Способ гидравлического разрыва пласта в скважине

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть применено для гидроразрыва пласта (ГРП).

Известен способ ГРП в скважине (патент RU №2564312, МПК E21B 43/267, опубл. 27.09.2015 г., бюл. №27), 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 так, чтобы нижний конец колонны труб находился на уровне кровли пласта, посадку пакера над кровлей перфорированного пласта, определение общего объема гелированной жидкости разрыва перед проведением ГРП, закачку в подпакерную зону гелированной жидкости разрыва, создание в подпакерной зоне давления ГРП и образование трещин в пласте с последующим их закреплением в пласте закачкой жидкости-носителя с проппантом, выдержку скважины на стравливание давления, распакеровку и извлечение пакера с колонной труб из скважины.

На устье скважины колонну труб выше пакера на расстоянии 10 м снаружи оснащают струйным насосом. Затем спускают колонну труб в скважину и производят посадку пакера над кровлей перфорированного пласта. Далее в колонну труб спускают колонну гибких труб (ГТ) так, чтобы нижний конец колонны ГТ размещался ниже конца колонны труб и посередине пласта. На устье скважины герметизируют пространство между колонной труб и колонной ГТ. Определяют общий объем гелированной жидкости разрыва. Разделяют общий объем гелированной жидкости разрыва на две равные части: первая часть - жидкость разрыва, вторая часть - жидкость-носитель. По колонне ГТ производят закачку в подпакерную зону первой части - жидкости разрыва и создают в подпакерной зоне давление ГРП с образованием трещин в пласте. Затем производят крепление трещин в пласте закачкой второй части жидкости-носителя с проппантом, причем в качестве проппанта используют проппант меньшей и большей фракций. Закачку жидкости-носителя с проппантом мелкой фракции 20/40 меш и крупной фракции 16/40 меш производят одновременно в соотношении 4:1. Причем по колонне ГТ закачивают жидкость-носитель с проппантом крупной фракции, а по колонне труб закачивают жидкость-носитель с проппантом мелкой фракции со ступенчатым увеличением концентрации проппанта мелкой и крупной фракций в жидкости-носителе. Выдерживают скважину на стравливание давления. Производят разгерметизацию на устье скважины пространства между колонной труб и колонной ГТ. На устье скважины между колоннами труб и ГТ устанавливают герметизирующую кольцевую вставку и продавливают ее по колонне труб под действием избыточного давления до гидравлического сообщения колонны труб со струйным насосом. Производят освоение пласта через струйный насос. По окончании освоения пласта извлекают колонну ГТ из колонны труб, производят распакеровку и извлечение пакера с колонной труб из скважины. Недостатками данного способа являются:

- во-первых, сложная технология реализации способа, связанная с применением колонны ГТ, а также со ступенчатым увеличением концентрации проппанта мелкой и крупной фракций в процессе крепления трещины разрыва;

- во-вторых, низкая эффективность проведения ГРП, обусловленная тем, что сначала образуют трещину разрыва, а затем производят ее крепление одновременной закачкой проппантов мелкой (20/40 меш) и крупной (16/40 меш) фракций в соотношении 4:1, что приводит к неравномерному распределению проппанта в трещине пласта и снижает пропускную способность трещин разрыва, ограничивает приток пластового флюида в ствол скважины;

- в-третьих, низкий охват пласта трещиной ГРП, так как трещина раскрыта и закреплена проппантом только в одном направлении, т.е. в направлении напряжения.

