Результат интеллектуальной деятельности: Способ пропантного гидравлического разрыва нефтяного пласта

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может найти применение при проведении пропантного гидравлического разрыва нефтяного пласта (ГРП) с изменяемым размером гранул пропанта.

Известен способ разработки нефтематеринских коллекторов управляемым гидроразрывом, включающий применение в скважинах для изоляции высокопроницаемых зон и трещин закачки смеси ПАВ, ПАА, сшивателя - ацетата хрома, наполнителя и воды, остановку скважины на технологическую выдержку, отбор продукции из скважин. Согласно изобретению, выбирают слабопроницаемый коллектор со средней абсолютной проницаемостью менее 2 мД на котором бурят или используют уже пробуренные вертикальные и/или наклонно-направленные скважины, в каждой из данных скважин проводят первый ГРП, во время которого методом низкочастотной сейсмики фиксируют зону распространения трещин, затем в скважины с проведенным ГРП закачивают изоляционный состав со следующим соотношением компонентов, мас. %: ПАВ - 0,2-5,0, ПАА - 0,005-2,5, ацетат хрома - 0,01-1,0, наполнитель - 0,5-15,0, вода с минерализацией не более 1,5 г/л - остальное, после технологической выдержки в течение 1-10 сут. и кольматации трещин первого ГРП закачанным изоляционным составом, проводят в тех же скважинах второй ГРП, во время которого также методом низкочастотной сейсмики фиксируют зону распространения трещин, по полученным данным о распространении трещин после первого и второго ГРП, принимают решение о проведении в данных скважинах последующих этапов закачки изоляционного состава и проведении ГРП, причем количество последующих ГРП определяют исходя из охвата коллектора зонами трещин ГРП в 360° в плане вокруг каждой скважины, после всех ГРП проводят обработку коллектора закачкой в каждую скважину растворителя изоляционного состава в объеме 0,8-2,0 от суммы объемов закачанных ранее изоляционных составов в данную скважину (патент РФ №2610473, кл. Е21В 43/26, Е21В 43/16, опубл. 13.02.2017).

Недостатком известного способа является его низкая эффективность ввиду отсутствия закрепления трещин пропантом. Согласно исследованиям, даже в устойчивых к осыпанию карбонатных породах, горное давление приводит к постепенному смыканию трещин без пропанта и, соответственно, снижению дебита нефти скважин и накопленной добычи нефти.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ выработки слабодренируемых участков нефтяной залежи, включающий выработку запасов нефти скважинами, проведение исследований скважин, проведение гидроразрыва пласта, применение внутрипластовой термохимической обработки с использованием гранулированного магния и соляной кислоты, закачку рабочего агента в нагнетательные скважины и отбор продукции из добывающих скважин. Согласно изобретению, подбирают залежь с накопленным отбором нефти от начальных извлекаемых запасов не менее 50%, на фонде скважин, пробуренном на данную залежь, проводят исследования по определению текущей температуры пласта и строят карты распределения температуры пласта по площади залежи, выделяют участки в которых текущая пластовая температура ниже начальной на 5% и более, предварительно каждую скважину выделенных участков очищают от отложений на стенках труб с помощью последовательной закачки гранулированного магния в объеме 20-40% от объема эксплуатационной колонны и 60-80% - соляной кислоты с концентрацией 12-18%, промывают и отбирают продукты реакции, затем на скважинах выделенных участков, где отсутствует водо-нефтяной контакт, проводят гидроразрыв пласта, в котором 10-40% закачиваемого пропанта по массе заменяют на гранулированный магний той же фракции, что и фракция пропанта, причем сначала закачивают пропант и магний большей фракции, затем последовательно размер фракции закачиваемого пропанта и магния уменьшают, после чего закачивают два-четыре раза оторочки 12-18% соляной кислоты и продавливают технической жидкостью, скважины осваивают и пускают в работу, в дальнейшем разработку с поддержанием пластового давления ведут закачкой рабочего агента - воды, подогретой до температуры, составляющей сумму начальной пластовой температуры и расчетных теплопотерь по стволу скважины (патент РФ №2661513, кл. Е21В 43/267, Е21В 43/27, Е21В 43/24, опубл. 17.07.2017 - прототип).

