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

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к способу гидравлического разрыва в горизонтальных стволах скважин продуктивных пластов.
Известен способ многократных гидравлических разрывов в горизонтальных скважинах (патент РФ 2176021, 20.11.2001), предусматривающий спуск в горизонтальные стволы фильтров либо перфораторов в одной вертикальной плоскости навстречу друг другу с последующей перфорацией, закачку под давлением жидкости разрыва и жидкости песконосителя. В результате между стволами образуется вертикальная трещина, длина которой равна длине перфорированного участка. После этого можно провести дополнительную перфорацию других горизонтальных участков.
Также известен способ многократного гидравлического разрыва горизонтального ствола скважины (Басарыгин Ю.Н. и др. Исследование факторов и реализация мер долговременной эксплуатации нефтяных и газовых скважин. Обработка призабойной зоны пласта химическими методами и физическими методами. Краснодар, «Просвещение-Юг», кн.1, 2004, 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.
Общими недостатками данных способов являются высокая продолжительность процесса многократного гидравлического разрыва, его сложность, множество спускоподъемных операций для подготовки ствола к разрыву и, как следствие, высокая стоимость подобных скважиноопераций.
Наиболее близким по технической сущности является способ многократного гидравлического разрыва горизонтального ствола скважины (патент RU №2362010, МПК 8 Е21В 43/267; С09K 8/90, опубл. 20.07.2009, 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, при этом 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 состава, мас.%:
- биополимер - 0,5-10;
- хлористый калий - 0,5-12;
- биоцид - 0,1-5;
- деэмульгатор - 0,1-10;
- сшиватель - 0,1-1,5;
- вода - остальное.
3
А ее удаление осуществляют жидкостью-растворителем с содержанием разрушителя геля 0,6-1,2 кг/м воды.
Недостатками данного способа являются:
- во-первых, гидравлический разрыв в пласте производится без учета направления минимального главного напряжения горных пород относительно направления горизонтального ствола, что является важным в плане направления трещины, образуемой в процессе гидравлического разрыва пласта и его последующего крепления проппантом, что снижает эффективность проведения ГРП;
- во-вторых, для крепления трещины вместе с проппантом в трещину производят закачку жидкости, которая остается в пласте, и зачастую пластовой энергии недостаточно для выталкивания отработанной проппантной жидкости из пласта, в связи с чем снижается эффективность ГРП, а это не позволяет достичь необходимого повышения продуктивности пласта;
- в-третьих, после проведения ГРП при снижении давления в колонне труб происходит частичный выход излишков проппанта из трещины, который попадает обратно внутрь колонны труб, поэтому для эффективного проведения последующего ГРП возникает необходимость очистки внутреннего пространства колонны труб от проппанта, что требует проведения дополнительных спуско-подъемных операций;
3
- в четвертых, невысокая успешность изоляции, так как изоляцию интервала ГРП производят химическим способом, т.е. путем формирования полимерной корки на соответствующих фильтрах, находящихся вне интервала подлежащего ГРП, при этом процесс изоляции не контролируется с устья скважины, а состав для формирования полимерной корки на фильтрах должен иметь состав, требующий четкого соблюдения пропорций химических компонентов, нарушение которого ведет к срыву реализации способа, причем удаление осуществляют жидкостью-растворителем с содержанием разрушителя геля 0,6-1,2 кг/м воды.
Задачей изобретения является повышение эффективности проведения ГРП за счет учета направления минимального главного напряжения горных пород относительно направления горизонтального ствола, а также надежности изоляции интервала горизонтального ствола, подлежащего ГРП, путем спуска сдвоенных пакеров, а также повышение качества проведения ГРП путем отработки скважины на излив после ГРП с выходом на устье отработанной проппантной жидкости и герметичного отсечения внутреннего пространства колонны труб от попадания туда выдавленного при смыкании трещины из пласта проппанта.
Поставленная задача решается способом многократного гидравлического разрыва пласта в горизонтальном стволе скважины, включающим 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.
Новым является то, что определяют направление горизонтального ствола относительно направления минимального главного 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 часа, 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.
На фиг.1, 2, 3, 4 изображены последовательно схемы реализации предлагаемого способа.
Способ реализуется следующим образом.
1
2
3
n
Перед проведением гидравлического разрыва пласта в горизонтальном стволе скважины 1 (см. фиг.1) методом волнового акустического каротажа определяют направления минимального главного напряжения (σ; σ; σ) пород, слагающих продуктивный пласт 2 относительно направления горизонтального ствола скважины 1 в различных интервалах продуктивного пласта 2 фильтрами 3, …, 3.
Например, рассмотрим вариант, когда продуктивный пласт 2 вскрыт горизонтальным стволом скважины 1, например, длиной 350-400 м в различных частях продуктивного пласта 2, в интервалах которых в горизонтальном стволе установлены три фильтра 3; 3'; 3''.