Известен способ ГРП в скважине (патент RU №2473798, МПК E21B 43/26, опубл. 27.01.2013 г., бюл. №3), включающий перфорацию стенок обсадной колонны 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, закачку в подпакерную зону гелированной жидкости разрыва, создание в подпакерной зоне давления ГРП и продавку в образовавшуюся трещину пласта гелированной жидкости разрыва с проппантом. Перед проведением ГРП колонну труб заполняют технологической жидкостью и расчетным путем определяют общий объем гелированной жидкости разрыва V_r, который разделяют на две части, из которого 2/3 V_r - объем сшитого геля, а 1/3 V_r - линейный гель. 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 V_r 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 до 1000 кг/м. 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, сложность технологии реализации способа, связанная с увеличением концентрации проппанта при креплении трещины, со снижением расхода технологической жидкости до 0,5-1 м³/мин в течение 1-3 мин и последующим возобновлением закачки с расходом 2,5-3 м³/мин до полной продавки проппанта в пласт;

- во-вторых, низкая эффективность проведения ГРП, обусловленная тем, что сначала образуют трещину разрыва, а затем производят ее циклическое крепление проппантом, при этом конечные участки трещин к моменту их заполнения проппантом успевают сомкнуться, вследствие чего происходит неравномерное распределение проппанта в трещине пласта, что снижает пропускную способность трещин разрыва и ограничивает приток пластового флюида в ствол скважины;

- в-третьих, низкий охват пласта трещинами ГРП, так как трещина раскрыта и закреплена проппантом только в одном направлении, т.е. в направлении напряжения.

- в-четвертых, низкая проводимость трещины разрыва, так как отработанные гелированные жидкости разрыва фильтруются в пласт, забивая его поры.

Техническими задачами изобретения являются упрощение технологии реализации способа, повышение эффективности проведения ГРП, увеличение охвата пласта трещинами разрыва и увеличение проводимости трещин разрыва.

Поставленные технические задачи решаются способом гидравлического разрыва пласта - ГРП в скважине, включающим перфорацию стенок обсадной колонны скважины в интервале пласта каналами, спуск колонны труб с пакером, посадку пакера над кровлей перфорированного продуктивного пласта, закачку в подпакерную зону гелированной жидкости разрыва, создание в подпакерной зоне давления ГРП с образованием трещины разрыва с последующей циклической закачкой гелированной жидкости с проппантом, продавку в образовавшуюся трещину пласта гелированной жидкости с проппантом.

Новым является то, что предварительно перед проведением процесса ГРП производят тест-закачку, определяют давление смыкания горных пород, далее циклически проводят процесс ГРП, причем каждый цикл состоит из пяти последовательных стадий: закачки гелированной жидкости разрыва вязкостью 400 сПз; закачки гелированной жидкости разрыва вязкостью 400 сПз с проппантом; продавки гелированной жидкости разрыва вязкостью 400 сПз с проппантом в трещину разрыва закачкой гелированной жидкости разрыва вязкостью 40 сПз; остановки закачки на время спада давления продавки ниже давления смыкания горных пород; излива отработанных гелированных жидкостей из трещины разрыва в емкость через штуцеры диаметрами 2, 4, 8 мм, причем с первого до предпоследнего цикла закачки на 3-й стадии производят перепродавку гелированной жидкости с проппантом в трещину, а в последнем цикле на 3-й стадии производят недопродавку гелированной жидкости с проппантом в трещину разрыва с оставлением проппанта в стволе скважины.

На фиг. 1 схематично изображен предлагаемый способ ГРП.

На фиг. 2, 3 и 4 схематично и последовательно изображены циклы реализации способа ГРП.

Предложенный способ ГРП в скважине осуществляется следующим образом.

Способ ГРП в скважине 1 (см. фиг. 1) включает перфорацию стенок обсадной колонны скважины 1 каналами 2 любым известным способом, например, как описано в патенте RU №2358100, МПК E21B 43/26, опубл. 10.06.2009 г., в бюл. №16.

В скважину 1 в зону ГРП производят спуск колонны труб 3, например колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) диаметром 73 мм с пакером 4 так, чтобы пакер находился на 10 м выше кровли 5 пласта 6, подлежащего ГРП, а нижний конец колонны труб 3 - на 3 м выше кровли 5 пласта 6 с целью полного выхода проппанта из колонны труб 3 при проведении ГРП.

Производят посадку пакера 4 любой известной конструкции в скважине 1. Таким образом герметизируют заколонное пространство 7 скважины 1 с целью защиты стенок обсадной скважины 1 от воздействия высоких давлений, возникающих в процессе ГРП.