Известный способ предусматривает повышение эффективности ГРП за счет термохимической обработки и последовательного уменьшения размера фракции закачиваемого пропанта, однако замена части пропанта на растворимый магний приводит также к постепенному смыканию части трещин и снижению дебита скважин и накопленной добычи нефти.

В предложенном изобретении решается задача повышения эффективности гидравлического разрыва нефтяного пласта и увеличения накопленной добычи нефти скважины.

Задача решается тем, что в способе пропантного гидравлического разрыва нефтяного пласта, включающем бурение или подбор уже пробуренной вертикальной или наклонно-направленной скважины, остановку скважины, проведение в скважине гидравлического разрыва пласта - ГРП, определение зоны распространения трещин ГРП, закрепление трещин ГРП пропантом, последовательное уменьшение размера фракции закачиваемого пропанта, освоение скважины, отбор продукции из скважины, согласно изобретению, суммарный объем закачиваемого пропанта определяют из объема фактических трещин ГРП, фиксируемых во время ГРП, трещины ГРП закрепляют пропантом в несколько этапов, причем в каждом последующем этапе закачивают порции пропанта как меньшего размера фракции, так и в меньшем объеме: первой порцией закачивают пропант с диаметром частиц D и общим объемом порции V, второй порцией закачивают пропант, соответственно, с диаметром частиц D/6 и в объеме (0,2…0,1)⋅V, далее, при необходимости, третьей - D/12 и (0,03…0,05)⋅V, четвертой - D/24 и (0,02…0,03)⋅V, при необходимости закачивают только две или три порции различных фракций пропанта, между каждым этапом проводят технологическую выдержку не более 2 часов, при этом давление на устье скважины во время технологической выдержки поддерживают на уровне не менее 50% от максимального, при котором вели закачку пропанта.

Сущность изобретения

На эффективность гидравлического разрыва нефтяного пласта и объем накопленной добычи нефти скважины с ГРП существенное влияние оказывает качество трещин, их проницаемость и способность как можно дольше оставаться в открытом виде. Для данных целей применяют закачку и закрепление трещин пропантом. Однако, существующие технические решения не в полной мере позволяют эффективно выполнять данные задачи. В предложенном изобретении решается задача повышения эффективности гидравлического разрыва нефтяного пласта и увеличения накопленной добычи нефти скважины. Задача решается следующим образом.

Способ реализуют следующим образом.

На участке нефтяного пласта бурят или подбирают уже пробуренную вертикальную или наклонно-направленную скважину. Данную скважину останавливают, если она была действующей. Проводят подготовительные к ГРП работы, в т.ч. исследования и дизайн ГРП. На скважину привозят необходимое оборудование, химию и материалы. Кроме того, предусматривают применение технологий для определения зоны и направления распространения трещин (например, используют низкочастотную микросейсмику). Далее проводят мини-ГРП, определяют вектора распространения трещин и прочие параметры ГРП, при необходимости корректируют дизайн ГРП.

Далее в скважине проводят ГРП. При закачке жидкости гидроразрыва определяют распространение трещин. Зная параметры трещин и зону их распространения, примерно подсчитывают объем трещин ГРП. Определяют, что суммарный объем пропанта (всех порций) W равен объему трещин ГРП. Трещины ГРП закрепляют пропантом в несколько этапов, причем в каждом последующем этапе закачивают порции пропанта как меньшего размера фракции, так и в меньшем объеме:

- 1-ая порция пропанта с диаметром частиц D₁=D и объемом порции V₁=V;

- 2-ая порция пропанта с диаметром частиц D₂=D/6 и объемом порции V₂=(0,2…0,1)⋅V;

- 3-я порция пропанта с диаметром частиц D₃=D/12 и объемом порции V₃=(0,03…0,05)⋅V;

- 4-ая порция пропанта с диаметром частиц D₄=D/24 и объемом порции V₄=(0,02…0,03)⋅V.

