Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАЗРЫВА ПЛАСТА В СКВАЖИНЕ

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для повышения производительности добывающих и нагнетательных скважин.

Известен способ гидравлического разрыва пласта (ГРП) в скважине (патент RU №2358100, МПК E21B 43/26, опубл. 10.06.2009 г., Бюл. №16), включающий перфорацию стенок скважины каналами глубиной не менее протяженности зоны концентрации напряжений в породах от ствола существующей скважины и закачку в скважину гелеобразной жидкости разрыва «Химеко» порциями: первой - в объеме 3-8 м³; второй - в объеме 10-12 м³ и с крепителем трещин разрыва; третьей - в объеме 2-3 м³, после чего осуществляют продавку порций гелеобразной жидкости в пласт с расходом 0,5-1 м³/мин.

Недостатками данного способа являются:

- во-первых, небольшой радиус дренирования скважин, так как в первой порции закачивается всего 3-8 м³ гелеобразной жидкости разрыва, поэтому при закачке дальнейших порций гелеобразной жидкости разрыва с проппантом невозможно продавить проппант глубже уже образованной трещины пласта (развить трещину), кроме того, применяется гелеобразная жидкость разрыва «Химеко» с одной динамической вязкостью и крепителем трещин одной фракции;

- во-вторых, неравномерное распределение проппанта в трещине пласта, которое происходит из-за того, что крепитель трещин добавляют только при закачке второй порции гелеобразной жидкости разрыва в объеме 10-12 м³, которую затем продавливают в пласт, поэтому проппант концентрируется в основном только в определенной зоне трещины пласта, т.е. в той зоне трещины пласта, куда удалось осуществить продавку проппанта;

- в-третьих, низкая эффективность проведения гидравлического разрыва пласта вследствие неравномерной закрепленности трещины в пласте, т.е. трещина при последующей эксплуатации добывающей или нагнетательной скважины в короткий промежуток времени смыкается, что приводит к снижению производительности добывающих и нагнетательных скважин.

Наиболее близким по технической сущности является способ гидравлического разрыва пласта в скважине (патент RU №2473798, МПК E21B 43/26, опубл. 27.01.2013 г., Бюл. №3), включающий перфорацию стенок скважины в интервале пласта каналами глубиной не менее протяженности зоны концентрации напряжений в породах от ствола скважины, спуск колонны труб с пакером, установку пакера над кровлей перфорированного продуктивного пласта, закачку в подпакерную зону гелированной жидкости разрыва, создание в подпакерной зоне давления гидроразрыва пласта и продавку в образовавшуюся трещину пласта гелированной жидкости разрыва с крепителем трещины (проппантом), причем перед проведением гидравлического разрыва пласта колонну труб заполняют технологической жидкостью и определяют общий объем гелированной жидкости разрыва по формуле:

V_г=K·H_п,

где V_г - суммарный объем жидкости разрыва, м³;

K - коэффициент перевода (K=11-12), м³/м;

H_п - высота интервала перфорации пласта, м,

общий объем гелированной жидкости разрыва разделяют на две части, из которого 2/3 Vг - объем сшитого геля, а 1/3 Vг - линейного геля. Процесс ГРП начинают с закачки в скважину по колонне труб гелированной жидкости разрыва - сшитого геля с динамической вязкостью 150-200 сПа до образования трещины разрыва в пласте, после создания трещины разрыва в пласте оставшийся от 2/3 Vг объем сшитого геля закачивают равными порциями в 3-5 циклов с добавлением проппанта фракции 12-18 меш с расходом 1,5-2 м³/мин, причем проппант вводят в сшитый гель ступенчато с увеличением концентраций от 200 кг/м³ до 1000 кг/м³, далее, не останавливая процесс ГРП, в скважину по колонне труб, увеличив расход до 2,5-3 м³/мин, закачивают равными порциями в 3-5 циклов жидкость разрыва - линейный гель динамической вязкостью 30-50 сПа с добавлением проппанта фракции 20-40 меш со ступенчатым увеличением концентрации от 200 кг/м³ до 1000 кг/м³, после закачки в колонну труб скважины последней порции линейного геля с проппантом производят их продавку в пласт технологической жидкостью, при этом в процессе продавки снижают расход технологической жидкости до 0,5-1 м³/мин в течение 1-3 мин и вновь возобновляют закачку с расходом 2,5-3 м³/мин до полной продавки линейного геля с проппантом в пласт, после чего производят выдержку в течение времени, необходимого для спада давления закачки на 70-80%, распакеровывают пакер и извлекают его с колонной труб из скважины.

