Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАЗРЫВА ПЛАСТА В ГОРИЗОНТАЛЬНОМ СТВОЛЕ СКВАЖИНЫ

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при разработке нефтяных месторождений, в частности месторождений, имеющих продуктивные пласты с низкими коллекторскими фильтрационно-емкостными свойствами путем гидравлического разрыва пласта.

Известен способ многократного гидравлического разрыва пласта в горизонтальном стволе скважины (патент RU №2472926, МПК E21B 43/267 опубл. 20.01.2013, бюл. №2), включающий спуск пакера в скважину на колонне труб с последующей его посадкой в скважине, формирование трещин напротив фильтров последовательно в различных интервалах продуктивного пласта, вскрытого горизонтальным стволом, подачей жидкости гидроразрыва через фильтр, установленный в каждой из соответствующих каждому из этих интервалов частей горизонтального ствола с изоляцией остальных его частей, при этом определяют направление горизонтального ствола относительно направления минимального главного напряжения, затем изолируют интервал, подлежащий гидравлическому разрыву пласта, от остальных участков горизонтального ствола посадкой сдвоенных пакеров, затем открывают клапан, размещенный внутри колонны труб между сдвоенными пакерами напротив фильтра, если направление горизонтального ствола параллельно направлению минимального главного напряжения, то гидравлический разрыв пласта производят закачкой разрывной жидкости с образованием поперечных трещин относительно горизонтального ствола и последующим креплением поперечных трещин закачкой жидкости с алюмосиликатным проппантом, постепенно увеличивая его фракции от 20/40 меш до 16/30 меш, если направление горизонтального ствола перпендикулярно направлению минимального главного напряжения, то гидравлический разрыв пласта производят закачкой разрывной жидкости с образованием горизонтальных трещин относительно горизонтального ствола и последующим креплением горизонтальных трещин закачкой жидкости с облегченным проппантом с фракцией 20/40 меш, по окончании гидравлического разрыва пласта скважину закрывают на технологическую паузу в течение 0,5 ч, после чего на устье скважины на колонну труб устанавливают регулируемый штуцер и производят излив отработанной проппантной жидкости из пласта по колонне труб на устье скважины до закрытия клапана, при этом в процессе излива регулированием штуцера добиваются того, чтобы давление в колонне труб стало на 2-3 МПа меньше давления при открытии скважины после технологической паузы, после чего производят распакеровку пакера и перемещают колонну труб в другую часть горизонтального ствола, и вышеописанный процесс по проведению гидравлического разрыва пласта в горизонтальном стволе скважины повторяют в зависимости от количества интервалов горизонтального ствола, оснащенных фильтрами в различных его частях.

Недостатками способа являются:

- во-первых, низкая эффективность реализации способа в продуктивном пласте с низкими коллекторскими фильтрационно-емкостными свойствами, что обусловлено слабым креплением проппанта в продольных и поперечных трещинах, образованных из горизонтального ствола скважины, поэтому при последующей добыче из поперечных и особенно продольных трещин, образованных в продуктивном пласте с низкими коллекторскими фильтрационно-емкостными свойствами, в горизонтальный ствол скважины будут выходить зерна проппанта, что приведет к смыканию трещин и резкому снижению пропускной способности трещин пласта в прискважинной зоне;

- во-вторых, высокая продолжительность проведения гидравлического разрыва пласта, связанная с проведением гидромеханической щелевой перфорации обсадной колонны (хвостовика) спуском перфоратора на колонне труб;

- в-третьих, высокие материальные и финансовые затраты на реализацию способа, связанные с обсаживанием горизонтального ствола обсадной колонной или хвостовиком с последующим ее цементированием.

