СПОСОБ МНОГОКРАТНОГО ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАЗРЫВА ПЛАСТА В ГОРИЗОНТАЛЬНОМ СТВОЛЕ СКВАЖИНЫ
MULTIPLE HYDRAULIC FRACTURING OF FORMATION IN WELL HORIZONTAL SHAFT

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к способам гидравлического разрыва в горизонтальных стволах скважин продуктивных пластов в слабосцементированных породах.
Известен способ многократного гидравлического разрыва горизонтального ствола скважины (Исследование факторов и реализация мер долговременной эксплуатации нефтяных и газовых скважин. Обработка призабойной зоны пласта химическими методами и физическими методами/ Басарыгин Ю.Н. [и др]. - Краснодар: Просвещение-Юг, 2004. - кн.1 - с.173), в котором для разрыва пласта спускают в скважину на насосно-компрессорных трубах - НКТ - пакер, который изолирует фильтр, установленный в стволе, в том числе горизонтальном, скважины, в требуемом месте гидроразрыва, наиболее удаленном от вертикального ствола скважины, от остальной части скважины, и осуществляют гидроразрыв, формируя трещину в данном интервале, затем в этом же стволе скважины устанавливают пакер перед фильтром, расположенным ближе к вертикальному стволу, чем указанный выше фильтр, и осуществляют гидроразрыв интервала, формируя следующую трещину, при этом фильтр перекрыт проппантовой пробкой, указанные выше операции повторяют и при разрыве интервала через фильтр, последовательно приближаясь к вертикальному стволу.
Недостатки способа:
- во-первых, в процессе проведения многократного поинтервального гидроразрыва производят переустановку пакера в различных интервалах фильтра горизонтального ствола скважины, при этом возникают сложности при распакеровке якорного узла пакера, поскольку гидравлический разрыв пласта производят под высоким давлением;
- во-вторых, при перемещениях пакера по горизонтальному стволу скважины возможно повреждение уплотнительного элемента пакера и, как следствие, потеря герметичности пакера при последующей посадке, что приводит к дополнительным спускоподъемным операциям и ревизии пакера.
Известен способ многократного гидравлического разрыва пласта в горизонтальном стволе скважины (патент RU №2472926, МПК Е21В 43/267, опубл. 20.01.2013 г., Бюл. №2), включающий спуск пакера в скважину на колонне труб, с последующей его посадкой в скважине, формирование трещин напротив фильтров последовательно в различных интервалах продуктивного пласта, вскрытого горизонтальным стволом подачей жидкости гидроразрыва через фильтр, установленный в каждой из соответствующих каждому из этих интервалов частей горизонтального ствола с изоляцией остальных его частей. При этом определяют направление горизонтального ствола относительно направления минимального главною напряжения, затем изолируют интервал, подлежащий гидравлическому разрыву пласта - ГРП - от остальных участков горизонтального ствола посадкой сдвоенных пакеров, затем открывают клапан, размещенный внутри колонны труб между сдвоенными пакерами напротив фильтра, если направление горизонтального ствола параллельно направлению минимального главного напряжения, то гидравлический разрыв пласта производят закачкой разрывной жидкости с образованием поперечных трещин относительно горизонтального ствола, с последующим креплением поперечных трещин закачкой жидкости с алюмосиликатным проппантом, с постепенным увеличением его фракции от 20/40 меш до 16/30 меш, если направление горизонтального ствола перпендикулярно направлению минимального главного напряжения, то гидравлический разрыв пласта производят закачкой разрывной жидкости с образованием горизонтальных трещин относительно горизонтального ствола, с последующим креплением горизонтальных трещин закачкой жидкости с облегченным проппантом с фракцией 20/40 меш. По окончании ГРП скважину закрывают на технологическую паузу в течение 0,5 ч, после чего на устье скважины на колонну труб устанавливают регулируемый штуцер и производят излив отработанной проппантной жидкости из пласта по колонне труб на устье скважины до закрытия клапана, при этом в процессе излива регулированием штуцера добиваются того, чтобы давление в колонне труб стало на 2-3 МПа меньше давления при открытии скважины после технологической паузы, после чего производят распакеровку пакера и перемещают колонну труб в другую часть горизонтального ствола, и вышеописанный процесс по проведению ГРП в горизонтальном стволе скважины повторяют в зависимости от количества интервалов горизонтального ствола, оснащенных фильтрами в различных его частях.