Недостатками данного способа являются:

- во-первых, низкая эффективность проведения ГРП, обусловленная тем, что по способу сначала циклически производится гидравлический разрыв пласта, а затем циклическое крепление образовавшихся трещин проппантом, при этом конечные участки трещин к моменту их заполнения проппантом успевают сомкнуться, что снижает пропускную способность трещин разрыва и ограничивает приток пластового флюида в ствол скважины;

- во-вторых, низкое качество крепления трещины в призабойной зоне пласта, так как в процессе освоения и эксплуатации скважины происходит вынос проппанта из трещины в ствол скважины, что приводит к смыканию трещины и снижению ее проводимости;

- в-третьих, вынос проппанта из трещины в ствол скважины приводит к абразивному износу насосного оборудования и выходу его из строя и, как следствие, к снижению межремонтного периода работы скважины;

- в-четвертых, применение сшитого геля в качестве жидкости гидроразрыва увеличивает гидравлическое сопротивление, при этом трещины получаются короткими и широкими, что ограничивает их применение в высокопроницаемых пластах, особенно при расположении вблизи водоносных пластов и пропластков.

Техническими задачами предложения являются повышение эффективности гидравлического разрыва пласта за счет крепления трещины, начиная с ее конечного участка, а также повышение качества крепления трещины в призабойной зоне пласта за счет создания структуры трещины, позволяющей неподвижно удерживать зерна проппанта в призабойной зоне пласта, исключающей выход проппанта в ствол скважины, а также увеличение межремонтного периода работы скважины за счет исключения абразивного износа насосного оборудования с возможностью реализации способа в высокопроницаемых пластах.

Поставленные технические задачи решаются способом гидравлического разрыва пласта в скважине, включающим перфорацию стенок скважины в интервале пласта каналами глубиной не менее протяженности зоны концентрации напряжений в породах от ствола скважины, спуск колонны труб с пакером, посадку пакера над кровлей перфорированного продуктивного пласта, определение общего объема гелированной жидкости разрыва, создание в подпакерной зоне давления гидроразрыва пласта закачкой в скважину по колонне труб гелированной жидкости разрыва - линейного геля - до образования трещины разрыва в пласте, закачку в трещину разрыва крепителя трещины, стравливание давления в колонне труб, распакеровку и извлечение пакера с колонной труб из скважины.

Новым является то, что после образования трещины разрыва в пласте объем гелированной жидкости разрыва разделяют на две равные части и используют в качестве жидкости-носителя крепителя трещины, причем в первой части закачивают жидкость-носитель с крепителем трещины - проппантом фракции 20/40 меш с концентрацией 600 кг/м³, а вторую часть разделяют на две равные порции, сначала закачивают первую порцию жидкости-носителя с крепителем трещины, состоящим из проппанта фракций 20/40 меш и проппанта с полимерным покрытием фракции 16/20 меш и гранулированной извести в соотношении 40%:40%:20% с концентрацией 800 кг/м³ каждого компонента, а затем закачивают вторую порцию жидкости-носителя с крепителем трещины, состоящим из проппанта фракций 16/20 меш, проппанта с полимерным покрытием фракции 16/20 меш и гранулированной извести в соотношении 40%:60%:20% с концентрацией 1000 кг/м³ каждого компонента, после чего в колонну труб закачивают 25%-ный водный раствор уксусной кислоты в объеме, равном общему объему закачанной жидкости-носителя с гранулированной известью, и продавливают его в призабойную зону пласта технологической жидкостью, выдерживают технологическую паузу на реакцию в течение 4 ч.

На фигуре показан процесс реализации предлагаемого способа гидравлического разрыва пласта в скважине.

Предлагаемый способ гидравлического разрыва пласта в скважине осуществляют следующим образом.

Способ гидравлического разрыва пласта в скважине включает перфорацию стенок скважины 1 каналами (перфорацией) 2 глубиной не менее протяженности зоны концентрации напряжений в породах от ствола скважины любым известным способом, например, как описано в патенте RU №2358100, МПК E21B 43/26, опубл. 10.06.2009 г.