Предварительно перед проведением процесса ГРП производят тест-закачку с целью определения давления смыкания горных пород P_c. Для проведения тест-закачки по колонне труб 3 нагнетают гелированную жидкость разрыва (вязкостью 400 сПз) без добавления проппанта с одновременной записью значений давлений в процессе разрыва горных пород. Производят интерпретирование значений давлений, полученных по записи давлений в процессе тест-закачки, и определяют давление смыкания трещины разрыва, например, P_c=21,0 МПа.

Готовят два вида гелированной жидкости разрыва с вязкостями 40 и 400 сПз любым известным способом.

Начинают процесс ГРП. В процессе проведения ГРП производят циклическую закачку гелированной жидкости с проппантом, причем каждый цикл состоит из пяти последовательных стадий:

1 стадия - закачка гелированной жидкости разрыва вязкостью 400 сПз.

2 стадия - закачка гелированной жидкости разрыва вязкостью 400 сПз с проппантом.

3 стадия - продавка гелированной жидкости разрыва вязкостью 400 сПз с добавлением проппанта в трещину разрыва закачкой гелированной жидкости разрыва вязкостью 40 сПз.

4 стадия - остановка закачки на время спада давления продавки ниже давления смыкания горных пород, т.е. технологическая пауза для спада давления в колонне труб от значения давления продавки до давления ниже давления смыкания горных пород. Данная стадия необходима для спада давления ниже давления смыкания горных пород Р_с, определенного по данным тест-закачки, а также для предварительного закрепления проппанта в трещине разрыва.

Повышается эффективность проведения ГРП, так как исключается циклическое заполнение проппантом одной трещины, при этом, наоборот, крепление трещины реализуется за одну стадию и осуществляется предварительное закрепление проппанта в трещине разрыва путем выполнения технологической паузы для спада давления в колонне труб от значения давления продавки до давления ниже давления смыкания горных пород.

5 стадия - излив отработанных гелированных жидкостей из трещины разрыва в емкость через штуцеры диаметрами 2, 4, 8 мм.

Данная стадия в процессе реализации предлагаемого способа необходима для дозакрепления проппанта в трещине и очистки призабойной зоны пласта (ПЗП) от остатков гелированной жидкости, что позволяет повысить проводимость образуемых трещин разрыва и исключить забивание пор пласта отработанными гелированными жидкостями разрыва. Таким образом, происходит максимальное очищение закрепленной проппантом трещины разрыва от отработанных гелированных жидкостей разрыва, причем после образования каждой трещины (после каждого цикла).

С первого до предпоследнего цикла процесса ГРП на 3-й стадии производят перепродавку гелированной жидкости с проппантом в трещину, а в последнем цикле на 3-й стадии производят недопродавку гелированной жидкости с проппантом в трещину разрыва с оставлением проппанта в стволе скважины.

Продавка гелированной жидкости с проппантом в трещину позволяет после первого цикла образования трещины и закрепления ее проппантом перераспределить напряжения в ПЗП радиусом R с целью изменения азимутального распространения вновь образуемых трещин разрыва.

Предлагаемый способ ГРП реализуют в несколько циклов, смысл которых заключается в том, что после выполнения первого цикла происходит перераспределение напряжений в ПЗП и трещины, образуемые и закрепляемые при выполнении последующих циклов, меняют азимут распространения, что позволяет увеличить охват пласта трещинами разрыва.

Например, выполняют ГРП в три цикла.

Первый цикл проведения ГРП (см. фиг. 1 и 2).

1 стадия. Открывают задвижку 8 и с помощью насосного агрегата 9 из емкости 10 производят закачку гелированной жидкости разрыва вязкостью 400 сПз в пласт 6 по колонне труб 3 через перфорационные каналы 2, например, с расходом 1,2 м³/мин до достижения разрыва породы пласта 6 и образования трещины 11', о чем свидетельствуют падение давления закачки и увеличение приемистости пласта 6.

