Способ гидравлического разрыва пласта
METHOD OF HYDRAULIC BREAKDOWN OF FORMATION

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности, в частности, оно используется для 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 в 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, 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), что снижает эффективность ГРП и вызывает быстрое обводнение скважины при последующей эксплуатации карбонатного пласта;
- во-вторых, после образования трещин в пласте закачкой жидкости разрыва по колонне НКТ в колонну НКТ спускают ГТ и 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, что усложняет технологический процесс осуществления способа и снижает проницаемость образуемых трещин;
- в-третьих, необходимо привлекать дорогостоящее оборудование (пескосмеситель) и насосные агрегаты высокого давления для продавки жидкости-песконосителя с проппантом в пласт.
3
3
3
3
3
Наиболее близким по технической сущности является 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 м/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/м. 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/м с первой по третью порции в каждом цикле, начиная с концентрации 100 кг/м, в последнем четвертом цикле производят закачку одной порции линейного геля, содержащего облегченный проппант 16/20 меш с концентрацией 400 кг/м, 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, затраты, связанные с привлечением геофизической партии для определения направления главного максимального напряжения в пласте;
- в-пятых, 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.
Техническими задачами изобретения являются повышение проводимости трещины и эффективности изоляции трещины, а также повышение надежности способа, снижение затрат на его реализацию, сокращение длительности технологического процесса реализации способа.
Поставленные технические задачи решаются способом гидравлического разрыва пласта - ГРП, включающим выполнение перфорации в интервале пласта скважины, ориентированной в направлении главного максимального напряжения, спуск колонны насосно-компрессорных труб - 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.
3
3
3
Новым является то, что для выполнения перфорации в скважину до интервала подошвы пласта спускают гидромеханический перфоратор на колонне НКТ, выполняют пары перфорационных отверстий по периметру скважины от подошвы к кровле пласта со смещением на угол 30° при выполнении каждой пары перфорационных отверстий, после выполнения перфорации колонну НКТ с перфоратором извлекают из скважины, затем в скважину спускают колонну НКТ с пакером и производят посадку пакера в скважине, перед проведением ГРП последовательно определяют объемы гидроразрывной жидкости для образования трещины, эластомера, добавляемого в гидроразрывную жидкость, проппанта для крепления трещины, далее производят ГРП, при этом в качестве гидроразрывной жидкости применяют гелированную нефть, объем гелированной нефти делят на две равные порции, причем первой порцией закачивают первую половину объема гелированной нефти и проводят ГРП с образованием трещины, а второй порцией закачивают вторую половину объема гелированной нефти с добавлением гранулированного водонабухающего эластомера для создания водоизолирующего экрана по всей поверхности трещины из гранулированного водонабухающего эластомера, затем производят крепление трещины закачкой жидкости-носителя сшитого геля с проппантом сначала мелкой фракции 20/40 меш в количестве 55-60% от общей массы проппанта, а затем крупной фракции 16/20 меш в количестве 40-45% от общей массы проппанта со ступенчатым увеличением концентрации проппанта на 100 кг/м, начиная от 200 кг/м до 1200 кг/м.
На фиг. 1 схематично изображен процесс перфорации интервала пласта в скважине.
На фиг. 2 схематично изображена развертка интервала перфорации пласта.
На фиг. 3 схематично изображены устьевой фланец с метками и колонна труб с риской в процессе проведения ГРП.
На фиг. 4 схематично изображен процесс ГРП.
На фиг. 5 схематично изображено направление развития трещины.
В скважину 1 (см. фиг. 1 и 2) до подошвы пласта 2 на колонне НКТ 3 спускают гидромеханический перфоратор 4, например используют гидромеханический перфоратор ПГМ-168 конструкции института «ТатНИПИнефть».
Перфорируют интервал пласта 2 выполнением шести пар отверстий (прямоугольного сечения) 5' и 5'', 6' и 6'', 7' и 7'', 8' и 8'', 9' и 9'', 10' и 10'' снизу вверх с подъемом и поворотом колонны труб на 30° при каждом последующем проколе.
Высоту 1 подъема колонны НКТ 3 между парами отверстий 5' и 5'', 6' и 6'', 7' и 7'', 8' и 8'', 9' и 9'', 10' и 10'' определяют как высоту пласта 2, разделенную на семь равных частей.
пл
Например, при высоте пласта h=3,5 м высота подъема колонны НКТ 3 между парами отверстий 5' и 5'', 6' и 6'', 7' и 7'', 8' и 8'', 9' и 9'', 10' и 10'', а также от кровли и подошвы пласта 2 будет равна:
пл
l=h/7=3,5 м/7=0,5 м.
В процессе реализации способа необходимо получить шесть пар отверстий: 5' и 5'', 6' и 6'', 7' и 7'', 8' и 8'', 9' и 9'', 10' и 10'' с равным углом поворота 30° между ближайшими парами. Например, между парой отверстий 7' и 7'' (см. фиг. 3) угол поворота снизу относительно отверстий 6' и 6" и выше относительно отверстий 8' и 8" составляет 30°.
С этой целью применяют устьевой фланец (на фиг. 3 показан условно), имеющий насечки 11', 11", 11''', 11'''', 11''''', 11'''''' по периметру с углом 30° (см. фиг. 2 и 3), соответствующие каждой паре отверстий 5' и 5'', 6' и 6'', 7' и 7'', 8' и 8'', 9' и 9'', 10' и 10''.