Метод волнового акустического каротажа основан на использовании аппаратуры волнового акустического каротажа ВАК-8, предназначенной для литологического расчленения пород, выделения проницаемых интервалов, определения структуры порового пространства. Аппаратура обеспечивает регистрацию акустических волновых полей, возбужденных монопольным или дипольными излучателями. Данная аппаратура позволяет производить исследование методом волнового акустического каротажа в бурящихся и обсаженных скважинах диаметром от 100 мм до 350 мм с наибольшей температурой в зоне исследования 120°С и максимальным давлением 60 МПа (Поставщик аппаратуры ВАК-8 - ООО «ТНГ-Групп»).
1
2
3
Методом волнового акустического каротажа определяют, что, например, минимальное главное напряжение пород - σ напротив фильтра 3 горизонтального ствола скважины 1 направлено перпендикулярно направлению горизонтального ствола; минимальное главное напряжение пород - σ напротив фильтра 3' горизонтального ствола скважины 1 направлено параллельно направлению горизонтального ствола; минимальное главное напряжение пород - σ напротив фильтра 3'' горизонтального ствола скважины 1 направлено перпендикулярно направлению горизонтального ствола.
1
2
3
После определения направлений минимальных главных напряжений пород (σ; σ; σ) в продуктивном пласте 2 напротив соответствующих фильтров 3; 3'; 3'' горизонтального ствола скважины 1 приступают к проведению гидроразрыва продуктивного пласта напротив фильтров 3; 3'; 3'', при этом сначала проводят ГРП, например, напротив тех фильтров, где минимальное главное напряжение пород - σ направлено перпендикулярно направлению горизонтального ствола скважины 1, т.е. - это фильтры 3 и 3''.
Для этого спускают в горизонтальный ствол скважины 1 на колонне труб 4, например колонне насосно-компрессорных труб диаметром 89 мм, сдвоенные пакеры 5 и 5', которые размещают в составе колонны труб 4 выше и ниже радиальных отверстий 6, выполненных в нижней части колонны труб 4.
Гидравлический клапан 7 открывается и закрывается при определенном давлении (например, 10 МПа). Пакеры 5 и 5' должны по своим техническим характеристикам обеспечивать герметичное отсечение участка горизонтального ствола скважины 1, например пакеры с механической осевой установкой производства научно-производственной фирмы «Пакер» г.Октябрьский, Республика Башкортостан, Российская Федерация. Расстояние L между пакерами 5 и 5' должно быть на 5-10 метров больше максимальной длины любого из фильтров 3; 3'; 3'' для герметичной посадки пакеров 5 и 5' в горизонтальном стволе скважины 1.
Радиальные отверстия 6 изнутри герметично перекрыты гидравлическим клапаном 7, размещенным внутри колонны труб 4 любой известной конструкции.
Например, гидравлический клапан 7 может быть выполнен таким, как показано на фиг.2 и 3. Гидравлический клапан 7 состоит из поршня 8, подпружиненного посредством пружины 9 относительно упора 10 и имеющего возможность ограниченного осевого перемещения до ограничителя 11 с возможностью открытия клапана (радиальных отверстий 6).
Спуск колонны труб 4 прекращают тогда, когда сдвоенные пакеры 5 и 5' окажутся перед и за фильтром 3 горизонтального ствола скважины 1, при этом радиальные отверстия 6 колонны труб разместятся напротив фильтра 3 горизонтального ствола скважины 1.
Производят посадку пакеров 5 и 5', например, как указано выше, механической осевой установкой в горизонтальном стволе скважины 1 с изоляцией фильтра 3 от других интервалов продуктивного пласта 2, т.е. фильтров 3'; 3''.
Производят гидравлический разрыв путем подачи жидкости гидроразрыва по колонне труб 4 через гидравлический клапан 7, открывающийся при достижении в колонне труб 4 давления 10 МПа, при этом поршень 8 перемещается слева направо, сжимая пружину 9 до взаимодействия с ограничителем 11 (см. фиг.3), и через радиальные отверстия 6 и фильтр 3 жидкость гидроразрыва попадает в продуктивный пласт, где под высоким давлением, создаваемым с устья скважины 1 насосным агрегатом (на фиг.1, 2, 3 не показано), формирует продольные трещины 12 в продуктивном пласте 2 напротив фильтра 3 горизонтального ствола скважины 1. Далее производят крепление продольных трещин 12 закачкой жидкости с проппантом.
В качестве жидкости гидроразрыва и жидкости для закачки проппанта применяют любые известные составы, предназначенные для гидравлического разрыва пласта, например могут использоваться гелеобразные жидкости, разработанные ЗАО «Химекоганг», имеющие торговые наименования «Химеко-Н» (ТУ 2481-053-17197708), «Химеко-Т» (ТУ 2481-077-17197708-03), «Химеко-В» (ТУ 2499-038-17197708-98). Порядок приготовления гелеобразной жидкости и ее закачки с помощью насосного агрегата ЦА-320 описан в патенте RU №2358100, МПК 8 Е21В 43/26, опубл. в бюл. №16 от 10.06.2009 г. В качестве дополнительного примера использования гелеобразной жидкости может быть структурированная углеводородная гелеобразная композиция для гидравлического разрыва пласта, описанная в патенте №2043491, МПК 8 Е21В 43/26, опубл. 10.09.1995 г. Для крепления продольных трещин 12 в качестве крепителя применяют алюмосиликатный проппант, изготавливаемый ОАО Боровичевский Комбинат Огнеупоров по ГОСТ 51761-2005 г., с постепенным увеличением фракции от 20/40 меш. до 16/30 меш. в зависимости от продолжительности закачки жидкости с проппантом.
