Способ проведения гидроразрыва низкопроницаемых пластов Российский патент 2024 года по МПК E21B43/26 

Изобретение относится к области нефтяной промышленности и может быть использовано для интенсификации добычи нефти из продуктивных пластов посредством проведения гидравлического разрыва пласта (ГРП).

Проведение ГРП на низкопроницаемых пластах преследует цель в первую очередь создания трещины большей полудлинной, что приводит к вовлечению в разработку дополнительных запасов нефти и повышению продуктивности скважины.

Известен традиционный способ гидроразрыва низкопроницаемых пластов основанный на нагнетании в пласт высоковязкой жидкости (сшитый гель) с большим объемом пропанта, который закачивается со сшитым гелем для создания трещины ГРП определенной длины, ширины, высоты [Recent Advances in Hydraulic Fracturing: monograph / J. L. Gidley [et al.] // SPE. - 1989. -Vol.12.-P. 318].

Недостатком указанного технического решения является использование только высоковязкой жидкости в качестве жидкости разрыва и основы для доставки пропанта, что приводит к ограниченной полудлине трещины ГРП и росту трещины в высоту, менее эффективному размещению пропанта и более низкой остаточной проводимости трещины ГРП.

Известен способ гидроразрыва низкопроницаемых пластов Slickwater ГРП, основанный на нагнетании на высоком расходе в пласт больших объемов воды с понизителями трения, такими как полиакриломид, для создания длинных трещин, с закачкой пропанта мелких фракций на низковязкой жидкости [Slickwater Fracturing: Food for Thought/T.T. Palisch, M.C. Vincent, P.J. Handren // SPE Productions and Operations. - 2010. - August. - P. 327-344].

Недостатком указанного технического решения является использование только низковязкой жидкости в качестве основы, а также больших объемов жидкости, что приводит к невозможности закачки пропанта высокой концентрации и больших фракций (типоразмеров) пропанта, в связи с тем, что низковязкая жидкость не обладает достаточной песконесущей способностью для более крупных фракций пропанта с высокой концентрацией: закачивается мелкая фракция пропанта 40/70 и 100 Mesh, а используемая концентрация пропанта не выше 250 кг/м³. Это является причиной низкой проводимости трещины и возможной неполной гидродинамической связи трещины ГРП с горизонтальным участком ствола скважины.

Известен способ гибридного ГРП основанный, на использовании высоковязкой (сшитый гель) и низковязкой жидкости (Slickwater или линейный гель), принятый в качестве прототипа. Способ включает попеременную закачку порций сшитого геля и Slickwater или линейного геля, при этом основой для доставки пропанта служит низковязкая жидкость [Slick Water and Hybrid Fracs in the Bossier: Some Lessons Learnt/ M.M. Sharma, P.B. Gadde, R. Sullivan, R. Sigal, R. Fielder, D. Copeland, L. Griffin, L. Weijers // Paper SPE 89876 presented at the SPE Annual Technical Conference and Exhibition, Houston, Texas, 26-29 September. - 2004]. Трещина инициируется закачкой сшитого геля и далее закачивается порция Slickwater или линейного геля, содержащей пропант с максимальной концентрацией до 250 кг/м³. Slickwater или линейный гель проникает сквозь сшитый гель, при этом пропант располагается глубже в созданной трещине. Порция сшитого геля, следующая за Slickwater или линейным гелем с пропантом, вытесняет слой пропанта глубже в трещину. Таким образом, закачка порций низковязких жидкостей приводит к более глубокому и неравномерному распределению пропанта в трещине. Этапы закачки сшитого геля и Slickwater или линейного геля с пропантом могут повторяться необходимое плановое количество раз. Гибридный ГРП включает использование больших объемов Slickwater или линейного геля, производится при высоких скоростях закачки жидкости.

Недостатком указанного технического решения является использование низковязких жидкостей (Slickwater, линейный гель) в качестве основы для доставки пропанта. Это приводит к невозможности закачки пропанта высокой концентрации и больших фракций (типоразмеров) пропанта, в связи с тем, что низковязкая жидкость не обладает достаточной песконесущей способностью для более крупных фракций пропанта с высокой концентрацией.

Задачей изобретения является разработка способа проведения гидроразрыва низкопроницаемых пластов, в котором устранены недостатки аналогов и прототипа.

Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в увеличении продуктивности скважин с ГРП за счет создания высокопроводимой трещины ГРП с вертикальным охватом продуктивной части пласта и с устойчивой гидродинамической связью со стволом скважины. Новый способ получил рабочее название «Rosneft TigerFrac» (RnT Frac).

Технический результат достигается тем, что в способе проведения гидроразрыва низкопроницаемых пластов, проводят калибровочные закачки; рассчитывают количество этапов ГРП в симуляторе ГРП исходя из конкретных геомеханических условий в пласте в зоне гидроразрыва при заранее заданной массе и фракции пропанта на одну операцию ГРП; далее проводят основной ГРП, включающий повторение по меньшей мере трёх раз последовательных этапов: закачки в пласт низковязкой жидкости разрыва и дальнейшей закачки высоковязкой жидкости с пропантом крупной фракции с постепенным увеличением максимальной концентрации пропанта; после проведения основного ГРП завершающим этапом ГРП проводят замещение высоковоязкой жидкости в стволе скважины низковязкой.

При этом в качестве низковязкой жидкости используют линейный гель. При этом в качестве высоковязкой жидкости разрыва используют сшитый гель. При этом концентрацию пропанта постепенно увеличивают от 120 до 800 кг/м³.

Увеличение количества этапов закачки низковязкой жидкости и высоковязкой жидкости с пропантом более 5-ти и повышение концентрации пропанта свыше 800 кг/м³ приводит к повышению технологической сложности проведения операции ГРП, но при этом позволяет получить ещё большую эффективную полудлину трещины ГРП.

Таким образом, достижение технического результата обусловлено сокращением объема закачиваемой жидкости, ограничением роста трещины в высоту, увеличением эффективной полудлины трещины ГРП, высокой концентрацией пропанта в трещине, обеспечивающей устойчивую гидродинамическую связь трещины со стволом скважины и охват трещиной ГРП всей толщи продуктивной части пласта.

Осуществление предлагаемого способа иллюстрируется следующими материалами:

Фиг. 1 - Распределение пропанта по объему трещины на первом этапе закачки при проведении ГРП.

Фиг. 2 - Распределение пропанта по объему трещины на втором этапе закачки при проведении ГРП.

Фиг. 3 - Распределение пропанта по объему трещины на третьем этапе закачки при проведении ГРП, стадия продавки.

Фиг. 4 - График проведения основного ГРП в 3 этапа закачки.

Фиг. 5 - График проведения основного ГРП в 4 этапа закачки.

Фиг. 6 - График проведения основного ГРП в 5 этапов закачки.

Способ осуществляют следующим образом:

1. На скважине проводят калибровочные закачки путем проведения тестов замещения. Этап замещения, представляет собой закачку низковязкой жидкости в ствол скважины тем самым, замещая жидкость глушения на низковязкую в стволе. Моделирование и расчет количества этапов ГРП проводят в симуляторе гидроразрыва пласта с учетом геомеханических условий в пласте (ключевой особенностью низкопроницаемых пластов при операциях ГРП является низкая скорость фильтрации жидкости ГРП в пласт, высокая эффективность жидкости ГРП) в зоне гидроразрыва с целью максимизации закрепленной связной полудлины трещины ГРП при заранее заданной массе пропанта на одну операцию ГРП. Для подбора массы пропанта проводится многовариантное моделирование и рассчитывается экономический эффект и выбирается лучший дизайн операции ГРП. В приведенных примерах оптимальная масса пропанта на одну операцию ГРП составила 120 тонн

2. Затем проводят основной ГРП. Последовательность действий при проведении ГРП:

первый этап - для создания достаточного размера трещины ГРП в пласт сначала закачивается заранее рассчитанный объем низковязкой жидкости разрыва без пропанта с целью увеличения полудлины и ограничения роста в высоту создаваемой трещины ГРП. Далее после прокачки низковязкой жидкости непрерывным образом осуществляется переход на закачку заранее рассчитанного объема высоковязкой жидкости с пропантом с целью доставки пропанта как можно дальше в глубину трещины за счет повышенной песконесущей способности высоковязкой жидкости. Доставка пропанта глубоко в трещину необходима для увеличения полудлины закрепленой трещины ГРП и, как следствие, повышения производительности скважины (фиг. 1);

