Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАЗРЫВА ПЛАСТА

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности, в частности к способам гидравлического разрыва пласта (ГРП) в добывающей скважине при наличии попутной и/или подошвенной воды.

Известен способ гидроразрыва пласта (патент RU №2170818, МПК Е21В 43/26, опубл. 20.07.2001 г., бюл. №20), предусматривающий образование в пласте с подошвенной водой трещины гидроразрыва. При этом в насосно-компрессорные трубы (НКТ) и ниже них спускают гибкие трубы (ГТ) до нижних отверстий интервала перфорации для прокачки по ним проппанта в смеси с водоизолирующим цементом в количестве, достаточном для заполнения смесью нижней части трещины до уровня выше водонефтяного контакта с заполнением части трещины в зоне подошвенной воды и части трещины внизу нефтенасыщенной зоны. При этом одновременно по колонне НКТ подают жидкость-песконоситель с проппантом в количестве, достаточном для заполнения верхней части вертикальной трещины.

Недостатки данного способа:

- во-первых, снижение эффективности ГРП из-за быстрого обводнения скважины из-за образуемых трещин при последующей эксплуатации карбонатного пласта. Это обусловлено тем, что ГРП осуществляют перед водоизоляцией, что в карбонатных породах может привести к образованию трещин по всей высоте пласта от подошвы до кровли и нет гарантии того, что при проведении последующей водоизоляции подошвенной части их полностью удастся изолировать (перекрыть канал поступления воды в продуктивную часть пласта).

- во-вторых, сложность технологического процесса и снижение проницаемости образуемых трещин, так как после образования трещин в пласте закачкой жидкости разрыва по колонне НКТ в колонну НКТ спускают ГТ, на проведение этой операции затрачивается определенное количество времени, в течение которого трещины частично смыкаются, затем производят одновременно водоизоляцию цементом по ГТ подошвенной части пласта и закачку жидкости-песконосителя по кольцевому пространству между колоннами НКТ и ГТ для уплотнения уже начавшей смыкаться трещины.

Также известен способ ГРП продуктивного пласта с глинистым прослоем и подошвенной водой (патент RU №2566542, МПК Е21В 43/26, опубл. 27.10.2015 г., бюл. №30), включающий спуск колонны НКТ с пакером в скважину, посадку пакера, проведение ГРП закачиванием гидроразрывной жидкости по колонне НКТ с пакером через интервал перфорации в продуктивный пласт с образованием и последующим креплением трещины проппантом, стравливание давления из скважины. При этом до спуска в скважину колонны НКТ с пакером геофизическими методами определяют ориентацию главного максимального напряжения в продуктивном пласте. Затем в верхней половине продуктивного пласта осуществляют перфорацию, ориентированную в направлении главного максимального напряжения, затем отсекают нижнюю половину продуктивного пласта скважины, спускают колонну НКТ с пакером в скважину так, чтобы нижний конец колонны НКТ находился на уровне кровли продуктивного пласта. Производят посадку пакера. Осуществляют ГРП закачкой по колонне НКТ гидроразрывной жидкости, в качестве которой используют линейный гель с расходом 0,3 м³/мин с созданием трещины в продуктивном пласте. Затем производят крепление трещины в продуктивном пласте в четыре цикла чередующейся закачкой по колонне НКТ через интервал ориентированной перфорации продуктивного пласта равными порциями линейного геля с облегченным проппантом 20/40 меш и равными порциями сшитого геля с добавлением соли NaCl с концентрацией 400 кг/м³. Причем равные порции сшитого геля по объему в два раза меньше равных порций линейного геля, а количество равных порций сшитого геля на одну порцию меньше равных порций линейного геля. Концентрацию облегченного проппанта 20/40 меш в линейном геле ступенчато увеличивают на 100 кг/м³ с первой по третью порции в каждом цикле, начиная с концентрации 100 кг/м³, в последнем четвертом цикле производят закачку одной порции линейного геля, содержащего облегченный проппант 16/20 меш с концентрацией 400 кг/м³, а затем производят закачку и продавку 15% водного раствора соляной кислоты в трещину продуктивного пласта в объеме, равном половине суммы объемов линейного и сшитого гелей, закачанных в трещину в процессе крепления трещины.

