Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ УЛУЧШЕНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ СВЯЗИ СКВАЖИНЫ С ПРОДУКТИВНЫМ ПЛАСТОМ

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для улучшения гидродинамической связи скважины с продуктивным пластом в карбонатных породах.

Известен способ гидроразрыва пласта и устройство для его осуществления (патент RU №2007552, МПК 8 E21B 43/26, опубл. 15.02.1994), включающий спуск в скважину колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) с перфоратором, имеющим перфорационные отверстия в одной вертикальной плоскости азимутальной ориентации НКТ, щелевую перфорацию в заданном направлении, промывку скважины, подъем НКТ с перфоратором, спуск НКТ с пакером и якорем, закачку под давлением жидкости разрыва и жидкости песконосителя.

Недостатком данного способа является негарантированное распространение трещины в направлении заданной щелевой перфорации.

Также известен способ проведения направленного гидравлического разрыва пласта (патент RU №2177541, МПК E21B 43/26, опубл. 27.12.2001 г.), включающий спуск в скважину устройства для прорезания щелей в обсадной трубе, закачку абразивной жидкости разрыва, суспензии жидкости-носителя с закрепляющим материалом и продавочной жидкости. Их закачивают темпом, обеспечивающим давление на забое выше давления разрыва пласта. Осуществляют технологическую выдержку и ввод скважины в эксплуатацию. В обсадной колонне прорезают щель, имеющую кольцевое сечение и конусоидальный профиль для обеспечения гидромониторного эффекта. При закачке жидкостей через щель в обсадной колонне прорезают жидкостью кольцевую щель конической формы в цементном камне и горной породе в плоскости, перпендикулярной оси обсадной трубы. Затем эту щель углубляют, после чего приступают к закачке жидкости разрыва.

Недостатками данного способа являются необходимость дополнительной перфорации устройством для прорезания щелей в обсадной колонне, а также углубление этих щелей закачкой абразивной жидкости, ухудшающей проницаемость призабойной зоны пласта (ПЗП).

Известен также способ проведения локального направленного гидроразрыва пласта (патент RU №2335628, МПК E21B 43/26, опубл. в бюл. №28 от 10.10.2008 г.), включающий определение напряженных зон в пласте-коллекторе необсаженного ствола скважины сейсмическим зондированием методом рассеянных волн, бурение боковых параллельных стволов малого диаметра вдоль оси главных напряжений сжатия горного массива. При этом расстояние между параллельными горизонтальными стволами выбирают из условия обеспечения их устойчивости и проведения вертикального гидроразрыва по длине горизонтальных стволов с обеспечением движения трещин навстречу друг другу и их слияния с вовлечением в разработку целиков нефти, ее тупиковых и застойных зон в пласте с подошвенной водой или в пласте с выше - и нижележащей водой. Недостатками данного способа являются:

- необходимость определения напряженных зон в пласте-коллекторе путем сейсмического зондирования методом рассеянных волн в необсаженном стволе скважины;

- бурение боковых параллельных стволов малого диаметра вдоль оси главных напряжений сжатия горного массива.

Наиболее близким по технической сущности является способ улучшения гидродинамической связи скважины с продуктивным пластом (патент RU №2351751, МПК E21B 43/16, 43/26, опубл. в бюл. №10 от 10.04.2009 г.), включающий гидравлический разрыв пласта путем установки пакера над кровлей перфорированного продуктивного пласта, закачки в подпакерную зону жидкости гидроразрыва, создания в подпакерной зоне давления гидроразрыва и продавки в образовавшуюся трещину жидкости гидроразрыва, согласно изобретению вначале производят герметизацию заколонного пространства скважины и бурение радиальных перфорационных каналов в заданном интервале продуктивного пласта, после чего производят гидравлический разрыв пласта (ГРП), при этом бурение радиальных перфорационных каналов производят ориентированно в заданном направлении, а в качестве жидкости гидроразрыва пласта используют кислотный состав.

Недостатками данного способа являются:

- во-первых, сложность и трудоемкость проведения процесса, так как для проведения ГРП необходимо бурение радиальных перфорированных каналов, причем это бурение осуществляют ориентированно в заданном направлении;

- во-вторых, ГРП осуществляют кислотным составом без крепления трещины, что в карбонатном пласте приводит к быстрому снижению продуктивности (приемистости) и требует повторных работ по улучшению проницаемости пласта, а это в целом снижает эффективность применения данного способа.