Наиболее близким по технической сущности является способ гидроразрыва пласта в горизонтальном стволе скважины (патент RU №2401942, МПК E21B 43/26, опубл. 20.10.2010 г., бюл. №29), включающий бурение горизонтального ствола скважины в нефтенасыщенной части продуктивного пласта с цементированием кольцевого пространства между обсадной колонной и горной породой продуктивного пласта горизонтального ствола скважины, перфорацию обсадной колонны, спуск колонны труб с пакером в скважину, перфорацию и формирование трещин гидравлического разрыва пласта закачкой жидкости разрыва в горизонтальном стволе скважины последовательно, начиная с конца, дальнего от оси вертикального ствола скважины, сообщающих горизонтальный ствол скважины с продуктивным пластом, при этом при проведении очередного гидравлического разрыва каждый перфорированный участок, через который производят гидравлический разрыв пласта, изолируют от остальной части колонны пакерами, при этом бурение горизонтального ствола скважины осуществляют в нефтенасыщенной части продуктивного пласта с цементированием кольцевого пространства между обсадной колонной и горной породой горизонтального ствола скважины, а перфорацию горизонтального ствола скважины, азимутально сориентированную интервалами, производят с помощью гидромеханического щелевого перфоратора, спущенного в скважину на колонне труб за одну спуско-подъемную операцию, после чего спускают пакеры, отсекая каждый интервал, равный длине сформированной щели, от остальной части колонны, а гидроразрыв пласта в горизонтальной части ствола скважины производят последовательно, начиная с дальнего от оси вертикального ствола скважины перфорированного участка горизонтального ствола скважины, причем гидромеханическую щелевую перфорацию выполняют двухстороннюю по формированию щелей, которые расположены относительно друг друга под углом 180° в вертикальной плоскости напротив друг друга, относительно оси горизонтального ствола скважины в одном интервале, либо выполняют одностороннюю гидромеханическую щелевую перфорацию с поворотом на 180° в вертикальной плоскости относительно оси горизонтального ствола скважины, поочередно через каждый последующий интервал - в шахматном порядке, равный длине сформированной щели, либо при малой толщине продуктивного пласта и при наличии активной подошвенной воды производят одностороннюю гидромеханическую щелевую перфорацию в направлении кровли пласта.

Недостатки данного способа:

- во-первых, низкая эффективность реализации способа в продуктивном пласте с низкими коллекторскими фильтрационно-емкостными свойствами, обусловленная отсутствием крепления трещин, что приводит к смыканию трещин и резкому снижению пропускной способности трещин пласта в прискважинной зоне;

- во-вторых, низкая надежность проведения гидравлического разрыва пласта, связанная с тем, что интервал перфорации, подлежащий гидравлическому разрыву пласта, отсекается только с одной стороны, поэтому увеличивается вынос проппанта в горизонтальный ствол скважины;

- в-третьих, высокая продолжительность проведения гидравлического разрыва пласта, связанная с проведением всего цикла технологического процесса проведения поинтервального гидравлического разрыва пласта в горизонтальном стволе скважины с применением колонны труб.

Техническими задачами предложения являются повышение эффективности проведения гидравлического разрыва пласта за счет создания в продуктивном пласте с низкими коллекторскими фильтрационно-емкостными свойствами разветвленной сети закрепленных трещин, а также повышение надежности за счет минимизации выноса проппанта в горизонтальный ствол скважины, и сокращение продолжительности проведения гидравлического разрыва пласта за счет ускорения технологического процесса.

Поставленные технические задачи решаются способом гидравлического разрыва пласта в горизонтальном стволе скважины, включающим бурение горизонтального ствола скважины в нефтенасыщенной части продуктивного пласта с цементированием кольцевого пространства между обсадной колонной и горной породой продуктивного пласта горизонтального ствола скважины, перфорацию обсадной колонны в горизонтальном стволе скважины, азимутально сориентированную интервалами с помощью гидромеханического щелевого перфоратора, спущенного в скважину на колонне труб за одну спуско-подъемную операцию, спуск колонны труб с пакером в скважину, посадку пакера, закачку по колонне труб жидкости разрыва и формирование трещин гидравлического разрыва пласта в горизонтальном стволе скважины.

