Способ разработки низкопроницаемого коллектора с поочередной инициацией трещин авто-ГРП
METHOD OF DEVELOPING A LOW-PERMEABILITY RESERVOIR WITH ALTERNATE INITIATION OF AUTO-HYDRAULIC FRACTURES

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к системам разработки месторождений углеводородов с применением поддержания пластового давления.
В связи с истощением традиционных источников энергии растет роль трудноизвлекаемых запасов, в том числе содержащихся в низкопроницаемых коллекторах. Очевидно, что достичь высокого коэффициента извлечения нефти (КИН) при добыче трудноизвлекаемых запасов сложнее, чем на традиционных месторождениях. Многие месторождения в мире разрабатываются системами разработки с применением горизонтальных скважин с многостадийным гидравлическим разрывом пласта (МГРП). Для увеличения продуктивности горизонтальных скважин с МГРП рекомендуется использовать ориентацию ствола скважин поперек максимального горизонтального стресса. В данных условиях возникают проблемы с организацией системы заводнения, в следствии чего большое количество запасов остается в пласте.
При проведении гидравлического разрыва пласта (ГРП), связанного с превышением давления на забое над давлением разрыва горных пород, когда во время нагнетания рабочей жидкости (воды) в пласт образуются трещины, в случае дальнейшего поддержания (превышения) давления происходит незапланированный гидроразрыв пласта (авто-ГРП). Возникновение авто-ГРП может затруднять поддержание необходимого пластового давления в объекте разработки (коллекторе), а также может спровоцировать обводнение нефтеносных пластов при открытии перетоков из водоносных пластов. Поэтому контроль и регулируемая инициация трещин авто-ГРП является важной областью развития способов разработки низкопроницаемых коллекторов.
Известно изобретение «Система и способ выполнения операций интенсификации» по патенту РФ №2567067 (МПК: E21B 43/26, G06G 7/48, дата приоритета: 11.10.2011, дата публикации: 27.10.2015). Известный способ выполнения операции интенсификации для места расположения скважины, имеющего продуктивный пласт, расположенный в подземной формации, включает выполнение определения характеристик продуктивного пласта с использованием модели определения характеристик продуктивного пласта для создания механической модели геологической среды на основании объединенных данных о месте расположения скважины. Далее осуществляется создание проекта интенсификации путем выполнения проектирования скважины, проекта стадий процесса, проекта интенсификации и прогнозирования производительности на основании механической модели геологической среды. Определение в механической модели геологической среды характера пересечения между вызванным гидроразрывом и разделом в формации и оптимизацию проекта интенсификации.
Недостатком известного способа является сложность мероприятий необходимых для повышения КИН, при котором строится проект интенсификации с использованием механической модели и осуществляется корректировка скорости нагнетания и вязкости текучей среды, а также невозможность обеспечить повышения КИН при значительном сроке отработки месторождения. Способ не обеспечивает максимальный КИН (повышение нефтеотдачи) при возникновении трещин авто-ГРП.
Известно изобретение «Способ разработки нефтеносного пласта» по патенту РФ №2613713 (МПК: E21B 43/00, E21B 43/26, дата приоритета: 31.03.2016, дата публикации: 21.03.2017). В соответствии с известным способом в пласте бурят ряды горизонтальных эксплуатационных скважин и ряды горизонтальных нагнетательных скважин, при этом горизонтальные стволы эксплуатационных скважин и горизонтальные стволы нагнетательных скважин располагают по направлению минимального горизонтального напряжения в пласте (т.е. поперек максимального стресса пласта) так, чтобы обеспечить распространение трещин гидроразрыва перпендикулярно направлению горизонтальных стволов скважин. В обсадных колоннах нагнетательных и эксплуатационных скважин устанавливают по меньшей мере два порта гидроразрыва пласта, расположенных на расстоянии друг от друга и обеспечивающих сообщение между скважинами и пластом. Через порты гидроразрыва пласта осуществляют многостадийный гидроразрыв в эксплуатационных скважинах и в нагнетательных скважинах таким образом, что вдоль каждой эксплуатационной скважины и вдоль каждой нагнетательной скважины перпендикулярно направлению горизонтального ствола скважины образуются трещины гидроразрыва, причем трещины гидроразрыва нагнетательных скважин смещены от трещин гидроразрыва эксплуатационных скважин на расстоянии. Вводят в эксплуатацию эксплуатационные (добывающие) и нагнетательные скважины путем закачки жидкости в нагнетательные скважины с регулированием расхода и/или объема закачиваемой жидкости таким образом, чтобы давление закачки было ниже давления гидроразрыва.