Таким образом, W=V₁+V₂+V₃+V₄.

Также возможна закачка только первых двух порций. При необходимости закачивают три или все четыре порций различных фракций пропанта. Однако дальнейшее уменьшение не имеет смысла, т.к. размеры пропанта становятся слишком мелкие и сопоставимыми с диаметром поровых каналов.

Согласно исследованиям, указанное распределение размеров фракций пропанта, объемов порций пропанта и последовательности их закачки при ГРП позволяют максимально поддерживать трещины в открытом состоянии, что приводит к эффективности ГРП и более высоким объемам добычи нефти. Расчеты и моделирование показали, что приведенная последовательность уменьшения размеров фракций пропанта обеспечивает максимальное заполнение неоднородных по размеру трещин ГРП. При превышении указанных объемов закачки порций пропанта, часть пропанта окажется не закачанной в трещины, что в худшем случае может привести к аварии на скважине, тогда как при меньших объемах закачки пропанта, относительно приведенных выше, трещины не будут заполнены пропантом полностью, что впоследствии приведет к смыканию трещин ГРП и невысокой накопленной добыче нефти.

Между каждым этапом закачки порций пропанта проводят технологическую выдержку не более 2 часов, при этом давление на устье скважины во время технологической выдержки поддерживают на уровне не менее 50% от максимального, при котором вели закачку пропанта. Технологическая выдержка необходима для более плотного распределения пропанта в трещинах. При технологической выдержке более 2 часов, согласно исследованиям, в большинстве случаев указанное распределение пропанта далее не происходит. При этом если поддерживать давление на устье скважины во время технологической выдержки значением менее 50% от максимального, при котором до этого вели закачку пропанта, значительно возрастает вероятность смыкания незакрепленной пропантом части трещин.

Далее проводят промывку, освоение скважины, пускают скважину в добычу и ведут отбор продукции.

Эксплуатацию скважины ведут до снижения дебита нефти до минимального экономически рентабельного значения, либо до повышения обводненности до 98% с учетом всевозможных обработок и работ по водоограничению.

Результатом внедрения данного способа является повышение эффективности гидравлического разрыва нефтяного пласта и увеличения накопленной добычи нефти скважины.

Примеры конкретного выполнения способа.

Пример 1. На участке нефтяного пласта общей толщиной 15 м, средней абсолютной проницаемостью 1 мД и начальным пластовым давлением 16 МПа, бурят вертикальную скважину. Проводят подготовительные к ГРП работы, в т.ч. лабораторные исследования отобранного керна, шлама и флюидов, исследования по подбору химии и пропанта. Выполняют моделирование и дизайн ГРП. На скважину привозят необходимое для ГРП оборудование, химию и материалы. Кроме того, предусматривают применение технологий для определения зоны и направления распространения трещин. Для этого используют низкочастотную микросейсмику, в которой в соответствии с технологией размещают на дневной поверхности датчики. Далее проводят мини-ГРП, определяют вектора распространения трещин и прочие параметры ГРП. В соответствии с собранными данными корректируют дизайн ГРП.

Далее в скважине проводят ГРП. При закачке жидкости гидроразрыва определяют низкочастотной микросейсмикой распространение трещин. Зная параметры трещин и зону их распространения, примерно подсчитывают объем трещин ГРП. Определяют, что суммарный объем пропанта (всех порций) W равен объему трещин ГРП и W=38,4 м³.