Новым является то, что горизонтальный ствол скважины в нефтенасыщенной части продуктивного пласта бурят в пласте параллельно направлению минимального главного напряжения, спускают обсадную колонну в скважину и цементируют, затем на колонне гибких труб спускают гидромеханический щелевой перфоратор и выполняют поинтервальную перфорацию в горизонтальном стволе скважины, извлекают колонну гибких труб с гидромеханическим щелевым перфоратором из скважины, демонтируют гидромеханический щелевой перфоратор, на нижний конец колонны гибких труб устанавливают заглушку и монтируют на колонне гибких труб два пакера, при этом между пакерами в колонне гибких труб выполняют сквозные отверстия, затем спускают в горизонтальный ствол скважины колонну гибких труб с пакерами и производят поинтервальный гидравлический разрыв пласта через перфорированные интервалы в горизонтальном стволе скважины путем отсечения каждого интервала перфорации с обеих сторон, причем поинтервальный гидравлический разрыв пласта начинают от ближайшего к забою интервала горизонтальной скважины и производят закачкой жидкости разрыва по колонне гибких труб через сквозные отверстия с расходом 2 м³/мин с образованием поперечных трещин из интервала перфорации относительно горизонтального ствола скважины, причем в качестве жидкости разрыва используют сшитый гель на углеводородной основе, после образования поперечных трещин производят их крепление закачкой по колонне труб проппанта фракции 12/18 меш с жидкостью-носителем - сшитым гелем, распакеровывают пакеры и перемещают колонну гибких труб для проведения гидравлического разрыва пласта в следующий интервал перфорации, далее вышеописанные технологические операции повторяют, начиная с посадки пакеров и заканчивая перемещением колонны гибких труб в следующий интервал перфорации в зависимости от количества интервалов перфорации горизонтального ствола скважины, затем извлекают колонну гибких труб с пакерами из скважины и спускают колонну труб с пакером в скважину, сажают пакер в вертикальной части скважины и производят гидравлический разрыв пласта закачкой жидкости разрыва по колонне труб через горизонтальный ствол скважины с образованием продольных трещин гидроразрыва с расходом 8 м³/мин, причем в качестве жидкости разрыва используют линейный гель, после чего производят крепление продольных трещин закачкой кварцевой муки с жидкостью-носителем - линейным гелем.

Сущность предложения заключается в том, что после создания поинтервальных поперечных трещин относительно горизонтального ствола скважины производят закупорку периметра трещины проппантом крупной фракции (12/18 меш.), поэтому при дальнейшем проведении гидравлического разрыва пласта «общим фильтром» путем увеличения темпа закачки происходит «раздувание» трещины и увеличение ее ширины, что приводит к изгибу поверхности поперечных трещин в направлении главного напряжения, а именно к развитию продольных трещин и, как следствие, образованию сети разветвленных трещин в продуктивном пласте с низкими коллекторскими фильтрационно-емкостными свойствами путем гидравлического разрыва пласта.

На фиг.1 и 2 схематично и последовательно изображен предлагаемый способ.

Способ реализуют следующим образом.

Горизонтальный ствол 1 (см. фиг.1) скважины 2 бурят в нефтенасыщенной части продуктивного пласта 3 параллельно направлению минимального главного напряжения - σ_мин.

Спускают обсадную колонну 4 в скважину 2 и цементируют кольцевое пространство 5 между обсадной колонной 4 и горной породой продуктивного пласта 3 горизонтального ствола 1 скважины 2.

Затем на колонне гибких труб 6 в горизонтальный ствол 1 обсадной колонны 4 скважины 2 спускают гидромеханический щелевой перфоратор (на фиг.1 и 2 не показан) и выполняют поинтервальную перфорацию в горизонтальном стволе 1 (см. фиг.1) скважины 2. Например, производят гидромеханическую перфорацию в четырех интервалах 7′, 7′′, 7′′′, 7′′′′ (см. фиг.1 и 2) горизонтального ствола 1 скважины 2, при этом используют любой известный щелевой гидромеханический перфоратор, например, выпускаемый ООО «Комплекс» (г. Екатеринбург, Россия).

Извлекают колонну гибких труб 6 с гидромеханическим щелевым перфоратором из скважины 2, демонтируют гидромеханический щелевой перфоратор. На нижний конец колонны гибких труб 6 устанавливают заглушку 8 и монтируют на колонне гибких труб 6 два пакера 9 и 10, при этом между пакерами 9 и 10 в колонне гибких труб 6 выполняют сквозные отверстия 11.

Пакеры 9 и 10 имеют возможность герметичного отсечения каждого из четырех интервалов 7′, 7′′, 7′′′, 7′′′′ (см. фиг.1 и 2) горизонтального ствола 1 скважины 2. С целью исключения погрешности в посадке и, как следствие, негерметичного отсечения расстояние L (см. фиг.1) между пакерами 9 и 10 на колонне гибких труб 6 должно быть на 5 м больше максимальной длины - l любого из четырех интервалов 7′, 7′′, 7′′′, 7′′′′.

