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.

Известен способ улучшения гидродинамической связи скважины с продуктивным пластом (патент RU №2351751, МПК Е21В 43/16, 43/26, опубл. 10.04.2009 г., Бюл. №10), включающий гидравлический разрыв пласта путем установки пакера над кровлей перфорированного продуктивного пласта, закачку в подпакерную зону жидкости гидроразрыва, создание в подпакерной зоне давления гидроразрыва и продавку в образовавшуюся трещину жидкости гидроразрыва. 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 с привлечением специализированной техники, причем это бурение осуществляют ориентированно в заданном направлении;

- во-вторых, длительность реализации способа (бурение радиальных перфорационных каналов и проведение ГРП) приводит к высокой себестоимости;

- в-третьих, после выполнения ГРП проводят ожидание спада давления (обычно 6-8 ч), а это затягивает ввод скважины в работу;

- в-четвертых, в процессе ожидания спада давления выпадает осадок, который забивает поры пласта, снижается эффективность гидродинамической связи скважины с продуктивным пластом.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ улучшения гидродинамической связи скважины с продуктивным пластом (патент RU №2462590, МПК Е21В 43/26, опубл. 27.09.2012 г., Бюл. №27), включающий проведение ГРП путем спуска в скважину колонны труб с пакером, установку центральной задвижки на верхнем конце колонны труб, посадку пакера над кровлей перфорированного продуктивного пласта, закачку в подпакерную зону жидкости гидроразрыва - кислотного состава, создание в подпакерной зоне давления гидроразрыва и продавку в образовавшуюся трещину жидкости гидроразрыва. 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 изменения 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.

Недостатками данного способа являются:

- во-первых, длительный и трудоемкий процесс проведения ГРП, осуществляемый в несколько этапов (комбинация проппантного и кислотных ГРП) с образованием двух трещин разрыва, что приводит к увеличению себестоимости проведения ГРП;

- во-вторых, высокая вероятность неполучения трещины в заданном направлении в связи со сложной технологией реализации способа;

- в-третьих, неэффективная очистка трещины (освоение) от закачанной в нее жидкости (геля). Это обусловлено тем, что диаметры штуцеров не подобраны в зависимости от давления стравливания и фактически работает только один штуцер, диаметр которого имеет минимальное значение - 2 мм. Стравливание давления через штуцер диаметром 2 мм - процесс продолжительный, за это время из жидкости (геля), закачанной в трещину, выпадает осадок, который забивает поры и ухудшает гидродинамическую связь скважины с пластом, кроме того, замедляется срок ввода скважины в эксплуатацию;

- в-четвертых, низкая надежность реализации способа, обусловленная тем, что при негерметичной посадке пакера или потере герметичности пакером в процессе ГРП невозможно получить перпендикулярное направление второй трещины относительно первой.

Техническими задачами изобретения являются сокращение длительности и трудоемкости процесса ГРП, а также гарантированное получение трещины в заданном направлении, повышение эффективности очистки трещины от закачанной в нее жидкости в процессе проведения ГРП и повышение надежности реализации способа.

Поставленные технические задачи решаются способом улучшения гидродинамической связи скважины с продуктивным пластом, включающим проведение гидравлического разрыва пласта - ГРП путем спуска в скважину колонны труб, установку центральной задвижки на верхнем конце колонны труб, закачку по колонне труб жидкости разрыва при открытой центральной задвижке, создание давления разрыва пласта с образованием трещины и крепление трещины проппантом.

Новым является то, что колонну труб на конце снабжают гидропескоструйной насадкой, оснащенной аксиально попарно расположенными соплами с обратным клапаном снизу, причем диаметр каждого из сопел равен шести диаметрам зерен проппанта, дополнительно выполняют гидропескоструйную перфорацию в интервале продуктивного пласта, после чего производят ГРП закачкой жидкости разрыва по 2,0 м³, начиная с расхода 0,6 м³ со ступенчатым увеличением на 0,2 м³, строят график зависимости расхода жидкости разрыва от создаваемого давления закачки на каждой ступени закачки и определяют давление разрыва породы продуктивного пласта, затем производят крепление трещины закачкой проппанта с жидкостью-носителем, после проведения ГРП центральную задвижку закрывают на ожидание спада давления, при этом в зависимости от величины давления разрыва подбирают проходной диаметр штуцера из условия достижения устьевого давления, равного 0,8 от давления разрыва пласта, обвязывают желобную емкость с центральной задвижкой стравливающей линией, состоящей в направлении от скважины к желобной емкости из труб, манометра, крана и штуцера, после монтажа стравливающей линии периодически открывают центральную задвижку, манометром измеряют давление в стравливающей линии до крана и закрывают центральную задвижку, при достижении устьевого давления, равного 0,8 от давления разрыва, открывают кран и стравливают давление через штуцер до атмосферного давления.