Трещины ГРП закрепляют пропантом в четыре этапа, причем в каждом последующем этапе закачивают порции пропанта как меньшего размера фракции, так и в меньшем объеме:

- 1-ая порция пропанта с диаметром частиц D₁=1,7 мм и объемом порции V₁=30 м³;

- 2-ая порция пропанта с диаметром частиц D₂=1,7/6=0,28 мм и объемом порции V₂=0,2⋅30=6 м³;

- 3-я порция пропанта с диаметром частиц D₃=1,7/12=0,14 мм и объемом порции V₃=0,05⋅30=1,5 м³;

- 4-ая порция пропанта с диаметром частиц D₄=1,7/24=0,07 мм и объемом порции V₄=0,03⋅30=0,9 м³.

Таким образом, W=V₁+V₂+V₃+V₄=30+6+1,5+0,9=38,4 м³.

Между каждым этапом закачки порций пропанта проводят технологическую выдержку длительностью 2 часа. При этом давление на устье скважины во время технологической выдержки поддерживают на уровне 3 МПа, что составляет 50% от максимального 6 МПа, при котором вели закачку пропанта.

Далее проводят промывку, освоение скважины, пускают скважину в добычу и ведут отбор продукции. Эксплуатацию скважины ведут до повышения обводненности продукции до 98% с учетом проводимых в период эксплуатации скважин обработок и водоограничений.

Пример 2. Выполняют как пример 1. Подбирают уже пробуренную наклонно-направленную скважину, эксплуатирующую нефтенасыщенный пласт с иными геолого-физическими характеристиками. Данную скважину останавливают, проводят ГРП. Трещины ГРП закрепляют пропантом в два этапа, причем в каждом последующем этапе закачивают порции пропанта как меньшего размера фракции, так и в меньшем объеме:

- 1-ая порция пропанта с диаметром частиц D₁=0,90 мм и объемом порции V₁=26,0 м³;

- 2-ая порция пропанта с диаметром частиц D₂=0,90/6=0,15 мм и объемом порции V₂=0,1⋅26=2,6 м³.

Суммарный объем пропанта двух порций равен объему трещин ГРП, т.е. W=V₁+V₂=26,0+2,6=28,6 м³.

Пример 3. Выполняют как пример 1. Трещины ГРП закрепляют пропантом в три этапа, причем в каждом последующем этапе закачивают порции пропанта как меньшего размера фракции, так и в меньшем объеме:

- 1-ая порция пропанта с диаметром частиц D₁=1,0 мм и объемом порции V₁=35,0 м³;

- 2-ая порция пропанта с диаметром частиц D₂=1,0/6=0,17 мм и объемом порции V₂=0,1⋅35=3,5 м³;

- 3-я порция пропанта с диаметром частиц D₃=1,0/12=0,08 мм и объемом порции V₃=0,03⋅35=1,1 м³.

Суммарный объем пропанта трех порций равен объему трещин ГРП, т.е. W=V₁+V₂+V₃=35,0+3,5+1,1=39,6 м³.

Пример 4. Выполняют как пример 1. Четвертую порцию пропанта закачивают с диаметром частиц D₄=1,7/24=0,07 мм и объемом порции V₄=0,02⋅30=0,6 м³. Суммарный объем пропанта пяти порций равен объему трещин ГРП: W=V₁+V₂+V₃+V₄=30+6+1,5+0,6=38,1 м³. Эксплуатацию скважины ведут до снижения дебита нефти до минимального экономически рентабельного значения 0,5 т/сут с учетом проводимых в период эксплуатации скважин обработок и водоограничений.

В результате эксплуатации было добыто 47,3 тыс.т нефти. По прототипу при прочих равных условиях эксплуатации было добыто 39,8 тыс.т нефти. Прирост добычи нефти по предлагаемому способу составил 7,5 тыс.т.

Предлагаемый способ позволяет повысить накопленную добычу нефти скважины за счет повышения эффективности технологии ГРП, достигаемой с применением пропанта с различным диаметром гранул, рассчитываемых и закачиваемых в определенном соотношении.

Применение предложенного способа позволит решить задачу повышения эффективности гидравлического разрыва нефтяного пласта и увеличения накопленной добычи нефти скважины.