Недостатки способа:
- во-первых, невозможность реализации способа в слабосцементированных породах пласта, поскольку зерна проппанта, заполняющие трещину в прискважинной зоне, не закреплены между собой, поэтому после закрепления трещин проппантом в слабосцементированных породах пласта при последующем стравливании давления из скважины в горизонтальный ствол скважины произойдет вынос зерен проппанта, который приведет к смыканию трещин и резкому снижению пропускной способности трещин пласта в прискважинной зоне, что снизит эффективность реализации способа:
- во-вторых, сложная конструкция сдвоенных пакеров, а также сложности при посадке и распакеровке этих пакеров в скважине;
- в-третьих, низкая надежность, связанная с возможностью потери герметичности одного из сдвоенных пакеров, поскольку при высоких давлениях (до 40 МПа) практически невозможно обеспечить герметичность обоих пакеров при гидроразрыве пласта.
3
Наиболее близким по технической сущности является способ многократного гидравлического разрыва горизонтального ствола скважины (патент RU №2362010, МПК Е21В 43/267, опубл. 20.07.2009 г., Бюл. №20), включающий формирование трещин последовательно в различных интервалах продуктивного пласта, вскрытого горизонтальным стволом скважины, путем установки пакера, подачи жидкости гидроразрыва через фильтр, установленный в каждой из соответствующих каждому из этих интервалов частей горизонтального ствола с изоляцией остальных его частей, установку пакера осуществляют в вертикальном стволе скважины. Первоначально гидроразрыв осуществляют в интервале пласта с наибольшей проницаемостью подачей жидкости-носителя с проппантом с установкой «головы» проппантовой пробки, перекрывающей соответствующий участок горизонтального ствола, между фильтрами, с указанной изоляцией путем формирования полимерной корки на соответствующих фильтрах, повторяют указанную операцию на каждом из остальных интервалов последовательно по степени снижения их проницаемости с предварительным удалением корки с соответствующего этому интервалу фильтра. Причем полимерную корку формируют путем подачи в скважину химического состава, а ее удаление осуществляют жидкостью-растворителем с содержанием разрушителя геля 0,6-1,2 кг/м воды.
Недостатки данного способа:
- во-первых, невозможно реализовать способ в слабосцементированных породах пласта, поскольку зерна проппанта, заполняющие трещину в прискважинной зоне, не закреплены между собой, поэтому после закрепления трещин проппантом в слабосцементированных породах пласта при последующем стравливании давления из скважины в горизонтальный ствол скважины произойдет вынос зерен проппанта, который приведет к смыканию трещин и резкому снижению пропускной способности трещин пласта в прискважинной зоне, что снизит эффективность реализации способа;
- во-вторых, при вымывании полимерной корки жидкость будет «уходить» в вымываемый интервал, при этом в других интервалах фильтра полимерная корка вымоется лишь частично, возможно закупорив отверстия фильтра, или не вымоется вовсе, что будет препятствовать притоку нефти в горизонтальный ствол скважины в процессе последующей эксплуатации и снизит эффективность проведенного гидравлического разрыва пласта (ГРП);
- в-третьих, длительная продолжительность проведения ГРП, обусловленная тем, что пакер устанавливается в вертикальном стволе скважины, а ГРП проводится поинтервально в зависимости от проницаемости пласта, поэтому при необходимости проведения ГРП через фильтр в средней части горизонтального ствола скважины необходимо изолировать части фильтра в «пятке» и «носке» закачкой химического состава с образованием полимерной корки, проведением ГРП в средней части фильтра с последующим вымыванием полимерного состава из части фильтров к «пятке» и «носке» горизонтального ствола скважины. В дальнейшем этот процесс повторяется для участка фильтра горизонтального ствола скважины, имеющего большую проницаемость;
- в-четвертых, проппантовая пробка, которой заполняют горизонтальный ствол скважины, не обеспечивает полной герметичности при проведении гидроразрыва в других интервалах горизонтальной скважины, так как впитывает в себя жидкость в процессе осуществления ГРП;
- в-пятых, малая эффективность установки полимерной корки, так как после гидроразрыва пласта производят стравливание давления, в процесс чего полимерная корка выдавливается в горизонтальный ствол скважины.
Техническими задачами предложения являются повышение надежности и эффективности реализации способа в слабосцементированных породах пласта, сокращение продолжительности проведения спускоподьемных операций при осуществлении ГРП с возможностью герметичного отсечения интервалов друг от друга.
Поставленные технические задачи решаются способом многократного гидравлического разрыва пласта в горизонтальном стволе скважины, включающим формирование трещин последовательно в различных интервалах продуктивного пласта, вскрытого горизонтальным стволом скважины, путем спуска на колонне труб пакера, его установки в скважине, подачи жидкости гидроразрыва через фильтр, установленный в каждой из соответствующих каждому из этих интервалов частей горизонтального ствола, с изоляцией остальных его частей с образованием трещин, крепление трещин закачкой жидкости-носителя с проппантом.