Недостатками данного способа являются:

- во-первых, низкая проводимость трещины, обусловленная тем, что в процессе крепления трещины в качестве жидкости-носителя проппанта попеременно со сшитым гелем используется линейный гель, выпадающий в осадок в процессе транспортировки проппанта. Это приводит к преждевременному выпадению проппанта, т.е. жидкость-носитель не обеспечивает транспортировку проппанта до конца трещины и способствует неравномерному заполнению трещины. В результате образуются пустоты, которые затем смыкаются, что резко ухудшает проводимость трещины;

- во-вторых, низкая надежность реализации способа, связанная с преждевременным выпадением проппанта из жидкости-носителя линейного геля в процессе транспортировки по колонне НКТ, что приводит к резкому скачку давления в колонне НКТ, аварийной остановке процесса и недостижению проектных параметров трещины;

- в-третьих, низкая эффективность изоляции трещины от перетока по ней в скважину попутной и/или подошвенной воды, что вызывает резкое обводнение скважины;

- в-четвертых, длительный технологический процесс реализации способа, связанный с многократными циклами закачки порций линейного геля с проппантом, чередующихся с порциями сшитого геля с добавлением соли NaCl и продавкой 15% водного раствора соляной кислоты.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ гидроразрыва малопроницаемого пласта (патент RU №2402679, МПК Е21В 43/26, опубл. 27.10.2010 г., бюл. №30), включающий спуск колонны труб в скважину в интервал продуктивного пласта, закачку гидроразрывной жидкости по колонне труб в интервал продуктивного пласта с образованием трещины. В процессе закачки обеспечивают турбулентный режим течения жидкости в трещине посредством закачивания гидроразрывной жидкости с вязкостью менее 0,01 Па⋅с со скоростью закачки не менее 8 м³/мин. Производят крепление трещины разрыва закачкой гидроразрывной жидкости с проппантом, покрытым резиновой оболочкой. Причем радиус проппанта, покрытого резиновой оболочкой, определяют расчетным путем.

Недостатками данного способа являются:

- во-первых, при ГРП в добывающей скважине при наличии попутной и/или подошвенной воды известный способ недостаточно эффективен из-за низкого качества изоляции скважины от перетока попутной и/или подошвенной воды поперек и вдоль трещины проппантом, покрытым резиновой оболочкой, слабо набухающей в минерализованной пластовой воде, что не позволяет перекрыть канал поступления воды как вдоль по трещине, так и поперек трещины через призабойную зону пласта (ПЗП) в полость скважины, что чревато резким ростом обводненности скважины после проведения ГРП;

- во-вторых, низкая проводимость трещины разрыва, так как гидроразрывная жидкость, применяемая в процессе создания и крепления трещины, образует в ней осадок, который способствует неполному закреплению трещины проппантом. По окончании ГРП и стравливания давления происходит смыкание трещины;

- в-третьих, низкая надежность реализации способа, так как нахождение нижнего конца колонны труб в интервале пласта чревато прихватом колонны труб при резком повышении давления, например, во время крепления трещины и, как следствие, проведением аварийных работ;

- в-четвертых, неустойчивость крепления на поверхности трещины, что связано с выдавливанием зерен проппанта из трещины при стравливании давления и выносом проппанта из ПЗП в полость скважины.

Техническими задачами изобретения являются повышение качества изоляции и проводимости трещины, а также повышение надежности реализации способа и повышение устойчивости крепления на поверхности трещины.

Поставленные технические задачи решаются способом гидравлического разрыва пласта - ГРП, включающим спуск колонны труб с пакером в скважину, посадку пакера, проведение ГРП закачиванием гидроразрывной жидкости по колонне труб с пакером через интервал перфорации в продуктивный пласт с образованием и последующим креплением трещины закачкой гидроразрывной жидкости с проппантом, стравливание давления из скважины.