Например, при достижении давления 25 МПа вследствие образования трещины 11' произошло падение давления закачки сшитого геля на 20-25%, т.е. до 20 МПа, при этом приемистость пласта 6 увеличилась на 25-30%, например, от 1,2 до 1,6 м³/мин, а в процессе образования трещины 11' в колонну труб 3 скважины 1 была закачана гелеобразная жидкость разрыва вязкостью 400 сПз в объеме V_сг1=4,0 м³.

2 стадия. Производят закачку по колонне труб 3 гелированной жидкости разрыва вязкостью 400 сПз с проппантом 12', например, фракции 20/40 меш концентрацией ρ=600 кг/м³. Для этого при открытой задвижке 8 с помощью насосного агрегата 9 производят закачку гелированной жидкости разрыва вязкостью 400 сПз из емкости 10 с проппантом массой m=V_сг1⋅ρ=4,0 м³⋅600 кг/м³=2400 кг=2,4 т из емкости 13.

3 стадия. Производят продавку гелированной жидкости разрыва вязкостью 400 сПз с добавлением проппанта 12' в трещину разрыва 11' с целью ее крепления. Для осуществления перепродавки на данной стадии объем гелированной жидкости разрыва принимают равным объему колонны труб 3, увеличенному на 2 м³, например, V_п1=3,5 м³+2 м³=5,5 м³, т.е. 2 м³ гелированной жидкости применяют для перепродавки.

Таким образом, при открытой задвижке 8 из емкости 14 с помощью насосного агрегата 9 производят закачку по колонне труб 3 гелированной жидкости разрыва вязкостью 40 сПз, например, под давлением Р_п=30,0 МПа в объеме V_п1=5,5 м³ и осуществляют перепродавку гелированной жидкости с проппантом 12' из колонны труб 3 через каналы 2 скважины 1 в трещину 11' так, чтобы ПЗП в радиусе R (см. фиг. 1), например 2 м, оставалась открытой (не закрепленной проппантом 12').

Перепродавка гелированной жидкости с проппантом 12' в трещину 11' позволяет после первого цикла образования трещины 11' и закрепления ее проппантом 12' перераспределить напряжения в ПЗП 6 радиусом R с целью изменения азимутального распространения вновь образуемых трещин разрыва 11'' и 11'''.

4 стадия. Остановка закачки (отключают насосный агрегат 9 и закрывают задвижку 8). Выдерживают технологическую паузу на время спада давления продавки Р_п=30,0 МПа ниже давления смыкания горных пород Р_с=21 МПа, определенного по данным тест-закачки, например, в течение 10 мин.

Данная стадия необходима для спада давления продавки ниже давления смыкания горных пород и предварительного закрепления проппанта в трещине 11'.

5 стадия. Излив отработанных гелированных жидкостей разрыва из трещины разрыва 11' через штуцеры 15 диаметрами 2, 4, 8 мм. Для этого при давлении ниже давления смыкания трещины 11' (Р_с=21 МПа), например при давлении 20 МПа, открывают задвижку 16 (при закрытой задвижке 8) и производят излив отработанных гелированных жидкостей разрыва из трещины 11' по колонне труб 3 через открытую задвижку 16, штуцеры 15 в емкость 17 до снижения давления до атмосферного. Время излива соответствует времени, необходимому для спада давления до атмосферного, например в течение 5 мин.

Второй цикл проведения ГРП (см. фиг. 1 и 3).

1 стадия. Открывают задвижку 8 и с помощью насосного агрегата 9 из емкости 10 производят закачку гелированной жидкости разрыва, в качестве которой применяют сшитый гель вязкостью 400 сПз, в пласт 6 по колонне труб 3 через перфорационные каналы 2, например, с расходом 1,2 м³/мин до достижения разрыва породы пласта 6 и образования трещины 11'' (см. фиг. 1 и 2), о чем свидетельствуют падение давления закачки и увеличение приемистости пласта 6. Например, при достижении давления 27 МПа вследствие образования трещины 11'' произошло падение давления закачки сшитого геля на 20-25%, т.е. до 21 МПа, при этом приемистость пласта 6 увеличилась на 25-30%, например, от 1,2 до 1,6 м³/мин, а в процессе образования трещины 11'' в колонну труб 3 скважины 1 была закачана гелированная жидкость разрыва вязкостью 400 сПз в объеме V_сг2=4,5 м³.