второй этап - непрерывным образом снова переходят на закачку заранее рассчитанного объема низковязкой жидкости для того, чтобы протолкнуть доставленный на предыдущем этапе пропант как можно дальше вдоль трещины при этом ограничивая ее рост в высоту и сохраняя высокую концентрацию пропанта по всей ее длине. Закачка низковязкой жидкости на втором этапе позволяет протолкнуть пропант, закаченный на первом этапе, и разместить его в более дальних участках трещины с целью увеличения закрепленной полудлины трещины ГРП и, как следствие, увеличения производительности скважины. Далее снова закачивается высоковязкая жидкость с пропантом. (фиг. 2);

третий (фиг. 3) и последующие этапы - закачка выполняется по схеме второго этапа. Этапы могут отличаться друг от друга массой закачиваемого пропанта и объемами жидкости ГРП в зависимости от конкретного дизайна ГРП;

последний этап - стадия продавки. Замещается высоковязкая жидкость с пропантом в стволе скважины низковязкой жидкостью (в объеме ствола скважины).

В таблице 1 приведены сравнительные характеристики различных технологий проведения ГРП и предложенного способа.

Из таблицы 1 следует, что существующие технологии включают использование только высоковязких жидкостей с низкими расходами закачки (до 5 м3/мин), что ограничивает полудлину трещины. Либо использование низковязких жидкостей с высокими расходами закачки (до 16 м3/мин), но с мелкой фракцией пропанта, что позволяет создавать увеличенную полудлину трещины ГРП, но с низкой проводимостью закрепленной трещины. Предложенный способ включает в себя использование высоковязких и низковязких жидкостей с высокими расходами и применение крупной фракции пропанта для увеличения закрепленной полудлины трещины ГРП.

Пример конкретного осуществления способа.

Согласно предлагаемому способу, были проведены многостадийные ГРП на горизонтальной скважине в 3, 4 и 5 этапов закачки. Графики проведения ГРП представлены на фиг. 4-6, где отображены графики изменения устьевого давления (атм), расхода закачки (м³/мин), концентрации пропанта (кг/м³) на каждом этапе закачки.

Пример 1. Проведение операций ГРП в 3 этапа закачки.

В качестве объекта разработки рассматривается залежь нефти со сверхнизкопроницаемым коллектором баженовской свиты (пласт ЮС0). Выбрана горизонтальная скважина X Приобского ЛУ с 10 операциями ГРП.

В качестве низковязкой жидкости используется линейный гель, в качестве высоковязкой - сшитый гель.

На скважине проводят калибровочные закачки путем проведения тестов замещения. Моделирование и расчет количества этапов ГРП проводят в симуляторе гидроразрыва пласта ПК «РН-ГРИД» (свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2022614621) исходя из конкретных геомеханических условий в пласте в зоне гидроразрыва с целью максимизации закрепленной связной полудлины трещины ГРП при заранее заданной массе и фракции пропанта на одну операцию ГРП. Проводят основной процесс ГРП в 3 этапа. Первый этап - в пласт закачивается линейный гель в объеме 30 м³ с расходом 7 м³/мин, следом закачивается сшитый гель, расход которого составляет 7 м³/мин с пропантом фракции 20/40 с постепенным увеличением концентрации от 120 до 800 кг/м³ общая масса пропанта составляет 40 тонн (фиг. 1). Второй этап - закачка линейного геля в объеме 30 м³ с расходом 7 м³/мин. Линейный гель при прохождении сквозь сшитый гель с пропантом, закаченный на первом этапе, позволяет увеличить полудлину трещины, полученной на втором этапе, с сохранением высокой концентрации пропанта по всей трещине ГРП. Далее закачивается сшитый гель, расход которого составляет 7 м³/мин с пропантом фракции 20/40 с постепенным увеличением концентрации от 120 до 800 кг/м³, общая масса пропанта составляет 40 тонн (фиг. 2). Третий этап - закачка линейного геля в объеме 30 м³ с расходом 7 м³/мин. Линейный гель при прохождении сквозь сшитый гель с пропантом, закаченный на втором этапе, позволяет увеличить полудлину трещины, полученную на третьем этапе, с сохранением высокой концентрации пропанта по всей длине трещины ГРП. Далее закачивается сшитый гель, расход которого составляет 7 м³/мин, с пропантом фракции 16/20 с постепенным увеличением концентрации от 120 до 800 кг/м³ общая масса пропанта составляет 40 тонн (фиг. 3). Завершающая стадия - продавка, замещается сшитый гель с пропантом в стволе скважины линейным гелем в объеме ствола скважины 38 м³ всего за 10 операций ГРП закачено с поверхности в скважину 1200 тонн пропанта: 120 тонн на операцию ГРП на горизонтальной скважине пропанта фракции 20/40 (80 т на 1 операцию ГРП) и 16/20 (40 т на 1 операцию ГРП) с максимальной концентрацией до 800 кг/м³ и расходом до 7 м³/мин (фиг. 4). По результатам моделирования в симуляторе ГРП «РН-ГРИД» были получены следующие параметры трещины ГРП: полудлина 280 м, высота 54 м, ширина 5,1 мм. Скважина запущена в режиме фонтанирования.