Задачами изобретения являются упрощение осуществления способа и снижение трудоемкости его выполнения, а также повышение эффективности разработки карбонатного пласта за счет увеличения радиуса дренирования, поверхности фильтрации и площади дренирования продуктивного пласта путем создания двух направленных трещин ГРП, первую из которых закрепляют закачкой жидкости разрыва с крепителем трещины с последующей отработкой скважины на излив.

Поставленная задача решается способом улучшения гидродинамической связи скважины с продуктивным пластом, включающим кислотный гидравлический разрыв пласта (ГРП), путем установки пакера над кровлей перфорированного продуктивного пласта, закачки в подпакерную зону жидкости гидроразрыва, создания в подпакерной зоне давления гидроразрыва и продавки в образовавшуюся трещину жидкости гидроразрыва.

Новым является то, что после кислотного ГРП производят повторный ГРП в два этапа, причем на первом этапе образовавшуюся вследствие кислотного ГРП трещину закрепляют закачкой жидкости гидроразрыва с проппантом в расчетном количестве, достаточном для изменений горизонтальных напряжений в карбонатном пласте и перпендикулярного направления второй трещины, образующейся при проведении второго этапа кислотного ГРП относительно первой трещины, причем после проведения первого этапа повторного ГРП проводят отработку скважины на излив через штуцеры в возрастающей последовательности их диаметров, при этом на первом этапе ГРП в качестве жидкости гидроразрыва используют гель, а на втором - кислотный состав.

На фиг.1 изображена плоскость трещины, направленная перпендикулярно минимальному горизонтальному напряжению в пласте.

На фиг.2 изображена схема переориентации трещины на втором этапе гидроразрыва пласта.

Суть способа заключается в следующем.

На фиг.1 изображены: 1 - скважина; 2 - плоскость трещины ГРП; σ_мин - направление минимального горизонтального напряжения в пласте.

При первичном кислотном гидроразрыве в карбонатных породах создается трещина травления за счет растворения породы карбонатного пласта в соляной кислоте. В качестве соляной кислоты применяют, например, 25%-ную соляную ингибированную кислоту, выпускаемую фирмой «НИИНЕФТЕПРОМХИМ» по ТУ 2458-264-05765670-99 (г.Чебоксары, Российская Федерация).

Проведение повторного кислотного разрыва приведет к еще большему раскрытию существующей трещины. Это происходит потому, что трещина гидроразрыва образуется всегда перпендикулярно направлению минимального главного напряжения в пласте и растворение породы в существующей трещине приведет к еще большему снижению напряжения в данном направлении.

Чтобы повысить эффективность повторного гидроразрыва и увеличить охват пласта выработкой запасов, вторая трещина должна пройти перпендикулярно первой. Чтобы добиться этого, повторный гидроразрыв следует провести в два этапа.

С целью изменения горизонтальных напряжений в карбонатном пласте и азимутальной ориентации второй трещины перпендикулярно направлению первичной трещины, на первом этапе закачивают жидкость гидроразрыва (гель) с пропантом, чтобы набить и раздвинуть стенки первой трещины, образовавшейся вследствие кислотного ГРП.

Количество закачанного проппанта должно быть достаточным для того, чтобы деформировать и максимально раздвинуть стенки существующей трещины так, чтобы минимальное горизонтальное напряжение в пласте, перпендикулярное стенкам трещины возросло более, чем промежуточное главное напряжение.

С этой целью производят закачку геля (гелеобразной жидкости гидроразрыва) порциями: первая - в объеме, равном от 12 до 14 м³ с расходом 2 м³/мин; вторая - закачка жидкости разрыва совместно с крепителем трещин в объеме от 30 до 35 м³ с расходом 2 м³/мин, причем в качестве крепителя трещин используют проппант фракции 20/40 меш по ГОСТ Р 51761-2005, причем концентрацию проппанта в жидкости гидроразрыва плавно увеличивают, после чего осуществляют продавку технологической жидкости в объеме, равном внутреннему объему спущенных НКТ, со ступенчатым снижением расхода от 2 до 1 м³/мин.

