Способ разработки низкопроницаемых пластов Российский патент 2021 года по МПК E21B43/267 

Область применения

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть применено для разработки низкопроницаемых и сланцевых углеводородонасыщенных пластов.

Уровень техники

Известен способ разработки сланцевых формаций посредством создания системы множественных гидродинамически связанных, закрепленных проппантом трещин в горизонтальных скважинах при проведении многостадийных ГРП (SPE 163827). Как правило, дизайн ГРП для сланцевых формаций включает, в том числе, высокие значения расходов закачки (9-13 м³ /мин), низковязкую жидкость разрыва/песконоситель и проппант мелкой фракций 20/40, 40/60 меш и меньше с невысокими концентрациями (100-300 кг/м³). Описанный подход позволяет воздействовать на определённый объем пласта при ГРП со значительной площадью притока в систему закрепленных трещин.

Приток из горизонтальных стволов, пробуренных в сверхнизкопроницаемом коллекторе, удаётся достичь путём образования множественных трещин и закрепления их проппантом мелкой фракции 20/40, 40/60 и меньшей (в зависимости от условий) посредством закачки через кластерную перфорацию. Для создания трещиноватости в продуктивном пласте жидкость разрыва закачивается с большими расходами 9-13 м³ /мин (с большой кинетической энергией). При этом, за счет значительной энергии, закачиваемой с высоким расходом жидкости, раскрываются существующие и создаются новые трещины. Закачиваемый в низковязкой жидкости разрыва (песконосителе) с невысокими концентрациями проппант размещается в созданной системе связанных трещин. С помощью такого подхода кратно увеличивается площадь притока из матрицы породы в созданную систему трещин и, соответственно, достигаются рентабельные уровни продуктивности скважин. Работает объем пласта, охваченный воздействием (SRV). Чем больше создан объем SRV с системой разнонаправленных гидродинамически связанных трещин, тем больше оказывается фактическая продуктивность скважины.

Проведение операций по гидроразрыву пласта в сланцевых и низкопроницаемых коллекторах сопряжено со значительными затратами. Для закачки жидкости разрыва с большими расходами задействуется значительное количество насосных агрегатов, кратно превышающее то, которое необходимо для выполнения стандартных операций по гидроразрыву пласта в традиционных коллекторах. Также необходимо соблюдение дополнительных требований, предъявляемых к НКТ, наземной обвязке и пр., приводящих к удорожанию операций.

Применение известного способа возможно на углеводородонасыщенных породах, способных к раскрытию существующих и образованию новых трещин при гидродинамическом воздействии в процессе ГРП. Для раскрытия и возникновения системы трещин необходимо привнесение значительной энергии, которая обеспечивается при закачке жидкости с высокими расходами. Кроме того, минералогический состав пород, на которые производится воздействие, должен обеспечивать их достаточную хрупкость. Как правило, хрупкость пород увеличивается с возрастанием содержания в них кварца и карбоната и, наоборот, уменьшается с увеличением доли глинистых минералов.

Недостаток известного описанного способа сопряжен с тем, что закачка жидкости с высокими расходами связана с задействованием значительного количества техники (насосных агрегатов) и специализированного оборудования, что может быть не всегда реализуемо в рамках действующих контрактов с сервисными организациями. Кроме того, в случае сильно заглинизированного низкопроницаемого коллектора требуется больше энергии для раскрытия и создания трещин и закрепления их расклинивающим агентом (проппантом). В ряде случаев, для заглинизированных пород достижение необходимого уровня энергии закачиваемой жидкости технически ограничено возможностями используемой техники и оборудования.

Также известен способ повышения эффективности ГРП и добычи энергопроизводящих материалов с применением процесса реакции жидкости и проппанта с электрофильным кислым газом US9873828, опубл. 23.01.2018, в котором используется принцип увеличения давления для раскрытия и создания трещин при проведении ГРП за счет химической реакции с электрофильным кислым газом реагирующих компонентов, содержащихся в жидкости разрыва ГРП или в оболочке проппанта.

Недостатком известного способа является увеличение, при химической реакции, вязкости жидкости, в определённых случаях снижающей, эффективность раскрытия микротрещин и заполнения их расклинивающим агентом. Также недостатком известного способа является ограничение максимального повышения давления и снижение его эффективности в результате возможной частичной потери (утечек) части реагирующих компонентов из жидкости разрыва ГРП в поры и естественные микротрещины с течением времени в случае задержек в технологическом процессе проведения ГРП или его большой продолжительности. В случае применения проппанта с оболочкой, содержащей реагирующие компоненты, требуются дополнительные затраты на покрытие расклинивающего агента. Также определённые сложности создаёт доставка электрофильного кислого газа в пласт в различных пластовых условиях и его коррозионная активность.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ повышения нефтеотдачи пластов с отсутствием водо-нефтяного контакта с применением гидроразрыва пласта, в котором 10-40% закачиваемого проппанта по массе заменяют на гранулированный магний той же фракции, что и фракция проппанта. Причем, сначала закачивают проппант и магний большей фракции, затем последовательно размер фракции закачиваемого проппанта и магния уменьшают, после чего закачивают двачетыре раза оторочки 12-18% соляной кислоты и продавливают технической жидкостью, скважины осваивают и пускают в работу (RU2661513, опубл. 17.07.2018).