В качестве колонны гибких труб 6 (см. фиг.1 и 2) применяют, например, колонну гибких труб диаметром 60 мм. В качестве пакеров 9 и 10 применяют проходные пакеры с якорем механической осевой и поворотной установок ПРО-ЯМ2-ЯГ1(Ф) или ПРО-ЯМ3-ЯГ2 (Ф) (на 100 МПа) производства научно-производственной фирмы «Пакер» (г. Октябрьский, Республика Башкортостан, Российская Федерация).

Спускают в горизонтальный ствол 1 скважины 2 колонну гибких труб 6, заглушенную снизу и оснащенную пакерами 9 и 10. Производят поинтервальный гидравлический разрыв пласта через перфорированные интервалы 7′, 7′′, 7′′′, 7′′′′ в горизонтальном стволе 1 скважины 2. Для этого сначала производят посадку пакеров 9 и 10 и отсекают ближайший к забою интервал перфорации 7′ горизонтального ствола 1 скважины 2. Производят гидравлический разрыв пласта в данном интервале закачкой жидкости разрыва, в качестве которой применяют сшитый гель на углеводородной основе.

Сшитый гель на углеводородной основе с расходом 2 м³/мин по колонне гибких труб 6 через ее сквозные отверстия 11 попадает в интервал перфорации 7′ горизонтального ствола 1 скважины 2 с образованием поперечной трещины 12′ относительно горизонтального ствола 1 скважины 2. Об образовании поперечной трещины 12′ свидетельствуют падение давления закачки и увеличение приемистости пласта 1. Например, при закачке сшитого геля в пласт 3 достигли давления 30 МПа, вследствие образования поперечной трещины 12′ в пласте 3 произошло падение давления закачки сшитого геля на 25%, т.е. до 22,5 МПа, при этом приемистость пласта 3 увеличилась на 50%, например, с расходом до 4,5 м³/мин.

Применение колонны гибких труб 6 ускоряет технологический процесс проведения спуско-подъемных операций и позволяет сократить продолжительность проведения гидравлического разрыва пласта, а применение сдвоенных пакеров позволяет отсечь интервал перфорации, подлежащий гидравлическому разрыву пласта, с двух сторон, что позволяет минимизировать вынос проппанта при проведении гидравлических разрывов последующих интервалов перфорации пласта в горизонтальном стволе 1 скважины 2.

Производят крепление поперечной трещины 12′ закачкой по колонне гибких труб 6 проппанта фракции 12/18 меш с размером зерен 0,8-1,0 мм с жидкостью-носителем (сшитым гелем).

Проппант фракции 12/18 меш с размером зерен 0,8-1,0 мм изготавливается по ГОСТ Р 51761-2005 - «Проппанты алюмосиликатные. Технические условия» и выпускается Боровичевским комбинатом огнеупоров (г. Боровичи, Республика Беларусь).

Сшитый гель на углеводородной основе имеет высокую вязкость в пласте, что при его закачке в пласт с расходом 2 м³/мин обеспечивает создание широких, глубоко проникающих трещин с хорошим заполнением расклинивающего материала (проппанта). При деструкции не образует осадка, не повреждает пласт и набивку проппанта.

Распакеровывают пакеры 9 и 10 и перемещают колонну гибких труб 6 в сторону устья скважины 2 для проведения гидравлического разрыва пласта в следующем интервале 7′′, где повторяют аналогично все технологические операции, начиная с отсечения интервала перфорации 7′′ пакерами 9 и 10 и заканчивая перемещением колонны гибких труб 6 в следующий интервал 7′′′. Таким образом, производят поинтервальный гидравлический разрыв пласта с образованием поперечных трещин 12′, 12′′, 12′′′, 12′′′′ во всех интервалах перфорации 7′, 7′′, 7′′′, 7′′′′ в горизонтальном стволе 1 скважины 2.

Для создания поперечных трещин 12′, 12′′, 12′′′, 12′′′′ (см. фиг.1) в пласте 3 используют сшитый гель на углеводородной основе с динамической вязкостью 150 (сП) (см. главу 3 монографии С.А. Рябоконя «Технологические жидкости для заканчивания и ремонта скважин (ОАО НПО «Бурение», 2006. С.153), который включает раствор полимера (МО-НТ) в углеводороде, сшивающий и временной деструктор (МО-НТ-гидрофобная модификация ПАА) My-T-Oil (Halliburton).

