СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ПРОДУКТИВНОСТИ СКВАЖИН (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2008 года по МПК E21B43/26 

Изобретение относится к методам интенсификации добычи нефти.

С целью интенсификации добычи горную породу с низкой проницаемостью (каменноугольный пласт с метаном, глинистые сланцы, плотные газоносные песчаники) часто подвергают гидроразрыву с применением небольшого количества расклинивающего агента и даже без его применения. В продуктивном пласте при этом открываются существующие естественные трещины и микротрещины или создаются новые, которые могут заметно улучшить гидродинамическую связь между пластом и скважиной. Однако из-за многообразия влияющих факторов невозможно предсказать величину раскрытия трещин. Поэтому подобрать тип расклинивающего агента часто не удается. В результате большая часть трещин после снятия давления гидроразрыва закрывается. Кроме того, велики трудоемкость подготовки расклинивающего агента, его изготовление и сортировка.

Типичным примером гидроразрыва без использования расклинивающего агента является воздействие на пласт интенсивной закачкой азота, представляющее собой нагнетание чистого азота в горную породу с очень низкой проницаемостью. Ожидается, что для обеспечения эффективности полученная в результате гидроразрыва трещина сохранит достаточную степень проницаемости, принимая во внимание низкую проницаемость продуктивного пласта. Однако одной из основных проблем остается соединение между собой скважины и сети трещин за счет концентрации напряжения вокруг ствола скважины.

Известен способ повышения продуктивности скважины, при котором в качестве жидкости гидроразрыва в скважину закачивают суспензию невзрывчатого разрушающего средства, расширяющегося при твердении, с гидратационным давлением, превышающим давление оттеснения, осуществляют гидроразрыв пласта, оттесняют жидкость гидроразрыва продавочной жидкостью до образования приствольной трещиноватой зоны, свободной от жидкости гидроразрыва, и выдерживают скважину под давлением оттеснения до затвердевания жидкости разрыва в трещинах (патент РФ №2079644, 1997). Указанный способ обеспечивает появление дополнительных трещин гидроразрыва или дополнительное раскрытие существующих. При этом образовавшиеся трещины не заполняются твердым материалом, а остаются пустыми или заполняются пластовым флюидом. Таким образом, повышается проницаемость приствольной зоны, и за счет этого повышается продуктивность скважины.

Однако при этом остается нерешенной проблема в пристеночной области скважины, где напряжение, вызывающее смыкание трещин, наиболее высокое, и оно повышается по мере снижения давления в скважине. Закупоривание устья трещины препятствует оптимальной нефтедобыче и является главным недостатком как этой, так и других известных технологий.

Предлагаемый способ позволяет избежать закрытия трещин в призабойной зоне скважины, и обеспечивает надежное соединение сети трещин со стволом скважины, и может применяться как для пластов с трещинами, образовашимися или открывшимися в результате осуществления гидроразрыва, так и для пластов с естественными трещинами, для которых проведение гидроразрыва необязательно.

В соответствии со способом повышения продуктивности скважины в призабойную зону скважины, снабженной обсадными трубами, в промежуток между обсадной трубой и пластом закачивают расширяющийся в процессе отверждения или схватывания материал, после чего осуществляют перфорацию скважины. В качестве расширяющегося в процессе отверждения или схватывания материала используют материал со степенью расширения, достаточной для приложения на стенки скважины давления и сохранения по крайней мере одной трещины открытой. После перфорации осуществляют гидроразрыв пласта. Для пластов с естественными трещинами проведение гидроразрыва необязательно.

Напряжение σ_θ, вызывающее смыкание в устье трещины в отсутствие расклинивающего агента у стенки скважины, может быть рассчитано как тангенциальное напряжение на стенке скважины в отсутствие трещины

σ_θ=2σ_h-Р_w+2η(Р_w-p),

где σ_h - главное напряжение в дальней зоне на горизонтальной плоскости, P_w - давление в скважине, р - поровое давление в дальней зоне и 2η - постоянная упругости пористой среды, близкая к 0.5.

В уравнении принимается, что горная порода - пористый упругий материал, что скважина забурена параллельно главному вертикальному напряжению, и что два главных горизонтальных напряжения в дальней зоне равны.

Следует обратить внимание на то, что напряжения, возникающие в призабойной зоне, быстро уменьшаются до нуля при удалении от скважины. Значит они влияют только на призабойную зону и напряжение σ_θ, вызывающее смыкание трещины, быстро стремится к горизонтальному напряжению σ_h в дальней зоне на расстоянии от скважины, равном примерно двум диаметрам скважины. Полное уравнение можно найти в любой работе по упругости (например, Timoshenko S.P. and Goodier J.N.: Theory of Elasticity, 3rd ed., McGraw-Hill Book Company, New York (1970)).

В процессе добычи давление скважинного флюида ниже порового давления в дальней зоне и неизбежно ниже напряжения в дальней зоне, следовательно, тангенциальное напряжение в пристеночной области (напряжение, вызывающее смыкание трещины на поверхности трещины) возрастает.

Для компенсации снижения скважинного давления в призабойной зоне между обсадной трубой и породой размещают расширяющийся в процессе отверждения или схватывания материал, то есть материал, увеличивающийся в объеме в процессе отверждения или схватывания, который обеспечивает приложение радиального напряжения к стенкам скважины. Это позволяет отделить скважинное давление от радиального напряжения, приложенного к стенкам скважины на границе расширяющегося в процессе отверждения или схватывания материала и породы, в результате применима следующая формула:

где - радиальное напряжение, приложенное к стенкам скважины, и - скважинное давление.

Это радиальное напряжение должно быть достаточно высоким для того, чтобы снизить тангенциальное напряжение σ_θ (мы предполагаем сжатие положительным) в породе в призабойной зоне как минимум до значения в дальней зоне или даже еще лучше - ниже значения в дальней зоне, а в предельном случае - ниже величины прочности при растяжении.