3
Новым является то, что гидравлический разрыв пласта в горизонтальном стволе скважины производят поинтервально в направлении от забоя к устью спуском колонны труб, при этом в качестве колонны труб используют колонну гибких труб с разбуриваемым пакером на конце, а посадку разбуриваемого пакера производят перед каждым участком фильтра горизонтального ствола скважины, формируют трещины, закрепляют их закачкой жидкости-носителя с проппантом, причем для закрепления проппанта в прискважинной зоне, по окончании закачки жидкости-носителя с проппантом в колонну труб закачивают закрепляющий состав из расчета 0,5 м закрепляющего состава на 1 м длины фильтра и продавливают его в прискважинную зону пласта в полуторном объеме колонны труб, после чего устье скважины герметизируют устьевым сальником, а затрубное пространство скважины обвязывают с гидроаккумулятором, затем, не снижая гидравлического давления в колонне труб, приподнимают колонну труб на 1 м, при этом гидроаккумулятор воспринимает скачок гидравлического давления, возникающий в затрубном пространстве скважины, а разбуриваемый пакер герметично отсекает участок фильтра, в котором проведен гидравлический разрыв пласта, после чего колонну труб извлекают из скважины, аналогичным образом производят поинтервальный гидравлический разрыв пласта в следующих участках фильтров горизонтального ствола скважины, по окончании гидравлического разрыва пласта колонну бурильных труб на устье оснащают сначала разбуриваемым инструментом, а затем - гидромониторной насадкой, спускают колонну бурильных труб в скважину и разбуриванием удаляют пакеры от устья к забою, далее отсекают разбуриваемый инструмент и подачей жидкости в колонну бурильных труб с одновременным ее вращением и перемещением от забоя к устью производят гидромониторную обработку внутренней поверхности фильтров через гидромониторную насадку.
На фигурах 1, 2, 3 схематично и последовательно изображен предлагаемый способ многократного гидравлического разрыва пласта в горизонтальном стволе скважины.
Способ реализуют следующим образом.
n
n
Гидравлический разрыв пласта в горизонтальном стволе 1 (см. фиг.1) скважины 2 производят поинтервально в направлении от забоя 3 к устью 4 последовательным спуском на колонне труб 5 проходных разбуриваемых пакеров 6', 6"…6 и посадкой их перед каждым участком фильтра 7', 7"…7 в горизонтальном стволе 1 скважины 2.
Производят формирование трещин 8 закачкой жидкости гидроразрыва с последующим креплением трещин 8 закачкой жидкости-носителя с проппантом 9.
В качестве колонны труб 5 используют колонну гибких труб, например, диаметром 60 мм с разбуриваемым пакером на конце. Применение колонны гибких труб позволяет сократить продолжительность проведения спускоподьемных операций при проведении ГРП.
В качестве жидкости гидроразрыва используют гелированную жидкость разрыва - линейный гель, который готовят любым известным способом, например, как описано в патенте RU №2381252, МПК С09К 8/68, опубл. 20.02.2010 г.
В качестве проппанта 9 используют, например, проппант фракций 20-40 меш, который изготавливают по ГОСТ P 51761-2005 - «Проппанты алюмосиликатные. Технические условия» и выпускают на Боровичевском комбинате огнеупоров (г.Боровичи, Республика Беларусь).
В качестве проходного разбуриваемого пакера используют, например, пакер ПРК-ЯМ, выпускаемый ООО «Нефтяник» (г. Бугульма. Республика Татарстан).
Применение разбуриваемых пакеров обеспечивает герметичное отсечение интервалов фильтра после проведения в них ГРП, поэтому стравливание избыточного давления, возникающего в процессе ГРП, происходит в пласт, а не в ствол скважины, а это исключает вынос проппанта в горизонтальный ствол скважины.
3
По окончании закачки жидкости-носителя с проппантом по колонне труб 5 скважины 2 производят закачку закрепляющего состава 10 из расчета 0.5 м на 1 м. Для закрепления проппанта 9 в прискважинной зоне скважины 2 применяют любой известный закрепляющий состав 10, например описанный в патенте RU №2172814, Е21В 33/138, опубл. 27.08.2001 г.). Состав содержит следующие компоненты, вес.%:
- тампонажный цемент - 50;
- песок (фракция 0,3-1,5 мм) - 10;
- ракушечник (фракция 0,7-1,5 мм) - 10;
- соль (хлористый натрий, фракция 2-3 мм) - 10;
- неионогенное ПАВ (дисолван 4411) - 0.5-1;
- вода - остальное (до растекаемости раствора 18-20 см по конусу АЗНИИ).
3
n
3
Объем закрепляющего состава определяют из расчета 0,5 м на 1 м длины одного из фильтров 7', 7"…7. Например, при длине фильтра 7', равного 10 м, готовят 5 мзакрепляющего состава 10, который закачивают в колонну труб 5 скважины 2.
Применение данного закрепляющего состава обеспечивает создание проницаемого для пластовых флюидов фильтра за счет вымывания из проплата соли и образования сообщающихся проницаемых каналов.