На фиг. 1 показан процесс реализации способа улучшения гидродинамической связи скважины с продуктивным пластом.

На фиг. 2 показан график зависимости расхода жидкости разрыва от создаваемого давления закачки.

На фиг. 3 в сечении Α-A изображено парное расположение сопел на гидропескоструйной насадке.

На фиг. 4 в сечении Б-Б изображено направление трещины относительно минимального напряжения в пласте.

Способ улучшения гидродинамической связи скважины 1 (см. фиг. 1) с продуктивным пластом 2 включает проведение ГРП, который осуществляют следующим образом.

В скважину 1 спускают колонну труб 3, снабженную на конце гидропескоструйной насадкой 4, оснащенной аксиально попарно (под углом 180°) расположенными соплами (см. фиг. 1 и 3), например шестью попарно расположенными соплами: 5' и 5", 6' и 6", 7' и 7", 8' и 8", 9' и 9", 10' и 10". Итого 12 отверстий выполнено в гидропескоструйной насадке 4.

Аксиальное расположение сопел на гидропескоструйной насадке 4 - это расположение по винтовой поверхности гидропескоструйной насадки, при этом каждая из пар сопел: 5' и 5", 6' и 6", 7' и 7", 8' и 8", 9' и 9", 10' и 10" повернута относительно ближайшей пары на 60°. Например, пара сопел 9' и 9" расположена под углом 180° относительно друг друга и под углом 60° относительно пар сопел 8', 8" и 10', 10".

Диаметр (d_c) каждого из сопел 5' и 5", 6' и 6", 7' и 7", 8' и 8", 9' и 9", 10' и 10" равен шести диаметрам зерен проппанта. Например, при креплении трещины, образованной в результате ГРП, запланировали применять проппант фракции 16/20 по ГОСТ Р 51761-2005, имеющий диаметр 1,0 мм. Тогда диаметр (d_c) каждого из сопел 5' и 5", 6' и 6", 7' и 7", 8' и 8", 9' и 9", 10' и 10" гидропескоструйной насадки 4 равен: 1,0 мм ⋅ 6=6 мм. Гидропескоструйная насадка 4 оснащена обратным клапаном 11 снизу. В процессе спуска колонны труб 3 в скважину 1 обратный клапан 11 свободно пропускает жидкость в колонну труб, а в процессе ГРП закрывается, поэтому поток жидкости направляется на сопла гидропескоструйной насадки 4.

Диаметр зерен проппанта определяют по техническим условиям или замеряют в лабораторных условиях с помощью измерительных приборов перед проведением ГРП. Фракции проппанта и соответствующие им диаметры зерен, полученные практическим путем, приведены в табл.1.

Диаметр (d_c) сопла гидропескоструйной насадки 4, равный шести диаметрам зерен проппанта, определен практическим путем, исходя из оптимальных гидравлических сопротивлений при закачке проппанта и полного заполнения образованной трещины.

Производят гидропескоструйную перфорацию скважины 1 в интервале продуктивного пласта 2. Для этого с помощью насосного агрегата (на фиг. 1, 2, 3 и 4 не показан) закачивают при открытой центральной задвижке 12 водопесчаную смесь по колонне труб 3 (см. фиг. 1) через гидропескоструйную насадку 4 в интервал продуктивного пласта, выполняют перфорацию продуктивного пласта 2.

Аксиальное расположение сопел 5' и 5", 6' и 6", 7' и 7", 8' и 8", 9' и 9", 10' и 10" на гидропескоструйной насадке 4 позволяет выполнить соответствующие перфорационные отверстия 5'₁ и 5"₂, 6'₁ и 6"₂, 7'₁ и 7"₂, 8'₁ и 8"₂, 9'₁ и 9"₂, 10₁' и 10"₂ в интервале продуктивного пласта 2 скважины 1 в виде винтовой поверхности. Поэтому направление трещины, развиваемое перпендикулярно направлению минимального напряжения, совпадет с направлением одной пары из перфорационных отверстий 5'₁ и 5"₂, 6'₁ и 6"₂, 7'₁ и 7"₂, 8'₁ и 8"₂, 9'₁ и 9"₂, 10'₁ и 10"₂, например пары перфорационных отверстий 9'₁ и 9₂".