Рассмотрим неглубоко залегающий продуктивный пласт, скажем, глубиной 1000 метров, с поровым давлением р в дальней зоне - 10 МПа и минимальным напряжением около 18 МПа. Допустим, что скважинное давление - 3 МПа в процессе естественного выхода, постоянная упругости пористой среды 2η - 0.5, напряжение σ_θ, вызывающее смыкание трещины в пристеночной области скважины, - 29 МПа, что является существенным увеличением по сравнению с 18 МПа. Дополнительная нагрузка на породу в 11 МПа необходима для компенсации напряжения, вызывающего смыкание трещины.

Примером расширяющегося при твердении материала служит цемент с порообразователем D176 (оксид магния). Могут применяться другие расширяющиеся материалы, обеспечивающие достаточное давление, например, полимеры, обладающие способностью к разбуханию, и материалы с памятью формы. Некоторые из таких материалов расширяются настолько, что могут разрушить крепкую породу при нагнетании в отверстие малого диаметра и применяются, например, в горном деле. Для определения нагрузки на породу со стороны расширяющего материала может быть использована экспериментальная установка, описанная в Boukhelifa L., Moroni N., Lemaire G., James S.G., Le Roy-Delage S., Thiercelin M.J., "Evaluation of Cement Systems for Oil and Gas Well Zonal Isolation in a Full-Scale Annular Geometry", SPE 87195, Proceedings of the IADC/SPE Drilling conference, Dallas, Texas, 2-4 March 2004.

Применение расширяющегося в процессе отверждения или схватывания материала между обсадной трубой и пластом приводит к повышению нормальной нагрузки на стенку скважины. При достаточно высокой нагрузке напряжение, вызывающее смыкание в устье трещины, снижается в степени, достаточной для сохранения необходимой степени проводимости. В лучшем случае может быть создано растягивающее напряжение, при котором устье трещины остается открытым.

Таким образом, основной принцип изобретения состоит в том, чтобы до перфорации и гидроразрыва закачать в призабойную зону скважины в промежуток между обсадной трубой и пластом расширяющийся в процессе отверждения или схватывания материал, причем в качестве расширяющегося в процессе отверждения или схватывания материала используют материал со степенью расширения, достаточной для приложения на стенки скважины давления и сохранения по крайней мере одной трещины открытой.

Расширение материала может произойти до перфорации и гидроразрыва пласта, но это не обязательно, идея состоит в том, чтобы обеспечить полное расширение в процессе добычи.

Изобретение относится к методам интенсификации добычи нефти. Обеспечивает повышение эффективности способа за счет предотвращения закрытия трещин в призабойной зоне скважины и обеспечивает надежное соединение сети трещин со стволом скважины как для пластов с трещинами, образовавшимися или открывшимися в результате осуществления гидроразрыва, так и для пластов с естественными трещинами. Сущность изобретения: способ включает закачивание в скважину материала, расширяющегося в процессе отверждения или схватывания. Этот материал закачивают в призабойную зону скважины, снабженной обсадными трубами, в промежуток между обсадной трубой и пластом с естественными трещинами или трещинами, созданными гидроразрывом. После этого осуществляют перфорацию скважины. В качестве расширяющегося в процессе отверждения или схватывания материала используют материал со степенью расширения, достаточной для приложения на стенки скважины давления и сохранения по крайней мере одной трещины открытой. 2 н. и 5 з.п. ф-лы.

1. Способ повышения продуктивности скважины, включающий закачивание в скважину материала, расширяющегося в процессе отверждения или схватывания, отличающийся тем, что расширяющийся в процессе отверждения или схватывания материал закачивают в призабойную зону скважины, снабженной обсадными трубами, в промежуток между обсадной трубой и пластом с естественными трещинами, после чего осуществляют перфорацию скважины, причем в качестве расширяющегося в процессе отверждения или схватывания материала используют материал со степенью расширения, достаточной для приложения на стенки скважины давления и сохранения по крайней мере одной трещины открытой.2. Способ повышения продуктивности скважины по п.1, отличающийся тем, что дополнительно после перфорации скважины осуществляют гидроразрыв пласта.3. Способ повышения продуктивности скважины по п.1, отличающийся тем, что в качестве расширяющегося в процессе отверждения или схватывания материала используют расширяющийся цемент, в состав которого входит оксид кальция, или оксид магния, или комбинация обоих соединений.4. Способ повышения продуктивности скважины по п.1, отличающийся тем, что в качестве расширяющегося в процессе отверждения или схватывания материала используют набухающий полимер, который расширяется в присутствии нефти или воды.5. Способ повышения продуктивности скважины, включающий закачивание в скважину материала, расширяющегося в процессе отверждения или схватывания, отличающийся тем, что расширяющийся в процессе отверждения или схватывания материал закачивают в призабойную зону скважины, снабженной обсадными трубами, в промежуток между обсадной трубой и пластом, после чего осуществляют перфорацию скважины и последующий гидроразрыв пласта, причем в качестве расширяющегося в процессе отверждения или схватывания материала используют материал со степенью расширения, достаточной для приложения на стенки скважины давления и сохранения по крайней мере одной трещины открытой.6. Способ повышения продуктивности скважины по п.5, отличающийся тем, что в качестве расширяющегося в процессе отверждения или схватывания материала используют расширяющийся цемент, в состав которого входит оксид кальция, или оксид магния, или комбинация обоих соединений.7. Способ повышения продуктивности скважины по п.5, отличающийся тем, что в качестве расширяющегося в процессе отверждения или схватывания материала используют набухающий полимер, который расширяется в присутствии нефти или воды.