Недостатком такого способа разработки является сложность процесса бурения скважин, при этом закачка жидкости в нагнетательные скважины осуществляется с регулированием расхода и/или объема закачиваемой жидкости (для исключения возникновения авто-ГРП), а также использование способа возможно только при обсаженном стволе скважины, что также усложняет процесс разработки пласта. При использовании известного способа не обеспечивается повышение КИН (нефтеотдача пласта) при длительном сроке эксплуатации скважин.
Известно изобретение «Способ нестационарной разработки низкопроницаемых коллекторов» по патенту РФ №2716759 (МПК: E21B 43/20/, дата приоритета: 02.07.2019, дата публикации: 16.03.2020). Способ нестационарной разработки низкопроницаемых коллекторов, при котором осуществляют бурение горизонтальных скважин. При этом горизонтальные стволы скважин располагают со смещением по азимуту более 10 град. относительно направления максимального горизонтального напряжения в пласте; проводят многостадийный гидравлический разрыв пласта (МГРП) в скважинах; осуществляют добычу по крайней мере в двух скважинах; используют по крайней мере одну из вышеупомянутых скважин в качестве нагнетательной путем осуществления закачки рабочей жидкости. Далее осуществляют закачку рабочей жидкости по крайней мере в одну нагнетательную скважину с превышением давления над давлением гидравлического разрыва пласта (ГРП); при прорыве жидкости из нагнетательной скважины по трещинам авто-ГРП по крайней мере в одну скважину, находящуюся в режиме добычи (добывающая скважина). После чего осуществляют остановку добывающей скважины; закачивают рабочую жидкость в нагнетательную скважину до обеспечения превышения объема рабочей жидкости, закаченной в нагнетательную скважину, к суммарному объему жидкости, извлеченной из добывающей скважины на предыдущих стадиях; останавливают нагнетательную скважину, осуществляют добычу из добывающей скважины.
Недостатками известного способа является невозможность обеспечения максимального извлечения остаточных запасов из пласта при возникновении трещин авто-ГРП, т.е. не обеспечивается «управление» трещинами авто-ГРП.
Заявленное изобретение направлено на достижение технического результата, который заключается в повышении конечного КИН разрабатываемого пласта при упрощении способа разработки низкопроницаемых коллекторов.
Технический результат достигается за счет того, что способ разработки низкопроницаемого коллектора включает:
- проведение многостадийного гидравлического разрыва пласта (МГРП) с использованием жидкости ГРП, содержащей расклинивающий агент, по меньшей мере в двух скважинах, горизонтальные стволы которых расположены со смещением по азимуту от 20 до 160 град. (включительно) относительно направления максимального горизонтального напряжения в пласте, определение давления смыкания при проведении исследований по крайней мере в одной скважине, в дальнейшем используемой в качестве нагнетательной скважины, и осуществление добычи;
- использование по крайней мере одной из вышеупомянутых скважин в качестве нагнетательной скважины путем закачки в нее рабочей жидкости с превышением давления закачки над давлением гидравлического разрыва пласта (ГРП);
- обеспечение прорыва рабочей жидкости из нагнетательной скважины по крайней мере по одной трещине авто-ГРП по крайней мере в одну скважину, находящуюся в режиме добычи (добывающая скважина);
- осуществление добычи из добывающей скважины и остановка нагнетательной скважины при достижении обводненности флюида в добывающей скважине от 60 % до 95%;
- продолжение добычи из добывающей скважины и регистрацию снижения забойного давления в нагнетательной скважине;
при достижении в нагнетательной скважине значения давления смыкания или ниже этого значения осуществление повторения предыдущих четырех стадий до активации по меньшей мере еще одной трещины авто-ГРП в данной нагнетательной скважине.