Новым является то, что перед проведением ГРП в призабойную зону пласта - ПЗП закачивают воду плотностью 1000-1050 кг/м³ с расходом 1,0 м³/мин, затем закачкой гидроразрывной жидкости, в качестве которой используют сшитый гель, по колонне труб в интервале пласта инициируют образование трещины разрыва, затем в два этапа производят развитие и крепление трещины разрыва, на первом этапе в созданную трещину закачивают проппант фракции 30/60 меш, покрытый водонабухающей резино-полимерной композицией, концентрацией 600 кг/м³ в количестве 50-60% от общей массы проппанта с добавлением наполнителя стекловолокна в количестве 1,0% от веса проппанта, на втором этапе производят циклическую закачку проппанта крупной фракции 20/40 меш в количестве 20-25% от общей массы проппанта и мелкой фракции 40/70 меш, покрытого водонабухающей резино-полимерной композицией, в количестве 20-25% от общей массы проппанта, причем циклическую закачку осуществляют равными порциями: 1 м³ сшитого геля, проппант фракции 20/40 меш в 1 м сшитого геля, 1 м³ сшитого геля, проппант фракции 40/70 меш в 1 м сшитого геля с увеличением концентрации проппанта в каждом цикле, начиная с концентрации 200 до 900 кг/м³, причем внутри каждого цикла между различными фракциями проппанта производят ступенчатое увеличение концентрации на 100 кг/м³, а между циклами с одинаковыми фракциями проппанта производят ступенчатое увеличение концентрации на 200 кг/м³, причем последний цикл закачки продавливают в трещину разрыва закачкой линейного геля в полуторакратном объеме колонны труб.

На фиг. 1-3 схематично и последовательно изображен процесс развития трещины при проведении ГРП.

В скважину 1 (см. фиг. 1) спускают колонну труб 2 с пакером 3. В качестве пакера применяют любой известный пакер, при этом нижний конец 4 колонны труб 2 размещают выше кровли 5 пласта 6, например, на расстоянии а=3 м.

Расстояние, равное 3 м, позволяет исключить прихват колонны труб 2 в случае преждевременного получения резкого скачка давления в процесс крепления трещины разрыва. Это позволяет исключить аварийные работы, связанные с прихватом колонны НКТ и повысить надежность реализации способа.

Затем производят посадку пакера 3 в скважине 1, например, на расстоянии 1=7 м выше кровли 5 пласта 6 (осуществляют герметизацию заколонного пространства колонны труб 2).

Лабораторные исследования, проведенные в институте ''ТатНИПИнефть'', показали, что водонабухающая резино-полимерная композиция в минерализованной пластовой воде плотностью 1160 кг/м³ и выше набухает медленно сравнительно с набуханием в пресной водой плотностью 1000-1050 кг/м³. При этом с течением времени скорость набухания снижается, водонабухающая резино-полимерная композиция теряет свою эластичность, что в случае с проппантом, покрытым водонабухающей резино-полимерной композицией, может привести к появлению канала поступления пластовой воды через трещину ГРП в скважину после начала эксплуатации скважины. Это снижает качество изоляции канала поступления пластовой воды через трещину в полость скважины проппантом, покрытым водонабухающей резино-полимерной композицией, и приводит к преждевременному обводнению скважины 1.

Поэтому производят предварительное насыщение ПЗП 7 пресной водой.

Определяют объем ПЗП 7, которую необходимо насытить пресной водой плотностью 1000-1050 кг/м³, по формуле:

где π=3,14,

R - радиус насыщения пласта перед проведением ГРП, примем R=5 м;

Н - толщина пласта, м.

Радиус R=5 м насыщения пласта 6 пресной водой в ПЗП 7 позволяет ускорить процесс набухания проппанта, покрытого водонабухающей резино-полимерной композицией, в скважине после крепления трещины и снизить вероятность прорыва воды через ПЗП 7 в полость скважины 1 через интервал перфорации (на фиг. 1-3 показан условно) после запуска ее в эксплуатацию.

Например, толщина пласта равна 4 м, подставляя числовые значения в формулу (1), получим:

V=3,14⋅(5 м)²⋅3 м=235,5 м³.

С помощью насосного агрегата, например цементировочного агрегата ЦА-320, производят насыщение ПЗП 7 пресной водой в объеме V=235,5 м³, при этом закачивают пресную воду по колонне труб 2 через интервалы перфорации в пласт 6 с расходом 1,0 м³/мин в течение: 235,5 м³/1,0 м³/мин = 235,5 мин = 3 ч 55 мин 30 с.

Предварительное насыщение пласта пресной водой плотностью 1000-1050 кг/м³ перед проведением ГРП позволяет ускорить процесс набухания, произвести качественную изоляцию канала поступления воды через трещину в полость скважины в интервале ПЗП 7 и за счет быстрого набухания проппанта, покрытого водонабухающей резино-полимерной композицией, в ПЗП скважины предотвратить резкий рост обводненности в начальный период эксплуатации скважины.