Далее извлекают колонну гибких труб 6 с пакерами 9 и 10 из скважины 2 и спускают колонну труб 13 (см. фиг.2) с пакером 14 в скважину 2. Сажают пакер 14 в вертикальной части скважины 2. По колонне труб 13 (см. фиг.2) закачивают жидкость разрыва (линейный гель) в горизонтальный ствол 1 скважины 2 с расходом 8 м³/мин, через поперечные трещины 12′, 12′′, 12′′′, 12′′′′ образуют продольные трещины 15′, 15′′, 15′′′, 15′′′′ в пласте 3 относительно открытого горизонтального ствола 1 скважины 2. Об образовании продольных трещин 15′, 15′′, 15′′′, 15′′′′ свидетельствуют падение давления закачки и увеличение приемистости пласта 3.

Например, при закачке линейного геля в пласт 3 достигли давления 33 МПа, вследствие образования продольных трещин 15′, 15′′, 15′′′, 15′′′′ в пласте 3 произошло падение давления закачки сшитого геля на 25%, т.е. до 24,75 МПа, при этом приемистость пласта 3 увеличилась на 30%, например, с расходом до 10,4 м³/мин.

Производят крепление продольных трещин 15′, 15′′, 15′′′, 15′′′′ закачкой по колонне труб 13 мелкого проппанта с размером зерен 0,05-0,15 мм, например кварцевой муки с жидкостью-носителем (линейным гелем).

В качестве мелкого проппанта применяют кварцевую муку с размером зерен до 0,1 мм, которую выпускают по ТУ5717-001-16767071-99 (поставщик ООО Торговый дом «Кварц», г. Екатеринбург, Россия).

Линейный гель имеет малые потери на трение в трубах, что при большой скорости закачки 8 м³/мин позволяет проникать глубоко в пласт 3 и обеспечивает равномерное осаждение мелкого проппанта по поперечным 12′, 12′′, 12′′′′, 12′′′′ и продольным 15′, 15′′, 15′′′, 15′′′′ трещинам.

Для создания продольных трещин 15′, 15′′, 15′′′, 15′′′′ из поперечных трещин 12′, 12′′, 12′′′, 12′′′′ в пласте 3 относительно открытого горизонтального ствола 1 скважины 2 используют линейный гель с динамической вязкостью 30 (сП).

Например, применяют линейный гель на водной основе, который готовят на водорастворимых полимерах различной природы любого известного состава (например, см. монографию С.А. Рябоконя «Технологические жидкости для заканчивания и ремонта скважин» ОАО НПО «Бурение», 2006. - С.118).

Повышается эффективность реализации способа в продуктивном пласте с низкими коллекторскими фильтрационно-емкостными свойствами за счет крепления поперечных трещин крупным проппантом фракции 12/18 меш с размером зерен 0,8-1,0 мм, а продольных трещин - мелким проппантом с размером зерен 0,1 мм. Мелкие зерна проппанта связывают крупные зерна проппанта в продольных трещинах, исключая их подвижность. В результате исключаются смыкание поперечных трещин и выход проппанта в открытый горизонтальный ствол 1 скважины 2 в пласте 3, что сохраняет их пропускную способность. В результате в продуктивном пласте 3 с низкими коллекторскими фильтрационно-емкостными свойствами образуется разветвленная сеть закрепленных поперечных 12′, 12′′, 12′′′′, 12′′′′ и продольных 15′, 15′′, 15′′′, 15′′′′ трещин, что приводит к повышению эффективности проведения гидравлического разрыва пласта.

По окончании гидравлического разрыва горизонтального ствола скважины стравливают давление в скважине 2, распакеровывают пакер 14 и извлекают из скважины 2 колонну труб 13 с пакером 14. Спускают в скважину 2 эксплуатационное оборудование (на фиг.1 и 2 не показано) и запускают скважину в эксплуатацию.

Предлагаемый способ гидравлического разрыва пласта в горизонтальном стволе скважины позволяет:

- повысить эффективность реализации способа в продуктивном пласте с низкими коллекторскими фильтрационно-емкостными свойствами;

- сократить продолжительность проведения ГРП;

- повысить качество проведения ГРП за счет минимизации выноса проппанта в горизонтальный ствол скважины.