Проницаемость проппанта с закрепляющим составом может быть дополнительно увеличена проведением кислотной обработки с целью растворения ракушечника.
3
3
3
Далее продавливают закрепляющий состав 10 из колонны труб 5 с помощью продавочной жидкости через отверстия 11 ниппеля 12 разбуриваемого пакера 6' и фильтр 7' в прискважинную зону скважины 2 в полуторном объеме колонны труб 5, например объем колонны труб 6 составляет 5 м, тогда полуторный объем колонны труб 5 будет составлять: 5 м·1,5=7,5 м.
3
В качестве продавочной жидкости используют, например, пресную воду плотностью 1180 кг/м.
Применение закрепляющего состава позволяет повысить надежность и эффективность реализации способа в слабосцементированных породах и исключает вынос проппанта в горизонтальный ствол скважины в процессе ГРП и при последующей эксплуатации скважины.
Устье скважины 2 герметизируют устьевым сальником 13, а затрубное пространство 14 скважины 2 сообщают с гидроаккумулятором 15.
Затем, не снижая гидравлического давления, возникшего в колонне труб 5 в процессе продавки, например 30 МПа, приподнимают колонну труб на 1 м, при этом ниппель 12 с отверстиями 11 поднимается выше разбуриваемого пакера 6' (см. фиг.1). В результате отверстия 11 ниппеля 12 сообщаются с затрубным пространством 14 скважины 2, при этом гидроаккумулятор 15 воспринимает скачок гидравлического давления, возникающий в затрубном пространстве 14 скважины 2, а ниппель 12 герметично перекрывает проходное отверстие разбуривамого пакера 6' (см. фиг.2), вследствие чего разбуриваемый пакер 6' герметично отсекает участок фильтра 7', в котором проведен гидравлический разрыв пласта от горизонтального ствола 1 скважины 2. Колонну труб 5 извлекают из скважины 2.
n
n
n
Аналогичным образом последовательно производят поинтервальный ГРП в следующих участках фильтров 7"…7 (см. фиг.2) горизонтального ствола 1 скважины 2. Для этого производят спуск на колонне труб 5 разбуриваемых пакеров 6"…6 и их посадку соответственно перед участками фильтров 7"…7.
n
n
Производят формирование трещин 8'…8 закачкой жидкости гидроразрыва с последующим креплением трещин 8'…8 закачкой жидкости-носителя с проппантом 9 и закреплением проппанта 9 в прискважинной зоне закрепляющим составом 10, как описано выше.
n
По окончании ГРП во всех участках фильтров 7', 7"…7 горизонтального ствола 1 скважины 2 колонну бурильных труб (на фиг.1, 2, 3 не показана) на устье 4 (см. фиг.2) оснащают сначала разбуриваемым инструментом, например долотом (на фиг.1, 2, 3 не показано), а затем гидромониторной насадкой с отверстиями (на фиг.1, 2, 3 не показана), напротив которых в гидромониторной насадке герметично устанавливают втулку с посадочным седлом (на фиг.1, 2, 3 не показано) под сбрасываемый с устья шар, втулку фиксируют срезным винтом.
n
Спускают колонну бурильных труб в скважину 2 (см. фиг.2) и разбуриванием, например, долотом от устья к забою удаляют пакеры 6', 6"…6 и закрепляющий состав 10 из горизонтального ствола 1 скважины 2, Затем отсекают разбуриваемый инструмент. Для этого в колонну бурильных труб сбрасывают шар (на фиг.1, 2, 3 не показан), который садится на посадочное седло втулки, установленной в гидромониторной насадке. В колонне бурильных труб создают избыточное давление, которое приводит к разрушению срезного элемента и перемещению втулки вниз под действием избыточного давления. В результате открываются отверстия в гидромониторной насадке.
3
n
Далее подачей жидкости, например пресной воды плотностью 1000 кг/м, в колонну бурильных труб с одновременным ее вращением, например, со скоростью 10 об/мин и перемещением от забоя к устью, например, со скоростью 0,05 м/с производят гидромониторную обработку внутренней поверхности фильтров 7', 7"…7 (см. фиг.3).
n
n
По периметру фильтров 7', 7"…7 направленным потоком (струей жидкости) через гидромониторную насадку вымывают с внутренней поверхности и отверстий фильтров 7', 7"…7 остатки стружки, проппанта, смолы до тех пор, пока на устье не перестанут выходить вымываемые остатки (определяют визуально по выходу прозрачной жидкости на устье 4 скважины 2).
Предлагаемый способ многократного гидравлического разрыва пласта в горизонтальном стволе скважины позволяет повысить надежность и эффективность реализации способа в слабосцементированных породах пласта, сократить продолжительность проведения спускоподъемных операций при осуществлении ГРП с возможностью герметичного отсечения интервалов друг от друга.