В качестве гелеобразной жидкости применяют известные составы, например, разработанные ЗАО «ХимекоГАНГ», имеющие торговые наименования «Химеко-Н» (ТУ 2481-053-17197708), «Химеко-Т» (ТУ2481-077-17197708-03), «Химеко-В» (ТУ 2499-038-17197708-98). Порядок приготовления гелеобразной жидкости и ее закачки с помощью насосного агрегата ЦА-320 описан в патенте RU №2358100, МПК 8 E21B 43/26, опубл. в бюл. №16 от 10.06.2009 г. В качестве дополнительного примера использования гелеобразной жидкости может быть структурированная углеводородная гелеобразная композиция для гидравлического разрыва пласта, описанная в патенте RU №2043491, МПК 8 E21B 43/26, опубл. 10.09.1995 г.

По окончании первого этапа повторного ГРП для закрепления пропанта, закачанного в первичную трещину и, соответственно, закрепления достигнутого значения минимального горизонтального напряжения в пласте, которое вследствие закачки в первую трещину расчетного количества пропанта превышает значение промежуточного главного напряжения в продуктивном пласте, производят отработку скважины на излив через штуцеры в возрастающей последовательности их диаметров: 2, 4, 8, 16 мм и тем самым обеспечивают плавное увеличение депрессии в призабойной зоне, сопровождающееся выносом жидкости гидроразрыва, укреплением горным давлением пропанта в трещине, при этом во всем процессе работ ГРП в коллектор призабойной зоны извне не попадает водная фаза, что благоприятствует движению и извлечению нефтяной фазы. Например, штуцеры устанавливают внутри патрубка, выполненного в виде отрезка трубы, которую наворачивают на верхний конец колонны труб после того, как закроют трубную задвижку (после проведения первого этапа ГРП). После этого открывают трубную задвижку и пускают скважину на излив, например в емкость (на фиг.1 и 2 не показано). По окончании излива (по истечении времени) отворачивают патрубок со штуцерами с колонны труб на устье скважины и приступают к осуществлению второго этапа ГРП.

Производят второй этап повторного ГРП с применением кислотного состава (кислотный гидроразрыв пласта), но при этом за счет перераспределения направлений напряжения вторая трещина развивается перпендикулярно первой и лишь вдали от скважины повернется и выровняется соответственно направлениям промежуточных главных напряжений в нетронутом массиве пород (см. фиг.2).

Второй этап кислотного ГРП производится аналогично созданию первой трещины кислотным ГРП (см. выше), например, с применением соляной кислоты.

Для того чтобы изменить направление минимального горизонтального напряжения в пласте, необходимо увеличить поле минимальных напряжений приблизительно на 20% так, чтобы выполнялось условие:

σ'_мин▷σ_мин,

где σ'_мин - величина, на которую необходимо увеличить горизонтальное напряжение в пласте, МПа;

σ_мин - минимальное горизонтальное напряжение в пласте, МПа.

Величину, на которую необходимо увеличить горизонтальное напряжение в пласте, определим по формуле:

σ'_мин▷σ_мин · 0,2 МПа.

Минимальное горизонтальное напряжение в пласте определим по формуле:

где ν - коэффициент Пуассона для карбонатных пород;

σ_ν - вертикальное горное давление, МПа;

α - константа пороупругости, принимаем равной 0,9;

p - пластовое давление, МПа.

Эффективное давление, которое необходимо создать в трещине, для того чтобы раздвинуть стенки существующей трещины в пласте, рассчитаем по формуле:

р_эф=σ_мин·1,2 МПа.

Вертикальное горное давление определим по формуле:

σ_ν= ρ_гgH, МПа,

где ρ_г - плотность горных пород (для карбонатов принимаем равным 2,5 т/м³);

g - ускорение свободного падения, м/с;

Н - глубина залегания пласта по вертикали, м.

Чтобы обеспечить условие σ'_мин▷σ_мин, необходимо закачать в трещину проппант массой, определенной по следующей формуле:

где x_f - полудлина трещины, м;

h_f - высота трещины, м;

- средняя ширина трещины, м;

ρ_проп - плотность пропанта, принимаем равной 3,08 т/м³.

Среднюю ширину трещины определим по формуле:

где с - коэффициент податливости трещины и определяется по формуле:

где: π - 3,141592653…;

h_f - высота трещины, м;

E' - модуль плоской деформации, определяется по формуле:

где Е - модуль Юнга для карбонатных пород.