По окончании ГРП закрывают скважину 1 на технологическую паузу в течение 0,5 часа, а на устье скважины 1 в состав колонны труб 4 устанавливают регулируемый штуцер (на фиг.1, 2, 3, 4 не показано), замечают давление на устье скважины 1, например, 20 МПа, производят отработку скважины 1 на излив по колонне труб 4 в емкость, для этого регулированием штуцера, например вращением его вентиля по часовой или против часовой стрелки, изменяют площадь поперечного сечения проходного отверстия регулируемого штуцера и достигают того, чтобы при изливе давление в колонне труб 4 было не менее чем на 2-3 МПа ниже давления при закрытии скважины 1 после осуществления ГРП, например, давление при закрытии скважины после ГРП составляло 20 МПа, тогда регулированием пропускной способности штуцера достигают, чтобы отработка скважины 1 (т.е. излив) происходила при давлении не ниже 17-18 МПа. При снижении давления в колонне труб 4 ниже 17-18 МПа жидкая фаза, т.е. отработанная проппантная жидкость (проппантоноситель), закачанная вместе с проппантом в поперечные трещины 12 продуктивного пласта 2 через фильтр 3, при ее креплении выносится по колонне труб 4 на устье скважины 1. Излив отработанной проппантной жидкости продолжается до снижения давления до 10 МПа и закрытия гидравлического клапана 7, при этом поршень 8 герметично перекрывает радиальное отверстие 6 колонны труб 4 за счет возвратной силы пружины 9.
Благодаря изливу происходит очистка призабойной зоны пласта (ПЗП) напротив фильтра 3 и проппантного слоя в поперечных трещинах 12 продуктивного пласта 2 от жидкой фазы отработанной проппантной жидкости (проппантоносителя).
3
Далее спускают колонну труб 4 в горизонтальный ствол скважины 1 в другую часть вскрытия продуктивного пласта 2, т.е. в интервал фильтра 3'', где минимальное главное напряжение пород - σ напротив фильтра 3'' горизонтального ствола скважины 1 направлено перпендикулярно направлению горизонтального ствола. В продуктивном пласте 2 напротив фильтра 3'' производят вышеописанные работы по ГРП, как описано выше, с образованием поперечных трещин 13.
2
Далее приподнимают колонну труб 4 в горизонтальный ствол скважины 1 в другую часть вскрытия продуктивного пласта 2, т.е. в интервал фильтра 3', где минимальное главное напряжение пород - β напротив фильтра 3' горизонтального ствола скважины 1 направлено параллельно направлению горизонтального ствола. В продуктивном пласте 2 напротив фильтра 3' производят вышеописанные работы по ГРП, как описано выше (при образовании поперечных трещин 12), но с образованием уже продольных трещин 14, при этом для крепления продольных трещин 14 в качестве проппанта применяют облегченный проппант, изготавливаемый ОАО Боровичевский Комбинат Огнеупоров по ГОСТ 51761-2005 г., с постепенным увеличением фракции от 20/40 меш. до 16/30 меш. в зависимости от продолжительности закачки жидкости с проппантом.
Для крепления поперечных трещин 12 и 13, образованных в продуктивном пласте через соответствующие фильтры 3 и 3'', в качестве проппанта используется алюмосиликатный проппант и технология осаждения проппанта на конце трещин, которая состоит в продавливании проппанта в первую очередь к концу трещины путем постепенного увеличения его фракции в жидкости от 20/40 меш. до 16/30 меш., поэтому осаждение проппанта на конце трещин препятствует ее росту в длину и дальнейшая закачка жидкости с проппантом приводит к увеличению ширины трещины, которая доходит до 2,5 см, что позволяет создать короткие и широкие (до трещины), обеспечивающие последующее увеличение производительности скважины и, как следствие, повышающие эффективность проведения ГРП.
Для крепления продольных трещин 14, образованных в продуктивном пласте через фильтр 3', в качестве проппанта используется облегченный проппант, плотность которого приближена к плотности жидкости, ее несущей, с фракцией 20/40 меш., что обеспечивает равномерное распределение проппанта по всей длине продольных трещин 14 и их укрепление с шириной (2-3 мм) продольных трещин 14.
Предлагаемый способ позволяет повысить эффективность проведения ГРП за счет учета направления минимального главного напряжения горных пород относительно направления горизонтального ствола и повысить надежность изоляции интервала горизонтального ствола, подлежащего ГРП, путем спуска сдвоенных пакеров. Кроме того, предлагаемый способ позволяет повысить качество проведения ГРП путем отработки скважины на излив после ГРП с выходом на устье отработанной проппантной жидкости и герметичного отсечения внутреннего пространства колонны труб от попадания в колонну труб в сторону устья выдавленного при смыкании трещины из пласта проппанта.