Известный способ позволяет повысить эффективность добычи высоковязкой нефти, в том числе, из слабодренируемых участков нефтяной залежи с высокими значениями остаточных запасов нефти и сниженной пластовой температурой (на 5% от начальной), но не предусматривает создание системы связанных между собой микротрещин, закрепленных проппантом. Недостатком известного способа является его ориентированность на разработку вязкой нефти с преимущественным созданием одной, закрепленной проппантом трещины и проведением химической реакции, не обеспечивающей рентабельные уровни притока нефти в случае низкопроницаемого (сланцевого) пласта. В результате термохимической реакции магния, закачанного с проппантом, и соляной кислоты, снижается вязкость нефти и увеличивается ее подвижность. Для разработки трудноизвлекаемых сланцевых формаций необходимо создание большой площади притока посредством закрепления развитой системой гидродинамически связанных трещин.

Описание изобретения

Технический результат заключается в расширении арсенала технических средств для разработки низкопроницаемых пластов методом ГРП, повышении эффективности ГРП, а именно, повышении нефтеотдачи низкопроницаемых и сланцевых углеводородонасыщенных пластов посредством создания системы закреплённых расклинивающим агентом трещин в пласте при ГРП, способствующих увеличению притока углеводородов из низкопроницаемых коллекторов в скважины после ГРП, а также снижении энергозатрат и расхода реагентов.

Указанный технический результат обеспечивает способ разработки низкопроницаемых пластов, включающий проведение гидроразрыва пласта традиционным способом для создания одной основной трещины путем закачки жидкости разрыва / песконосителя в виде сшитого полимерного геля при расходе 3-4,5 м³ /мин с проппантом фракцией 12/18-20/40 с концентрацией 200-800 кг/м³ и гранулированного металла с последующей выдержкой на время смыкания трещины и деструкции геля, термохимическую обработку 9-15% соляной кислотой ведут при расходе 3-4,5 м³ /мин, и далее проводят закачку низковязкой жидкости разрыва в виде линейного геля с проппантом фракцией 20/40-100 меш при концентрации 100-400 кг/м³ и гранулированного металла для формирования закрепленной системы созданных в результате реакции кислоты и повышения давления микротрещин.

Гранулированный металл выбирают из цинка, алюминия, магния при концентрации 50-500 кг/м³. А характерный размер частиц металла составляет от 0,2 до 2,0 от размера частиц проппанта.

Новым в способе является то, что с применением термохимической реакции при проведении комплекса работ при ГРП создается система закрепленных трещин.

Предлагаемый способ позволяет получить дополнительную прибавку в энергии при ГРП, необходимую для создания системы гидродинамически связанных, закрепленных проппантом трещин в охваченном воздействием объеме пласта для обеспечения рентабельных уровней добычи углеводородов.

Осуществление изобретения

После бурения проводят исследования по определению геомеханических свойств пород продуктивного пласта, оценивают их хрупкость. Получают информацию о характерном минералогическом составе пород углеводородонасыщенного пласта. Проводят исследования по определению механических свойств пород, углеводородонасыщенности.

Подбирают объекты разработки, породы которых характеризуются естественной трещиноватостью или в которых возможно образование множественных, связанных техногенных трещин в результате привносимой в процессе гидравлического разрыва пласта энергии.

На выбранных низкопродуктивных объектах разработки проводят операцию по усовершенствованной технологии гидроразрыва пласта в горизонтальных скважинах, в основе которой лежит принцип создания в пласте множественной системы гидродинамически связанных микротрещин, закрепленных расклинивающим агентом (проппантом, песком и т.п.).

Предлагаемая технология также имеет своей целью достижение высокой продуктивности скважин за счет создания в пласте множественной системы гидродинамически связанных между собой, закрепленных расклинивающим агентом трещин.

Принципиальное отличие от применяющегося подхода заключается в том, что энергия, используемая для раскрытия существующих и образования новых трещин, передаётся пласту не от закачиваемой с высоким расходом жидкости разрыва, а от инициации в пласте химической реакции металла и кислоты, сопровождающейся ростом давления от выделяющегося в процессе реакции газа (водорода).

Химическая реакция является результатом взаимодействия соляной кислоты и частиц металла (цинка, алюминия, магния), закачанного предварительно в смеси с проппантом.

В предлагаемом способе на первом, предварительном этапе, создается основная трещина ГРП традиционным способом с закачкой жидкости разрыва / песконосителя в виде сшитого полимерного геля, например, характерный для стандартных операций ГРП гидроксипропилгуаровый, гуаровый, карбоксиметилгидроксипропилгуаровый карбоксиметилцеллюлозный и т.п. гелеобразователи или их смеси, при расходе 3-4,5 м³ /мин с концентрациями проппанта 200-800 кг/м³. Основное отличие от описанного традиционного способа проведения операций по гидроразрыву заключается в добавлении в смесь с проппантом гранулированного металла, которым может быть цинк, алюминий, магний. Характерный размер частиц металла выбирают в зависимости от фракции используемого проппанта в диапазоне 12/18, 16/20, 20/40, 40/60, 100 меш. Возможно использование частиц металла, характерный размер которых составляет от 0,2 до 2,0 от размера частиц проппанта. Выполняется выдержка на время смыкания трещины и период деструкции сшитого геля.