Основными принципиальными свойствами заявленного способа разработки является то, что обеспечивается вытеснение расклинивающего агента в направлении добывающей скважины 1 с использованием положительного эффекта трещин авто-ГРП и поддержанием пластового давления. В результате достигается максимальное вовлечение запасов в разработку с повышением КИН.
Также основой решения данной технической задачи является максимальное использование энергии пласта и увеличение зон промыва, которые создаются с помощью трещин авто-ГРП. При этом обеспечивается «управление» трещинами авто-ГРП за счет их последовательного (поочередного) включения (создания) в работу за счет контроля давления смыкания трещины.
Поочередное включение в эксплуатацию трещин МГРП, в результате перевода их в трещины авто-ГРП, позволяет обеспечить необходимую компенсацию для поддержания пластового давления на участке разработки, а также избежать обводнения добывающих скважин по трещинам авто-ГРП. Закачку в нагнетательные скважины с МГРП можно проводить на давлении выше давления ГРП, поскольку после остановки нагнетания и запуска добывающих скважин в эксплуатацию трещина авто-ГРП закрывается и не оказывает влияние на соседние добывающие скважины. Данное предположение обусловлено следующим:
при снижении давления ниже давления разрыва происходит смыкание незакрепленной трещины авто-ГРП в области ствола скважины; трещины авто-ГРП в области ствола скважины не закреплены проппантом;
длина трещин авто-ГРП во много раз превышает эффективную длину трещин проппантного ГРП (зон с проппантом), что обеспечивает надежное слипание трещин авто-ГРП и обеспечивает образование новых трещин авто-ГРП при следующей закачки рабочей жидкости (воды без проппанта).
Данная технология не требует определенной расстановки портов МГРП и конструкции скважины.
Возможен вариант осуществления способа, при котором в качестве расклинивающего агента используют проппант.
Возможен вариант осуществления способа, при котором в качестве рабочей жидкости используют воду.
Возможен вариант осуществления способа, при котором после прорыва рабочей жидкости из нагнетательной скважины по крайней мере по одной трещине авто-ГРП по крайней мере в одну скважину, находящуюся в режиме добычи (добывающая скважина), дополнительно осуществляют закачку в нагнетательную скважину высоковязкой жидкости. Закачка высоковязкой жидкости осуществляется для обеспечения очистки призабойной зоны трещины авто-ГРП от проппанта.
Возможен вариант осуществления способа, при котором в качестве высоковязкой жидкости используют жидкость на основе полиакриламида.
Возможен вариант осуществления способа, при котором проведение исследований с определением давления смыкания осуществляют с помощью мини-ГРП (тест ГРП).
Возможен вариант осуществления способа, при котором при проведении мини-ГРП (тест ГРП) давление смыкания по крайней мере в одной скважине, в дальнейшем используемой в качестве нагнетательной скважины, определяют с использование метода индикаторной диаграммы.
Мини-ГРП – диагностический тест с закачкой геля ГРП (жидкость ГРП) и записью расхода закачки и давления в процессе до наступления момента смыкания трещины для последующей интерпретации и калибровки дизайна основного ГРП, а также определения геомеханических параметров пласта, в том числе давления смыкания. Индикаторная диаграмма - включает нагнетание жидкости при нескольких установившихся подачах, начиная с подач, при которых жидкость поглощается матрицей (скелетом) породы, и с нарастанием до подач при давлениях выше давления распространения трещины (Michael Economides, Ronald Oligney, Peter Valkó «Unified Fracture Design, Michael Economides», 2002).
Возможен вариант осуществления способа, при котором проведение исследований с определением давления смыкания осуществляют с использованием метода индикаторной диаграммы.
Возможен вариант осуществления способа, при котором регистрацию прорыва из нагнетательной скважины по крайней мере по одной трещине авто-ГРП по крайней мере в одну скважину, находящуюся в режиме добычи (добывающая скважина), и регистрацию давления смыкания осуществляют с помощью по меньшей мере одного датчика давления.
Возможен вариант осуществления способа, при котором по меньшей мере один датчик давления подключен к наземному блоку, связанному по меньшей мере с одним компьютером.
Возможен вариант осуществления способа, при котором измеряют объем рабочей жидкости, закаченной в нагнетательную скважину, и объем жидкости, извлеченной из добывающей скважины, с помощью расходомеров.