Далее начинают процесс ГРП. Для этого закачкой гидроразрывной жидкости, в качестве которой применяют сшитый гель, например, в объеме 10 м³, по колонне труб 2 в интервал пласта 6 инициируют образование трещины разрыва 8'.

Затем производят расширение трещины разрыва 8'' и 8''' (см. фиг. 2 и 3) и ее крепление в два этапа.

Общую массу проппанта, предназначенную для крепления трещины 8''', например, определенную в процессе моделирования трещины ГРП, делят для закачки в два этапа. Например, общая масса проппанта для крепления трещины равна М=10 т=10000 кг. Рассчитаем массу различных фракций проппанта, применяемых в процессе крепления трещины.

Масса проппанта фракции 30/60 меш (М_30/60) в количестве 50-60% от общей массы проппанта (М=10 т=10000 кг):

М_30/60=(50-60%)/100% ⋅ 10000 кг = 5000-6000 кг. Примем 5600 кг.

Масса проппанта фракции 16/20 меш (М_16/20) в количестве 20-25% от общей массы проппанта (М=10000 кг):

М_16/20=(20-25%)/100% ⋅ 10000 кг = 2000-2500 кг. Примем 2000 кг.

Масса проппанта фракции 40/70 меш (М_40/70) в количестве 20-25% от общей массы проппанта (М=10000 кг):

М_40/70=(20-25%)/100% ⋅ 10000 кг = 2000-2500 кг. Примем 2400 кг.

На первом этапе с помощью насосных агрегатов (на фиг. 1-3 не показано) производят расширение и крепление трещины 8'' (см. фиг. 2) закачкой по колонне НКТ 2 сшитого геля с проппантом 9 фракции 30/60 меш, покрытого водонабухающей резино-полимерной композицией, в количестве 5600 кг с добавлением наполнителя стекловолокна 10 в количестве 1,0% от веса проппанта: т.е. 5600 кг ⋅ (1,0%/100%) = 56 кг.

Итого 5656 кг проппанта фракции 30/60 меш, покрытого водонабухающей резино-полимерной композицией, концентрацией 600 кг/м³ с добавлением наполнителя стекловолокна 10 в количестве 1,0% закачивают в объеме: 5656 кг / 600 кг/м³ = 9,43 м³ сшитого геля.

Проппант 9 фракции 30/60 меш, покрытый водонабухающей резино-полимерной композицией, с добавлением наполнителя стекловолокна 10, продавливаемый в трещину 8', расширяет ее до трещины 8'' (см. фиг. 1 и 2), не позволяя трещине сомкнуться.

На втором этапе (см. фиг. 3) с помощью насосных агрегатов производят развитие и крепление трещины разрыва 8''' циклической закачкой по колонне труб равными порциями: 1 м³ сшитого геля, проппант фракции 20/40 меш в 1 м³ сшитого геля, 1 м³ сшитого геля, проппант фракции 40/70 меш, покрытый водонабухающей резино-полимерной композицией, в 1 м³ линейного геля с увеличением концентрации проппанта в каждом цикле, начиная с концентрации 200 до 900 кг/м³, причем внутри каждого цикла между различными фракциями проппанта производят ступенчатое увеличение концентрации на 100 кг/м³, а между циклами с одинаковыми фракциями проппанта производят ступенчатое увеличение концентрации на 200 кг/м³.

Например, на втором этапе развитие и крепление трещины разрыва 8''' производят в четыре цикла.

Первый цикл: 1 м сшитого геля, проппант 11 фракции 20/40 меш концентрацией 200 кг/м³ в 1 м³ сшитого геля, 1 м³ сшитого геля, проппант 12 фракции 40/70 меш концентрацией 300 кг в 1 м³ линейного геля.

Второй цикл: 1 м³ сшитого геля, проппант 11 фракции 20/40 меш концентрацией 400 кг/м³ в 1 м³ сшитого геля, 1 м³ сшитого геля, проппант 12 фракции 40/70 меш концентрацией 500 кг в 1 м³ линейного геля.

Третий цикл: 1 м³ сшитого геля, проппант 11 фракции 20/40 меш концентрацией 600 кг/м³ в 1 м³ сшитого геля, 1 м³ сшитого геля, проппант 12 фракции 40/70 меш концентрацией 700 кг в 1 м³ линейного геля.