По окончании гидропескоструйной перфорации заменяют водопесчаную смесь на жидкость разрыва (любая известная гелеобразная жидкость, применяемая при ГРП) и производят закачку жидкости разрыва по 2,0 м³, начиная с расхода 0,6 м³ со ступенчатым увеличением на 0,2 м³. Например, жидкость разрыва в объеме 16 м³ закачивают по 2,0 м³ с расходом: 0,6 м³, 0,8 м³, 1,0 м³, 1,2 м³, 1,4 м³, 1,6 м³, 1,8 м³, 2,0 м³, при этом фиксируют давление закачки, например, по манометру, установленному на нагнетательной линии насосного агрегата.

Таким образом производят ступенчатую закачку жидкости разрыва 8 раз по 2,0 м³, т.е. 16 м³. Строят график зависимости расхода жидкости от создаваемого давления закачки (см. фиг. 2), по которому определяют давление разрыва породы и образования трещины 13, которое равно 12 МПа.

Из графика видно, что восходящая линия давления преломляется при давлении разрыва, равном 12,0 МПа. В дальнейшем с увеличением объема закачки давление практически не растет, что свидетельствует о том, что достигнуто давление разрыва продуктивного пласта 2, равное 12 МПа, при закачке жидкости разрыва с расходом 1,4 м³.

Производят закачку проппанта с жидкостью-носителем и крепят трещину 13, например производят закачку 5 т проппанта с жидкостью-носителем, как указано выше фракции 16/20, а в качестве жидкости-носителя используют любую известную гелеобразную жидкость. После проведения ГРП центральную задвижку 12 закрывают на ожидание спада давления и деструкции жидкости разрыва.

Применение гидропескоструйной насадки позволяет сократить длительность и трудоемкость процесса проведения ГРП, так как исключается процесс получения трещины в заданном направлении в несколько этапов (комбинация проппантного и кислотных ГРП) с образованием двух трещин разрыва, при этом снижается себестоимость проведения ГРП.

Гидропескоструйная насадка 4 предложенной конструкции позволяет в процессе реализации способа получить трещину в заданном направлении из-за совпадения одной из пар перфорационных отверстий с направлением, перпендикулярным направлению минимального напряжения, что гарантирует получение трещины в заданном направлении.

В зависимости от величины давления разрыва подбирают диаметр штуцера из условия достижения устьевого давления, равного 0,8 от давления разрыва продуктивного пласта, согласно табл. 2. Коэффициент 0,8 получен опытным путем и необходим для деструкции геля в трещине 13 в процессе ожидания спада давления.

Давление разрыва, определенное из графика (см. фиг. 2), равно 12 МПа. Тогда давление стравливания Р_стр=0,8⋅12,0 МПа=9,6 МПа. Согласно табл. 2 подбираем штуцер с проходным диаметром, равным 9,5 мм. Данные в табл. 2 получены опытным путем.

На устье скважины 1 обвязывают желобную емкость 14 (см. фиг. 1) с центральной задвижкой 12 стравливающей линией 15, состоящей из труб 16 и узла стравливания давления 17, состоящего в направлении от скважины 1 к желобной емкости 14 из манометра 18, крана 19 и штуцера 20 проходным диаметром 9,5 мм.

После монтажа стравливающей линии периодически (например, через каждые 10 мин) открывают центральную задвижку 12, измеряют манометром 18 на узле стравливания давления 17 устьевое давление в стравливающей линии 15 до крана 19 и закрывают центральную задвижку 12. При достижении устьевого давления, равного 0,8 от давления разрыва, т.е. давления, равного 9,6 МПа, открывают кран 19 узла стравливания давления 17 и стравливают давление через штуцер 20 с проходным диаметром 9,5 мм до атмосферного давления. Реализация способа окончена.

Повышается эффективность очистки трещины (освоение) от закачанной в нее жидкости разрыва (гелеобразной жидкости), так как в отличие от прототипа стравливание давления производится через один штуцер, подобранный в зависимости от давления стравливания, при этом весь процесс стравливания давления (излива через штуцер) занимает 3-5 мин, поэтому исключается выпадение осадка из геля и улучшается гидродинамическая связь скважины с продуктивным пластом и ускоряется ввод скважины в эксплуатацию.

Повышается надежность, так как исключаются использование пакера при реализации способа и, как следствие, негерметичная посадка пакера или потеря герметичности пакером в процессе проведения ГРП.

Предлагаемый способ улучшения гидродинамической связи скважины с продуктивным пластом позволяет:

- сократить длительность и трудоемкость процесса ГРП;

- гарантированно получить трещину в заданном направлении;

- повысить эффективность очистки трещины от закачанной в нее в процессе ГРП жидкости;

- повысить надежность реализации способа.