Возможен вариант осуществления способа, при котором горизонтальные стволы скважин расположены взаимопараллельно.
Возможен вариант осуществления способа, при котором трещины МГРП нагнетательной скважины смещены относительно трещин МГРП добывающей скважины на половину расстояния между соседними трещинами МГРП нагнетательной скважины.
Заявленное изобретение поясняется следующими фигурами.
Фиг. 1 – схематичное изображение стадий осуществления способа.
Фиг. 2 – схема изменения трещины и перераспределения проппанта (расклинивающего агента) в ней на всех стадиях осуществления способа, а также изменение уровня забойного давления на соответствующих стадиях способа.
Фиг. 3 – график накопленных показателей разработки.
На фигурах обозначены:
1 – горизонтальная добывающая скважина;
2 – горизонтальная нагнетательная скважина;
3 – трещины МГРП;
4 – трещины авто-ГРП в процессе образования;
5 – трещины авто-ГРП после смыкания;
6 – проппант;
7 – вид трещины и распределение проппанта при ГРП (МГРП);
8 – вид трещины МГРП и распределение проппанта в процессе ее роста;
9 – вид трещины авто-ГРП и распределение проппанта в ней в процессе закачки рабочей жидкости без проппанта;
10 – вид трещины авто-ГРП после смыкания и перераспределение проппанта в ней;
11 – участки смыкания трещины авто-ГРП;
н
12 – динамика притока нефти в добывающей скважине без использования заявленного способа (Q);
в
13 – динамика притока воды (рабочей жидкости) в добывающей скважине без использования заявленного способа (Q);
ж
14 – динамика притока жидкости (нефти и воды) в добывающей скважине без использования заявленного способа (Q);
н
15 - динамика притока нефти в добывающей скважине с использованием заявленного способа (Q(авто-ГРП));
в
16 - динамика притока воды с использованием заявленного способа (Q(автоГРП));
ж
17 - динамика притока жидкости (нефти и воды) с использованием заявленного способа (Q(автоГРП).
Заявленный способ реализуется следующим образом.
max
Первым этапом реализации заявленного способа является бурение нескольких горизонтальных скважин (фиг. 1). Длина горизонтальных скважин обычно составляет 500-1000 м, а расстояние между скважинами (горизонтальным стволом добывающей скважины 1 и горизонтальным стволом нагнетательной скважины 2) составляет примерно 200-500 м. При этом горизонтальные стволы скважин 1 и 2 располагают со смещением по азимуту 20 град. относительно направления максимального горизонтального напряжения (σ) в пласте, в результате чего будет обеспечиваться предпочтительно перпендикулярное образование трещин ГРП 3 относительно горизонтального ствола скважин 1 и 2.
Далее проводят исследования (например, тест ГРП) с определением давления смыкания по крайней мере в одной скважине, в дальнейшем используемой в качестве нагнетательной скважины 2. Мини-ГРП» (так называемый «тест ГРП») проводится перед основным циклом гидроразрыва пласта (МГРП) обычно с целью оптимизации технологии его проведения (в том числе проверки и настройки компьютерной модели процесса). Технология проведения «Мини-ГРП» включает в себя закачку в течение короткого промежутка времени (перед проведением основного гидроразрыва) жидкости под большим давлением без проппанта. Трещина, образовавшаяся в результате воздействия закачки, является нестабильной, поскольку ничем не закреплена, и способна менять свои параметры в течение времени. Создание небольшой трещины во время закачки и дальнейший анализ изменения давления во времени и определения давления слипания трещины после прекращения закачки жидкости без проппанта являются главной целью данной операции.
Далее обеспечивают проведение многостадийного гидравлического разрыва пласта (МГРП) с использованием жидкости ГРП, содержащей расклинивающий агент, например, проппант, в скважинах 1 и 2. После проведения МГРП осуществляют добычу нефти в скважинах 1 и 2. Работа основного фонда скважин на истощении обычно составляет около 5 лет.
Исследования по определению давления смыкания могут проводиться на той же скважине, на которой планируется закачка рабочей жидкости, или могут быть использованы сведения из базы данных по ранее измеренным параметрам, например, на скважине-аналоге. Кроме того, исследования по определению смыкания могут быть произведены после проведения МГРП.