На втором этапе выполняют закачку соляной кислоты на максимальном расходе. За счет инициации химической реакции кислоты с металлом выделяется газ и повышается давление в сформированной расклиненной трещине. От возникшей в результате химической реакции энергии, за счет созданного дополнительного давления происходит раскрытие системы существующих мелких трещин, образование новых трещин.

Непосредственно после закачки кислоты, без остановки, также на максимальном расходе выполняют закачку низковязкой жидкости разрыва в виде линейного геля с мелким проппантом фракции 20/40-100 меш с концентрацией 100-400 кг/м³ для формирования закрепленной системы созданных в результате реакции кислоты и повышения давления микротрещин.

В конечном итоге, в пласте создаётся система гидродинамически связанных между собой, закреплённых расклинивающим агентом трещин с большой площадью притока, обеспечивающей необходимый уровень продуктивности скважины.

Предложенный способ является низкозатратной альтернативой разработке запасов низкопроницаемых и сланцевых коллекторов.

Поскольку развитие системы трещин в процессе ГРП в значительной мере зависит от хрупкости пород, на эффективность предложенного способа влияет минералогический состав пород пласта. Чем больше низкопроницаемый коллектор содержит глинистых минералов, тем менее хрупкой является порода и тем большую энергию требуется ей передать в процессе гидроразрыва, чтобы инициировать создание и раскрытие микротрещин. Соответственно, предложенный способ может также являться усовершенствованием уже применяемых подходов к разработке нетрадиционных заглинизированных сланцевых запасов углеводородов для повышения их эффективности за счет введения дополнительной энергии с целью создания системы гидродинамически связанных микротрещин.

В лабораторных условиях проведено моделирование химической реакции в трещине ГРП на ячейке проводимости. Выполнены несколько экспериментов, моделирующих как традиционную трещину ГРП, так и с добавлением в проппант металла. В проппантную упаковку с добавленным гранулированным металлом (цинком) в пластовых условиях закачана 12% соляная кислота. Проведена оценка проводимости модели трещины ГРП с использованием и без использования химической реакции кислоты и металла (цинка). По сравнению с моделью стандартной трещины ГРП, проводимость трещины после химической реакции оказалась приблизительно в 1,7 раза выше.

Также проведены лабораторные исследования на установке исследования кинематики реакции кислоты и горной породы CRS-100. Исследования выполнены для смеси гранул металла цинка и соляной кислоты с концентрацией 12% в соотношении 1,0 от стехиометрического в присутствии проппанта в соотношении 1:1 к массе металла. Полученный прирост давления для 5 г цинка составил около 25 атм.

Выполненные результаты исследований подтвердили возможность предлагаемым способом достичь увеличения давления в трещине ГРП с целью раскрытия и создания дополнительной системы трещин.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть применено для разработки низкопроницаемых и сланцевых углеводородонасыщенных пластов. Техническим результатом является расширение арсенала технических средств для разработки низкопроницаемых пластов методом ГРП, повышение эффективности ГРП, с обеспечением повышения нефтеотдачи низкопроницаемых и сланцевых углеводородонасыщенных пластов. Предложенный способ разработки низкопроницаемых пластов включает проведение гидроразрыва пласта путем закачки сшитого полимерного геля при расходе 3-4,5 м³/мин с проппантом фракций 12/18-20/40 с концентрацией 200-800 кг/м³ и гранулированного металла с последующей выдержкой на время смыкания трещины и деструкции геля, термохимическую обработку 9-15% соляной кислотой, которую ведут при расходе 3-4,5 м³/мин, и дополнительно проводят закачку низковязкого линейного геля с проппантом фракций 20/40-100 меш при концентрации 100-400 кг/м³ и гранулированного металла. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ разработки низкопроницаемых пластов, включающий проведение гидроразрыва пласта с использованием смеси проппанта и гранулированного металла и термохимическую обработку соляной кислотой, отличающийся тем, что проводят сначала гидроразрыв пласта путем закачки сшитого полимерного геля при расходе 3-4,5 м³/мин с проппантом фракций 12/18-20/40 меш с концентрацией 200-800 кг/м³ и гранулированного металла, и выдержку на время смыкания трещины и деструкции геля, затем ведут термохимическую обработку 9-15% соляной кислотой при расходе 3-4,5 м³/мин, с последующей непрерывной дополнительной закачкой низковязкого линейного геля с проппантом фракций 20/40-100 меш при концентрации 100-400 кг/м³ и гранулированного металла.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что гранулированный металл выбирают из цинка, алюминия, магния при концентрации 50-500 кг/м³.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что характерный размер частиц металла составляет от 0,2 до 2,0 от размера частиц проппанта.