Пример 2. Проведение операций ГРП в 4 этапа закачки.

В качестве объекта разработки рассматривается залежь нефти со сверхнизкопроницаемым коллектором баженовской свиты (пласт ЮС0). Выбрана горизонтальная скважина X Приобского ЛУ с 10 операциями ГРП.

Аналогично примеру 1 проводят калибровочные закачки и моделирование этапов ГРП. Проводят основной процесс каждой операции ГРП в 4 этапа. Первый этап - в пласт закачивается линейный гель в объеме 20 м³ с расходом 7 м³/мин, следом закачивается сшитый гель, расход которого составляет 7 м³/мин с пропантом фракции 20/40 с постепенным увеличением концентрации от 120 до 800 кг/м³ общая масса пропанта составляет 30 тонн. Второй этап - закачка линейного геля в объеме 20 м³ с расходом 7 м³/мин. Линейный гель при прохождении сквозь сшитый гель с пропантом, закаченный на первом этапе, позволяет увеличить полудлину трещины, полученную на втором этапе, с сохранением высокой концентрации пропанта по всей трещине ГРП. Далее закачивается сшитый гель, расход которого составляет 7 м³/мин с пропантом фракции 20/40 с постепенным увеличением концентрации от 120 до 800 кг/м³ общая масса пропанта составляет 30 тонн. Третий этап - закачка линейного геля в объеме 20 м³ с расходом 7 м³/мин. Линейный гель при прохождении сквозь сшитый гель с пропантом, закаченный на втором этапе, позволяет увеличить полудлину трещины, полученную на третьем этапе, с сохранением высокой концентрации пропанта по всей трещине ГРП. Далее закачивается сшитый гель, расход которого составляет 7 м³/мин с пропантом фракции 16/20 с постепенным увеличением концентрации от 120 до 800 кг/м³, общая масса пропанта составляет 30 тонн. Четвертый этап - закачка линейного геля в объеме 20 м^3, с расходом 7 м³/мин. Линейный гель при прохождении сквозь сшитый гель с пропантом, закаченным на третьем этапе, позволяет увеличить полудлину трещины, полученную на четвертом этапе, с сохранением высокой концентрации пропанта по всей трещине ГРП. Далее закачивается сшитый гель, расход которого составляет 7 м³/мин с пропантом фракции 16/20 с постепенным увеличением концентрации от 120 до 800 кг/м³ общая масса пропанта составляет 30 тонн. Завершающая стадия продавки: замещается жидкость с проппантом в стволе скважины линейным гелем в объеме ствола скважины 36 м³ всего за 10 операций ГРП закачено с поверхности 1200 тонн (120 тонн на операцию ГРП на горизонтальной скважине пропанта фракции 20/40 (60 т на 1 операцию ГРП) и 16/20 (60 т на 1 операцию ГРП) с максимальной концентрацией до 800 кг/м\ с расходом закачки до 7 м³/мин. По результатам моделирования в симуляторе ГРП «РН-ГРИД» были получены следующие параметры трещины ГРП: полудлина 301 м, высота 49 м, ширина 4,6 мм.

Пример 3. Проведение операций ГРП в 5 этапов закачки. В качестве объекта разработки рассматривается залежь нефти со сверхнизкопроницаемым коллектором баженовской свиты (пласт ЮС0). Выбрана горизонтальная скважина X Приобского ЛУ с 10 стадиями ГРП.