2 стадия. Производят закачку по колонне труб 3 гелированной жидкости разрыва вязкостью 400 сПз с проппантом 12'', например, фракции 20/40 меш концентрацией ρ=600 кг/м³. Для этого при открытой задвижке 8 с помощью насосного агрегата 9 производят закачку гелированной жидкости разрыва вязкостью 400 сПз из емкости 10 с проппантом массой m=V_сг2⋅ρ=4,5 м³⋅600 кг/м³=2700 кг=2,7 т. из емкости 13.

3 стадия. Производят продавку гелированной жидкости разрыва вязкостью 400 сПз с добавлением проппанта 12'' в трещину разрыва 11'' с целью ее крепления. Для осуществления перепродавки на данной стадии объем гелированной жидкости разрыва принимают равным объему колонны труб 3, увеличенному на 2 м³, например, V_п1=3,5 м³+2 м³=5,5 м³.

При открытой задвижке 8 из емкости 14 с помощью насосного агрегата 9 производят закачку по колонне труб 3 гелированной жидкости разрыва вязкостью 40 сПз, например, под давлением Р_п=30,0 МПа в объеме V_п2=5,5 м³, и осуществляют перепродавку гелированной жидкости с проппантом 12'' из колонны труб 3 через каналы 2 скважины 1 в трещину 11'' так, чтобы ПЗП в радиусе R, например 2 м, оставалась открытой (не закрепленной проппантом 12'').

Перепродавка гелированной жидкости с проппантом 12'' в трещину 11'' позволяет после первого цикла образования трещины 11'' и закрепления ее проппантом 12'' перераспределить напряжения в ПЗП 6 радиусом R с целью изменения азимутального распространения вновь образуемых трещин разрыва 11''.

4 стадия. Остановка закачки (отключают насосный агрегат 9 и закрывают задвижку 8). Выдерживают технологическую паузу на время спада давления продавки Р_п=30,0 МПа ниже давления смыкания горных пород Р_с=21 МПа, определенного по данным тест-закачки, например, в течение 10 мин.

Данная стадия необходима для спада давления ниже давления смыкания горных пород и предварительного закрепления проппанта в трещине 11''.

5 стадия. Излив отработанных гелированных жидкостей разрыва из трещины разрыва 11'' через штуцеры 15 диаметрами 2, 4, 8 мм. Для этого при давлении ниже давления смыкания трещины 11'' (Р_с=21 МПа), например при давлении 20 МПа, открывают задвижку 16 (при закрытой задвижке 8) и производят излив отработанных гелированных жидкостей разрыва (вязкостью 40 и 400 сПз) из трещины 11'' по колонне труб 3 через открытую задвижку 16, штуцеры 15 в емкость 17 до снижения давления до атмосферного давления. Время излива соответствует времени, необходимому для спада давления до атмосферного давления, например в течение 5 мин.

Третий цикл проведения ГРП (см. фиг. 1 и 4).

1 стадия. Открывают задвижку 8 и с помощью насосного агрегата 9 из емкости 10 производят закачку гелированной жидкости разрыва вязкостью 400 сПз в пласт 6 по колонне труб 3 через перфорационные каналы 2, например, с расходом 1,2 м³/мин до достижения разрыва породы пласта 6 и образования трещины 11''' (см. фиг. 1 и 2), о чем свидетельствуют падение давления закачки и увеличение приемистости пласта 6. Например, при достижении давления 29 МПа вследствие образования трещины 11''' произошло падение давление закачки сшитого геля на 20-25%, т.е. до 23 МПа, при этом приемистость пласта 6 увеличилась на 25-30%, например, от 1,2 до 1,6 м³/мин, а в процессе образования трещины 11''' в колонну труб 3 скважины 1 была закачана гелеобразная жидкость разрыва вязкостью 400 сПз в объеме М_сг3=5,0 м³.