Четвертый цикл: 1 м³ сшитого геля, проппант 11 фракции 20/40 меш концентрацией 800 кг/м³ в 1 м³ сшитого геля, 1 м³ сшитого геля, проппант 12 фракции 40/70 меш концентрацией 900 кг в 1 м³ линейного геля.

В качестве жидкости гидроразрыва и несущей проппант жидкости применяют сшитый гель любого известного состава. Сшитый гель имеет низкие потери давления на трение в трубах и высокую вязкость в пласте, что обеспечивает создание широких глубоко проникающих трещин с хорошим заполнением проппантом. При деструкции не образует осадка, не повреждает пласт и набивку, что способствует образованию высокопроводящей трещины.

В результате циклической закачки, выполняемой в процессе развития и крепления трещины 8''', на втором этапе проппант 9 фракции 30/60 меш, покрытый водонабухающей резино-полимерной композицией, концентрацией 600 кг/м³ с добавлением наполнителя стекловолокна 10 в количестве 1,0% оттесняется (распределяется) по периметру трещины 8'''. Таким образом на поверхности трещины 8''' создается водоизолирующий экран (см. фиг. 3) из слоя проппанта 9 фракции 30/60 меш, покрытого водонабухающей резино-полимерной композицией, закрепленного стекловолокном 10, образующим сеточную структуру между зернами проппанта.

При реализации способа применяют короткие малого диаметра стекловолокна 10, например, с диаметром 8-15 микрон и длиной 6-8 мм, что обеспечивает максимальную стабильность поверхностного слоя проппанта фракции 30/60 меш, покрытого водонабухающей резино-полимерной композицией, на поверхности трещины 8''', так как сжимающая нагрузка по окончании крепления трещины 8''' и стравливания давления увеличивается от конца к началу трещины, т.е. в ПЗП 7 трещина 8''' испытывает максимальную сжимающую нагрузку. В результате повышается устойчивость крепления на поверхности трещины 8''', что не позволяет трещине 8''' сомкнуться при стравливании давления при окончании ГРП, а это исключает выдавливание проппанта 11 фракции 20/40 меш и проппанта 12 фракции 40/70 меш в полость скважины 1.

По окончании закачки в колонну труб 2 последнего (четвертого) цикла закачки продавливают содержимое из колонны труб 2 закачкой линейного геля в полуторакратном объеме колонны труб 2, например в объеме 5,5 м³, в трещину разрыва 8'''. Процесс развития и крепления трещины разрыва 8''' окончен, после чего стравливают давление из скважины 1, распакеровывают пакер 3 и извлекают его с колонной труб 2 из скважины 1. Процесс ГРП закончен.

Проппант 9 фракции 30/60 меш и проппант 12 фракции 40/70 меш, покрытые водонабухающей резино-полимерной композицией, имеют возможность набухания только в воде (в нефти данная композиция не набухает) до 300% от первоначального диаметра 0,7 мм и 1 мм соответственно, что приводит к уплотнению набухания резино-полимерной композиции как на поверхности трещины 8''', так и внутри трещины между зернами проппанта 11 фракции 20/40 меш.

В случае прорыва воды через слой проппанта 9 фракции 30/60 меш, покрытого водонабухающей резино-полимерной композицией, проппант 12 мелкой фракции 40/70 меш, покрытый водонабухающей резино-полимерной композицией, набухает между фракциями крупного обычного проппанта 20/40 меш с постепенным увеличением концентрации проппанта в направлении от начала трещины 8''' к ее концу (ПЗП 7), что позволяет предотвратить доступ воды в полость скважины, исключая обводнение скважины. В результате повышается качество изоляции трещины от перетока по ней в скважину 1 попутной и/или подошвенной воды.

Покрытие проппанта - это модифицированное покрытие ВНР-400 (отношение массовых частей В50Э к каучуку - 400/100) резино-полимерной композицией на основе бутадиен-нитрильного каучука марки БНКС-28АМН и водонабухающего полиакриламида марки В-50Э. Водонабухающей резино-полимерной композицией покрывают исходную фракцию проппанта (см. табл.), при этом толщина самого слоя водонабухающей резино-полимерной композиции составляет примерно 0,4-0,6 мм, что получено опытным путем.

Предлагаемый способ ГРП позволяет:

- исключить обводнение добывающей скважины через трещину разрыва;

- повысить проводимость трещины;

- повысить надежность реализации способа;

- повысить устойчивость крепления трещины на ее поверхности.