Аналогично примеру 1 и 2 проводят калибровочные закачки и моделирование этапов ГРП. Первый этап - в пласт закачивается линейный гель в объеме 14 м³ с расходом 7 м³/мин, следом закачивается сшитый гель, расход которого составляет 7 м³/мин с пропантом фракции 20/40 с постепенным увеличением концентрации от 120 до 800 кг/м³ общая масса пропанта составляет 24 тонны. Второй этап - закачка линейного геля в объеме 14 м³, с расходом 7 м³/мин. Далее закачивается сшитый гель, расход которого составляет 7 м³/мин, с пропантом фракции 20/40 с постепенным увеличением концентрации от 120 до 800 кг/м³ общая масса пропанта составляет 24 тонн. Третий этап - закачка линейного геля в объеме 14 м³ с расходом 7 м³/мин. Далее закачивается сшитый гель, расход которого составляет 7 м³/мин с пропантом фракции 20/40 (12 тонн) и 16/20 (12 тонн) с постепенным увеличением концентрации от 120 до 800 кг/м³, общая масса пропанта составляет 24 тонны. Четвертый этап - закачка линейного геля в объеме 14 м³, с расходом 7 м³/мин. Далее закачивается сшитый гель, расход которого составляет 7 м³/мин, с пропантом размерностью 16/20 с постепенным увеличением концентрации от 120 до 800 кг/м³ общая масса пропанта составляет 24 тонны. Пятый этап - закачка линейного геля в объеме 14 м³, с расходом 7 м³/мин. Далее закачивается сшитый гель, расход которого составляет 7 м³/мин, с пропантом фракции 16/20 с постепенным увеличением концентрации от 120 до 800 кг/м³ общая масса пропанта составляет 24 тонны, завершающая стадия продавки, замещается жидкость с пропантом в стволе скважины линейным гелем в объеме ствола скважины 36 м³. Всего за 10 операций ГРП закачено с поверхности 1200 тонн (120 тонн на операцию ГРП на ГС), пропанта фракции 20/40 (60 т на 1 операцию ГРП) и 16/20 (60 т на 1 операцию ГРП) с максимальной концентрацией до 800 кг/м³, с расходом закачки до 7 м³/мин. По результатам моделирования в симуляторе ГРП «РН-ГРИД» были получены следующие параметры трещины ГРП: полудлина 323 м, высота 46 м, ширина 4,2 мм.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить увеличенную эффективную полудлину трещины ГРП с одновременным сокращением объема закачиваемой жидкости.

Применение предложенного способа позволяет сохранить высокую концентрацию пропанта в различных участках трещины, сформировать гидродинамически связную трещину вдоль всей ее длины и высоты.

Сравнительный анализ предложенного способа с прототипом представлен в таблице №2.

Изобретение относится к области нефтяной промышленности и может быть использовано для интенсификации добычи нефти из продуктивных пластов посредством проведения гидравлического разрыва пласта (ГРП). Техническим результатом является увеличение продуктивности скважин с ГРП за счет создания высокопроводимой трещины ГРП с вертикальным охватом продуктивной части пласта и с устойчивой гидродинамической связью со стволом скважины. Заявлен способ проведения гидроразрыва низкопроницаемых пластов, в котором проводят калибровочные закачки, рассчитывают количество этапов ГРП в симуляторе ГРП исходя из конкретных геомеханических условий в пласте в зоне гидроразрыва при заранее заданной массе и фракции пропанта на одну операцию ГРП, после чего проводят основной ГРП, включающий повторение по меньшей мере трёх раз последовательных этапов: закачки в пласт низковязкой жидкости разрыва и дальнейшей закачки высоковязкой жидкости с пропантом крупной фракции с постепенным увеличением максимальной концентрации пропанта. После проведения основного ГРП завершающим этапом ГРП проводят замещение высоковязкой жидкости в стволе скважины низковязкой. 6 ил., 2 табл.

1. Способ проведения гидроразрыва низкопроницаемых пластов (ГРП), в котором проводят калибровочные закачки; рассчитывают количество этапов ГРП в симуляторе ГРП исходя из конкретных геомеханических условий в пласте в зоне гидроразрыва при заранее заданной массе и фракции пропанта на одну операцию ГРП; далее проводят основной ГРП, включающий повторение по меньшей мере трёх раз последовательных этапов: закачки в пласт низковязкой жидкости разрыва и дальнейшей закачки высоковязкой жидкости с пропантом крупной фракции с постепенным увеличением максимальной концентрации пропанта; после проведения основного ГРП завершающим этапом ГРП проводят замещение высоковязкой жидкости в стволе скважины низковязкой.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве низковязкой жидкости используют линейный гель.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве высоковязкой жидкости разрыва используют сшитый гель.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрацию пропанта постепенно увеличивают от 120 до 800 кг/м³.