Далее в скважину 1, в зону проведения ГРП, производят спуск колонны труб 3, например, колонны насосно-компрессорных труб диаметром 73 мм с пакером 4 так, чтобы пакер 4 находился на 5-10 м выше кровли 5 перфорированного продуктивного пласта 6 (см. фиг. 1), подлежащего ГРП, а нижний конец колонны труб 3 - на уровне кровли 5 пласта 6.

Производят посадку пакера 4 любой известной конструкции, например, проходного пакера с якорем с механической поворотной установкой ПРО-ЯМ2-ЯГ1(Ф) или ПРО-ЯМ3-ЯГ2(Ф) (на 100 МПа).

Таким образом, герметизируют заколонное пространство 7 скважины 1 с целью защиты стенок скважины от воздействия высокого давления, возникающего в процессе ГРП.

Определяют общий объем гелированной жидкости разрыва по следующей формуле:

V_г=k·H_п,

где V_г - общий объем гелированной жидкости разрыва, м³;

k=11-12 - коэффициент перевода, м³/м, примем k=11;

H_п - высота интервала перфорации пласта, м.

В данной формуле коэффициент перевода получен опытным путем и зависит от физико-химических свойств пласта 6, в котором производят ГРП.

Например, высота интервала перфорации пласта равна 6 м. Подставляя в формулу Vг=k·H_п, получаем общий объем гелированной жидкости разрыва:

Vг=11(м³/м)·6(м)=66 м³.

Готовят гелированную жидкость разрыва - линейный гель - любым известным способом, например, как описано в патенте RU №2381252, МПК C09K 8/68, опубл. 10.02.2010 г.

Закачивают в скважину 1 по колонне труб 3 гелированную жидкость разрыва - линейный гель - с динамической вязкостью, например, 30 сП до образования трещины разрыва 8 в пласте 6.

Закачку линейного геля производят через перфорационные каналы 2 с расходом, например, 4,0 м³/мин до достижения разрыва породы пласта 6 и образования трещины разрыва 8, о чем будет свидетельствовать падение давления закачки и увеличение приемистости пласта 1. Например, при закачке линейного геля достигли давления 33 МПа, вследствие образования трещины разрыва 8 произошло падение давления закачки линейного геля на 30%, т.е. до 23 МПа, при этом приемистость пласта 6 увеличилась на 15%, например от 4,5 до 5,2 м³/мин.

Использование линейного геля с вязкостью 30 сП в качестве жидкости разрыва в сравнении с сшитым гелем с вязкостью 150 сП создает меньшее сопротивление, вследствие сравнительно низкой вязкости. В результате закачки линейного геля, имеющего небольшую динамическую вязкость (30 сП) с высоким расходом, получаются длинные, но узкие трещины разрыва 8, например, длиной 25 м и шириной 30 мм, что эффективно в высокопроницаемых пластах при расположении вблизи них водоносных пластов и пропластков.

В процессе образования трещины 8 по колонне труб 3 в пласт 6 была закачана гелеобразная жидкость разрыва - линейный гель в объеме, например, 26 м³.

В результате остается гелеобразная жидкость разрыва в объеме 40 м³ (V_г2=V_г-V_г1=66-26=40 м³).

Оставшийся объем гелированной жидкости разрыва (40 м³) разделяют на две равные части по 40 м³/2=20 м³ и используют в качестве жидкости-носителя крепителя трещины.

В первой части закачивают жидкость-носитель в объеме 20 м³ с крепителем трещины - проппантом фракции 20/40 меш с концентрацией 600 кг/м³. Для этого по колонне труб 3 в трещину 8 пласта 6 через перфорационные каналы 2 закачивают и продавливают 20 м³ жидкости-носителя с (20 м³·600 кг/м³=12000 кг) 12 т проппанта. Таким образом, в пласте 6 трещина 8 крепится в зоне 9′ (конечный участок трещины 8).

Используемый при реализации предлагаемого способа проппант фракции 20-40 меш, 16/20 меш и проппант с полимерным покрытием фракции 16/20 меш изготавливают по ГОСТ Р 51761-2005 «Проппанты алюмосиликатные. Технические условия».

Затем вторую часть жидкости-носителя (20 м³) разделяют на две равные порции по 20 м³/2=10 м³. Сначала закачивают первую порцию жидкости-носителя в объеме 10 м³ с крепителем трещины, состоящим из проппанта фракции 20/40 меш, проппанта с полимерным покрытием фракции 16/20 меш и гранулированной извести (V₁) в соотношении 40%: 40%: 20% с концентрацией 800 кг/м каждого компонента.

