трещины гидроразрыва», тезисы докладов 6-й научно-технической конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России», посвященной 75-летию Российского государственного университета нефти и газа им. И.М.Губкина, 26-27 января 2005 г, секция 6 «Автоматизация, моделирование и энергообеспечение технологических процессов нефтегазового комплекса», стр.12-13).

Модель рассчитывает изменение содержания жидкости гидроразрыва в добываемой жидкости, и, в случае использования полимерной жидкости гидроразрыва, изменение концентрации полимера в извлеченной жидкости гидроразрыва. Входные параметры для модели выглядят следующим образом:

1. Проницаемость и пористость пласта, пластовое давление, высота продуктивного интервала, вязкость пластовой нефти.

2. Дебит скважины или давление на забое скважины в процессе периода откачки жидкости гидроразрыва.

3. Общий объем жидкости гидроразрыва, масса полимера и масса расклинивающего наполнителя, закачанных в процессе гидроразрыва в пласт, проницаемость и пористость расклинивающего наполнителя, вязкость жидкости гидроразрыва.

4. Относительные фазовые проницаемости в пласте и в спрессованном расклинивающем наполнителе в трещине.

5. Предполагаемая длина и, в случае использования полимерной жидкости гидроразрыва, предполагаемая ширина трещины.

Параметры, перечисленные в пунктах 1-4, должны быть известны из свойств пласта, плана работ по гидроразрыву и данных по производительности скважины после проведения работ по гидроразрыву. Длина и ширина трещины определяются путем сравнения результатов численного моделирования и лабораторных измерений образцов продукции скважины посредством построения графиков, таблиц или компьютерных расчетов.

Длина и ширина трещины должны выбираться по результатам наилучшего приближения двух различных наборов данных:

1) изменение содержания жидкости гидроразрыва в общей добыче, полученное в результате численных расчетов и измеренное в лаборатории,

2) изменение концентрации гуарового полимера, полученное в результате численных расчетов и измеренное в лаборатории.

При несопадении результатов производят коррекцию предполагаемых размеров трещины таким образом, чтобы получить наилучшее приближение результатов модельных расчетов и измерений, используя, например, метод наименьших квадратов или любой другой математический метод количественной оценки степени приближения.

В качестве иллюстрации предлагаемого способа ниже представлен пример сравнения результатов анализа извлекаемой жидкости гидроразрыва и модельных расчетов очистки трещины после типового гидроразрыва пласта в Западной Сибири. В анализ извлеченной жидкости гидроразрыва, проведенный в лабораторных условиях, включены измерения соотношения скорости извлечения жидкости гидроразрыва и суммарного дебита (т.е. обводненность), показанного на фиг.3 сплошной линией, и концентрации гуара (в г/л) в извлеченной жидкости гидроразрыва, показанного на фиг.4 сплошной линией. Результаты модельных расчетов очистки трещины от жидкости гидроразрыва для случая, когда предполагаемая геометрия трещины взята из дизайна работы по гидроразрыву, полученному с помощью типового инженерного программного обеспечения, используемого для расчетов роста трещины при проведении работ по гидроразрыву, показаны на фиг.3 и 4 пунктирной линией. Как видно из фиг.3-4 (различие между сплошной и пунктирной линиями), замеренные данные и результаты моделирования недостаточно хорошо совпадают. Для получения лучшего совпадения результатов измерения с модельными расчетами (см. фиг.3-4 штрих-пунктирная линия) необходимо провести коррекцию геометрии трещины следующим образом: длина трещины должна быть увеличена примерно на 40%, а ширина уменьшена на 30%. Такая коррекция согласуется с постоянством массы расклинивающего наполнителя внутри трещины, т.е. общий объем трещины остается неизменным. Результаты прогноза с использованием модели могут быть улучшены путем применения индикаторов, позволяющих отличать пластовую воду от фильтрата жидкости гидроразрыва в случае присутствия значительного количества пластовой воды в общей добыче после гидроразрыва.

Изобретение относится к способам контроля параметров гидроразрыва пласта и, в частности, предназначено для определения размеров трещин, образующихся в результате гидроразрыва горных пород, и может найти применение на нефтяных и газовых месторождениях. Обеспечивает повышение эффективности определения параметров гидроразрыва пласта - размеров трещин. Сущность изобретения: способ включает процесс создания в околоскважинной зоне трещины гидроразрыва, при котором часть жидкости гидроразрыва проникает через поверхность трещины в пласт, образуя зону фильтрата вокруг трещины, и последующее определение длины и ширины трещины гидроразрыва на основе измерения жидкости гидроразрыва. Согласно изобретению предварительно обеспечивают численное моделирование вытеснения жидкости гидроразрыва из трещины и из зоны фильтрата пластовым флюидом для заданных параметров пласта, данных гидроразрыва и предполагаемых размеров трещины для расчета изменения содержания жидкости разрыва в общей добыче во время пуска скважины в эксплуатацию после гидроразрыва. Во время пуска скважины в течение всего периода выкачивания жидкости гидроразрыва производят периодический отбор образцов добываемого флюида из устья скважины. В отобранных образцах осуществляют измерение содержания жидкости гидроразрыва. Затем сравнивают результаты измерений с расчетами численного моделирования. Длину трещины определяют по наилучшему совпадению результатов измерений и модельных расчетов. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ определения размеров трещины гидроразрыва пласта, включающий процесс создания в околоскважинной зоне трещины гидроразрыва, при котором часть жидкости гидроразрыва проникает через поверхность трещины в пласт, образуя зону фильтрата вокруг трещины, и последующее определение длины и ширины трещины гидроразрыва на основе измерения жидкости гидроразрыва, отличающийся тем, что предварительно обеспечивают численное моделирование вытеснения жидкости гидроразрыва из трещины и из зоны фильтрата пластовым флюидом для заданных параметров пласта, данных гидроразрыва и предполагаемых размеров трещины для расчета изменения содержания жидкости разрыва в общей добыче во время пуска скважины в эксплуатацию после гидроразрыва, во время пуска скважины в течение всего периода выкачивания жидкости гидроразрыва производят периодический отбор образцов добываемого флюида из устья скважины, в отобранных образцах осуществляют измерение содержания жидкости гидроразрыва, а затем сравнивают результаты измерений с расчетами численного моделирования и длину трещины определяют по наилучшему совпадению результатов измерений и модельных расчетов.2. Способ определения размеров трещины гидроразрыва пласта по п.1, отличающийся тем, что в качестве жидкости гидроразрыва используют жидкость на основе полимера, при численном моделировании рассчитывают также изменение концентрации полимера в извлекаемой жидкости гидроразрыва в зависимости от времени, в отобранных образцах дополнительно измеряют концентрацию полимера и путем сравнения результатов измерений с расчетами численного моделирования по наилучшему совпадению результатов измерений и модельных расчетов определяют ширину трещины, при этом наилучшее совпадение результатов обеспечивают тем, что длину и ширину трещины при численном моделировании корректируют из условия постоянства объема трещины.3. Способ определения размеров трещины гидроразрыва пласта по п.1 или 2, отличающийся тем, что жидкость гидроразрыва содержит индикатор, позволяющий отличить жидкость гидроразрыва от пластовой воды при наличии пластовой воды в общей добыче после гидроразрыва.