2 стадия. Производят закачку по колонне труб 3 гелированной жидкости разрыва вязкостью 400 сПз с проппантом 12''', например, фракции 20/40 меш концентрацией ρ=600 кг/м³. Для этого при открытой задвижке 8 с помощью насосного агрегата 9 производят закачку гелированной жидкости разрыва вязкостью 400 сПз из емкости 10 с проппантом массой m=V_сг3⋅ρ=5,0 м³⋅600 кг/м³=3000 кг=3,0 т из емкости 13.

3 стадия. Производят продавку гелированной жидкости разрыва вязкостью 400 сПз с добавлением проппанта 12''' в трещину разрыва 11''' с целью ее крепления. Для осуществления недопродавки на данной стадии объем гелированной жидкости разрыва принимают равным объему колонны труб 3, т.е. V_п3=3,5 м³, с целью оставления в скважине под колонной труб 3 проппантного «стакана».

При открытой задвижке 8 из емкости 14 с помощью насосного агрегата 9 производят закачку по колонне труб 3 гелированной жидкости разрыва вязкостью 40 сПз, например, под давлением Р_п=30,0 МПа в объеме V_п3=3,5 м³, и осуществляют недопродавку гелированной жидкости с проппантом 12''' из колонны труб 3 через каналы 2 скважины 1 в трещину 11''', при этом в стволе скважины 1 ниже нижнего конца колонны труб 3 остается проппант 12''' (на фиг. 1 не показано).

4 стадия. Остановка закачки, т.е. отключают насосный агрегат 9 (см. фиг. 1 и 4) и закрывают задвижку 8. Выдерживают технологическую паузу на время спада давления продавки Р_п=30,0 МПа ниже давления смыкания горных пород Р_с=21 МПа, определенного по данным тест-закачки, например в течение 10 мин.

Данная стадия необходима для спада давления ниже давления смыкания горных пород и предварительного закрепления проппанта в трещине 11'''.

5 стадия. Излив отработанных гелированных жидкостей разрыва из трещины разрыва 11''' через штуцеры 15 диаметрами 2, 4, 8 мм.

Для этого при давлении ниже давления смыкания трещины 11''' (Р_с=21 МПа), например при давлении 20 МПа, открывают задвижку 16 (при закрытой задвижке 8) и производят излив отработанных гелированных жидкостей разрыва (вязкостью 40 и 400 сПз) из трещины 11''' по колонне труб 3 через открытую задвижку 16, штуцеры 15 в емкость 17 до снижения давления до атмосферного давления. Время излива соответствует времени, необходимому для спада давления до атмосферного давления, например в течение 5 мин.

Далее распакеровывают пакер 4, т.е. разгерметизируют заколонное пространство 7 скважины 1. Извлекают из скважины 1 колонну труб 3 с пакером 4. Процесс ГРП окончен. Остатки проппанта в стволе скважины извлекают при дальнейшей промывке или освоении скважины 1.

Предлагаемый способ прост в реализации, так как не требует увеличения концентрации проппанта в процессе проведения ГРП, снижения и увеличения расхода гелированной жидкости разрыва в процессе закачки и продавки.

Предлагаемый способ ГРП реализуют в несколько циклов, смысл которых заключается в том, что после выполнения первого и последующих циклов в ПЗП происходит перераспределение напряжений, что приводит к изменению азимута распространения трещин с последующим их закреплением, что позволяет увеличить охват пласта трещинами разрыва.

Предлагаемый способ ГРП в скважине позволяет:

- упростить технологию реализации способа;

- повысить эффективность проведения ГРП;

- увеличить охват пласта трещинами разрыва;

- увеличить проводимость трещины разрыва.