Для этого по колонне труб 3 в трещину 8 пласта 6 через перфорационные каналы 2 закачивают и продавливают 10 м³ жидкости-носителя с (10 м³·800 кг/м³=8000 кг) 8 т крепителя трещин, представляющего собой смесь следующих компонентов в массовом выражении:

(8000 кг·40%/100%)=3200 кг=3,2 т - проппант фракции 20/40 меш;

(8000 кг·40%/100%)=3200 кг=3,2 т - проппант с полимерным покрытием фракции 16/20 меш;

(8000 кг·20% /100%)=1600 кг=1,6 т - гранулированная известь.

Таким образом, в пласте 6 трещина 8 крепится в зоне 9″.

Затем закачивают вторую порцию жидкости-носителя с крепителем трещины, состоящим из проппанта фракции 16/20 меш, проппанта с полимерным покрытием фракции 16/20 меш и гранулированной извести (V₂) в соотношении 20%:60%:20% с концентрацией 1000 кг/м³ каждого компонента.

Для этого по колонне труб 3 в трещину 8 пласта 6 через перфорационные каналы 2 закачивают и продавливают 10 м³ жидкости-носителя с (10 м³·1000 кг/м³=10000 кг) 10 т крепителя трещин, представляющего собой смесь следующих компонентов в массовом выражении:

(10000 кг·20%/100%)=2000 кг=2,0 т - проппант фракции 20/40 меш;

(10000 кг·60%/100%)=6000 кг=6,0 т - проппант с полимерным покрытием фракции 16/20 меш;

(10000 кг·20%/100%)=2000 кг=2,0 т - гранулированная известь.

Таким образом, в пласте 6 трещина 8 крепится в зоне 9′′′ (в призабойной зоне пласта 6).

Повышается эффективность проведения ГРП за счет крепления трещины 8, начиная с ее конечного участка, проппантом мелкой фракции 16/20 меш с постепенным увеличением фракций проппанта и его концентрации в трещине в направлении призабойной зоны пласта, что исключает смыкание трещины в процессе ее крепления и позволяет сохранить пропускную способность трещины без ограничения притока пластового флюида в ствол скважины.

После чего в колонну труб 3 закачивают 25%-ный водный раствор уксусной кислоты в объеме, равном общему объему закачанной жидкости-носителя с гранулированной известью: V_и=(V₁+V₂)=(1600 кг/800 кг/м³+2000 кг/1000 кг/м³)=4 м³ и продавливают его в призабойную зону 10 пласта 6 технологической жидкостью, например, сточной водой плотностью 1100 кг/м в полуторакратном объеме колонны труб 3, например, в объеме 3,8 м³.

Уксусная кислота выпускается по ГОСТ 19814-74.

Выдерживают технологическую паузу на реакцию в течение 4 ч. В результате реакции уксусной кислоты с известью образуется ацетат кальция и происходит выделение температуры достаточной для спекания проппанта с полимерным покрытием:

СаO+2CН₃СОOН→Сa(СH₃СОO)₂+Н₂O+t°.

При повышении температуры проппант с полимерным покрытием фракции 16/20 меш спекается с зернами обычного проппанта 20/40 меш, что снижает подвижность частиц проппанта, а спекшиеся частицы последней порции проппанта 16/20 меш и проппанта с полимерным покрытием образуют устойчивую структуру трещины 8 в призабойной зоне 10 пласта 6, предотвращающую вынос проппанта из трещины в ствол скважины 1 в процессе ее освоения и эксплуатации.

Предотвращение выноса проппанта из трещины 8 в ствол скважины 1 исключает абразивный износ насосного оборудования (на фигуре не показано) и выход его из строя, что позволяет продлить межремонтный период работы скважины 1 (см. фигуру).

Далее стравливают давление в колонне труб 3, производят распакеровку пакера 4 и извлекают пакер 4 с колонной труб 3 из скважины 1.

Предлагаемый способ гидравлического разрыва пласта в скважине позволяет повысить эффективность гидравлического разрыва пласта и качество крепления трещины в призабойной зоне пласта, увеличить межремонтный период работы скважины и реализовать способ в высокопроницаемых пластах.