После чего используют по крайней мере одну скважину в качестве нагнетательной скважины 2 путем закачки в нее рабочей жидкости с превышением давления закачки над давлением гидравлического разрыва пласта (ГРП).
Достигают обеспечение прорыва рабочей жидкости из нагнетательной скважины 2 по крайней мере по одной трещине авто-ГРП 4 по крайней мере в одну скважину, находящуюся в режиме добычи (добывающая скважина) 1.
При прорыве рабочей жидкости из нагнетательной скважины 2 по одной трещине авто-ГРП 4 в добывающую скважину 1 проводят наблюдения за обводненностью флюида в добывающей скважине 1.
При достижении обводненности флюида в добывающей скважине, например 90%, осуществляют остановку нагнетательной скважины 2, сообщающейся с этой добывающей скважиной 1 через трещину авто-ГРП 4.
Далее продолжают добычу флюида из добывающей скважины 1 при выключенной подаче рабочей жидкости в нагнетательную скважину 2, при этом регистрируют снижение забойного давления в нагнетательной скважине 2.
При достижении значения давления смыкания или ниже этого значения в нагнетательной скважине 2 повторяют закачку рабочей жидкости в нагнетательную скважину 2 с превышением давления закачки над давлением гидравлического разрыва пласта (ГРП). Таким образом, инициируют образование другой трещины авто-ГРП 4 по другой трещине МГРП 3 в нагнетательной скважине 2.
Затем также при достижении обводненности флюида останавливают закачку рабочей жидкости в нагнетательную скважину 2.
Таким образом, повторяют осуществление последних стадий по образованию трещин авто-ГРП 4, добыче до обводненности и остановке закачки рабочей жидкости.
Перевод в заводнение части скважин (2:1 (добывающих скважин к нагнетательным) или 1:1) и поочередное создание трещин авто-ГРП составляет ~ 1,5 года.
На фиг. 1 видно, как трещина ГРП переводится в трещину авто-ГРП 4, а затем данная трещина авто-ГРП смыкается 5, при этом на концах трещины авто-ГРП остаются раскрытые участки за счет перераспределения расклинивающего агента 6.
Основными принципиальными свойствами данного способа разработки является то, что отсутствует поддержание пластового давления на начальном этапе эксплуатации (скважины работают на режиме истощения энергии пласта в течении 5 лет, после чего осуществляется закачка рабочей жидкости и обеспечивается вытеснение расклинивающего агента в направлении добывающей скважины 1 с использованием положительного эффекта трещин авто-ГРП. В результате достигается максимальное вовлечение запасов в разработку с повышением КИН при поддержании пластового давления на концах трещин авто-ГРП.
На фиг. 2 представлена трещина МГРП 7 на стадии добычи до истощения, ее рост и распределение проппанта 6 в процессе роста трещины МГРП 8. На этапе закачки рабочей жидкости и перехода трещины МГРП в трещину авто-ГРП 9 наблюдается перераспределение проппанта 6, при котором наибольшее количество проппанта 6 скапливается на концах трещины авто-ГРП.
При последующей остановке нагнетательной скважины 2 и достижении давления смыкания обеспечивается смыкание трещины авто-ГРП 10 на участках 11. На фиг. 2 представлены участки 11 смыкания трещины авто-ГРП, при этом концы трещины авто-ГРП остаются раскрытыми (заполненными расклинивающим агентом 6) с целью поддержания пластового давления в зоне трещины авто-ГРП, приближенной к добывающей скважине 1.
н
в
ж
н
в
ж
На фиг. 3 представлено сравнение накопленных показателей разработки пласта без использования заявленного способа (Q, Q, Q) и при использовании заявленного способа (Q(авто-ГРП), Q(авто-ГРП), Q(авто-ГРП)). На фиг. 3 видно, что накопленные показатели с использованием заявленного способа выше, чем при разработке низкопроницаемых коллекторов традиционными способами.
Таким образом, обеспечивается повышение конечного КИН разрабатываемого пласта при упрощении способа разработки низкопроницаемых коллекторов за счет поддержания пластового давления в зонах около добывающей скважины.