Предложенный способ улучшения гидродинамической связи скважины с продуктивным пластом прост в осуществлении и имеет низкую трудоемкость его выполнения, так как исключает бурение радиальных перфорированных каналов, что позволяет сократить время, а значит, сэкономить материальные и финансовые средства.

Кроме того, при реализации данного способа повышается эффективность разработки карбонатного пласта за счет увеличения радиуса дренирования, поверхности фильтрации и площади дренирования продуктивного пласта путем создания двух направленных трещин при проведении ГРП в два этапа, первую из которых закрепляют закачкой жидкости гидроразрыва с крепителем трещины с последующей отработкой скважины на излив.

Пример конкретного выполнения

Производят кислотный гидравлический разрыв пласта (ГРП), при этом в карбонатном пласте образуется трещина травления (первая) за счет растворения породы карбонатного пласта в соляной кислоте.

Далее производят первый этап повторного ГРП. Для этого рассчитывают количество пропанта для закрепления первой трещины, достаточного для изменений горизонтальных напряжений в карбонатном пласте и перпендикулярного направления второй трещины, образующейся при проведении второго этапа ГРП относительно первой трещины.

Исходные данные для расчета

Плотность горных пород для карбонатов (ρ_г) принимаем равной 2,5 т/м³; g - ускорение свободного падения - 9,81 м²/с; глубина залегания пласта по вертикали Н - 1500 м; коэффициент Пуассона для карбонатных пород (ν) примем 0,30; константу пороупругости (α) принимаем равной 0,9; пластовое давление (p) примем равным 100 атм; высота первоначальной трещины кислотного ГРП (h_f) определяется при помощи методов ГИС, в качестве примера примем 7 метров; модуль Юнга для карбонатных пород (Е) примем равным 10000 МПа; усредненно примем, что полудлина трещины (x_f) составила 50 м; плотность пропанта (ρ_проп) принимаем равной 3,08 т/м³.

1. Рассчитаем вертикальное горное давление:

σ_v=ρ_гgH=2,5·9,81·1500=36,8 МПа

2. Определим минимальное горизонтальное напряжение в пласте:

3. Эффективное давление в трещине рассчитаем по формуле:

р_эф=σ_мин·1,2=21·1,2=25,2 МПа

4. Величину, на которую необходимо увеличить горизонтальное напряжение, определим по формуле:

σ'_мин=σ_мин·0,2=21·0,2=4,2 МПа

5. Рассчитаем модуль плоской деформации:

6. Коэффициент податливости трещины определим по формуле:

7. Среднюю ширину трещины рассчитаем по формуле:

8. Определим количество (массу) проппанта, которое необходимо закачать в первую трещину при осуществлении первого этапа повторного ГРП:

Следовательно, для того чтобы изменить направление минимальных горизонтальных напряжений в пласте и перпендикулярно направить вторую трещину, образующуюся при проведении второго этапа ГРП относительно первой трещины, необходимо закачать в первую трещину ГРП не менее 9 т проппанта.

По окончании первого этапа повторного ГРП для закрепления проппанта, закачанного в первую трещину продуктивного пласта, и, соответственно, закрепления достигнутого значения минимального горизонтального напряжения в пласте, которое вследствие закачки в первую трещину расчетного количества проппанта превышает значение промежуточного главного напряжения в продуктивном пласте, производят отработку скважины на излив через штуцеры в возрастающей последовательности их диаметров: 2, 4, 8, 16 мм. Например, штуцеры (на фиг.1 и 2 не показано) устанавливают внутри патрубка, выполненного в виде отрезка трубы, которую наворачивают на верхний конец колонны труб после того, как закроют трубную задвижку (после проведения первого этапа ГРП). После этого открывают трубную задвижку и пускают скважину на излив, например, в емкость. По окончании излива (по истечении времени) отворачивают патрубок со штуцерами с колонны труб на устье скважины и приступают к осуществлению второго этапа ГРП.

Первая трещина, образованная вследствие кислотного ГРП, была заполнена пропантом в количестве не менее 9 т, и пропант был закреплен в первой трещине продуктивного пласта путем отработки скважины на излив. Это позволило закрепить достигнутое значение минимального горизонтального напряжения в пласте, которое вследствие закачки в первую трещину расчетного количества пропанта превышает значение промежуточного главного напряжения в продуктивном пласте, поэтому при осуществлении второго этапа кислотного ГРП происходит перераспределение направлений напряжения и вторая трещина образуется перпендикулярно первой трещине.