На поверхности колонны НКТ 3 наносят одну риску 12 (см. фиг. 1 и 3), например, длиной 10-50 мм и глубиной 2 мм.
Размещают риску 12 колонны НКТ 3 напротив отметки 11' устьевого фланца. В таком положении без вращения колонны НКТ 3 с гидромеханическим перфоратором 4 на конце приподнимают колонну НКТ 3 от подошвы пласта 2 на высоту l=0,5 м. Выполняют пару отверстий 5' и 5'' в интервале пласта 2 скважины 1 с помощью гидромеханического перфоратора 4 (за счет радиального выдвижения двух резцов, размещенных относительно друг друга под углом 180°) согласно инструкции по его эксплуатации.
Затем вновь приподнимают колонну НКТ 3 с гидромеханическим перфоратором 4 вверх на высоту l=0,5 м, при этом поворачивают колонну НКТ 3 до размещения ее риски 12 напротив метки 11'' на устьевом фланце, например, по часовой стрелке, и производят выполнение с помощью гидромеханического перфоратора 4 пары отверстий 6' и 6'' в интервале пласта 2 скважины 1.
Далее аналогичным образом, поворачивая колонну НКТ 3 (см. фиг. 2 и 3) по часовой стрелке на 30° и последовательно совмещая риску 12 колонны НКТ 3 с метками 11''', 11'''', 11''''', 11'''''', выполняют еще четыре соответствующих пары отверстий 7' и 7", 8' и 8", 9' и 9", 10' и 10" в интервале пласта 2 скважины 1.
Направление перфорации снизу вверх в скважине 1 выбирают с целью исключения прихвата резцов (на фиг. 1 показаны условно) гидромеханического перфоратора 4 при их выдвижении ранее выполненными парами отверстий 5' и 5'', 6' и 6'', 7' и 7'', 8' и 8'', 9' и 9'', 10' и 10'' (см. фиг. 2). Таким образом, в интервале пласта 2 (см. фиг. 1) скважины 1 получают перфорационные отверстия 5' и 5'', 6' и 6'', 7' и 7'', 8' и 8'', 9' и 9'', 10' и 10''.
max
Выполнение пар отверстий 5' и 5'', 6' и 6'', 7 и 7'', 8' и 8'', 9' и 9'', 10' и 10'' с поворотом 30° позволяет создать направление образования трещины 13 (см. фиг. 5) в пласте 2 при последующем проведении ГРП в направлении главного максимального напряжения пород (σ) в пласте 2 (см. фиг. 2 и 5).
max
Например, направление пары отверстий 7' и 7'' в интервале продуктивного пласта 2 совпадает с направлением главного максимального напряжения пород (σ) в пласте 2, что исключает затраты, связанные с привлечением геофизической партии для определения направления главного максимального напряжения в пласте, так как применяют гидромеханический перфоратор, с помощью которого выполняют парные перфорационные отверстия под углом 30°.
Кроме того, применение гидромеханического перфоратора для перфорации в сравнении с кумулятивной перфорацией повышает надежность проведения ГРП, так как в процессе перфорации образуются пары отверстий 5' и 5'', 6' и 6'', 7' и 7'', 8' и 8'', 9' и 9'', 10' и 10'', при этом каждое из отверстий имеет прямогольную форму с минимальным размером 10 на 20 мм. Этого размера вполне достаточно для продавки в трещину 13 проппанта любой фракции, что исключает резкий скачок давления в колонне НКТ, аварийную остановку процесса и недостижение проектных параметров трещины 13.
Далее извлекают из скважины 1 колонну НКТ 3 с гидромеханическим перфоратором 4 и приступают к проведению ГРП. В качестве гидроразрывной жидкости при образовании трещины 13 применяют гелированную нефть. В отличие от линейного геля, который готовится на водной основе, как описано в прототипе, гелированная нефть не вступает в реакцию с гранулированным водонабухающим эластомером в процессе закачки.
Перед проведением ГРП последовательно определяют:
1. Объем проппанта для крепления трещины по формуле:
где, с=2000-2500 - коэффициент перевода, кг/м, примем с=2200 кг/м;
М - масса проппанта, кг;
пл
пл
h - высота пласта, м, h=3,5 м;
пр
пр
3
ρ - насыпная плотность проппанта, ρ=1570 кг/м.
2. Объем эластомера, добавляемого в гелированную нефть, определяют по формуле
эл
3
где V - объем эластомера, добавляемого к гелированной нефти, м;
проп
3
V - объем планируемого к закачке проппанта, м;
m - пористость пласта, д. ед., m=0-1 д. ед., примем m=0,25 д. ед.;
k - кратность увеличения объема эластомера, k=2.
3. Объем гелированной нефти для образования трещины по формуле
гн
3
где V - объем гелированной нефти для проведения ГРП, м.
Подставив числовые значения в формулу (1), получим:
пл
М=с⋅h=2200 кг/м⋅3,5 м=7700 кг;
проп
пр
3
V=М/ρ=7700 кг/1570 кг=4,9 м.
Подставив числовые значения в формулу (2), получим:
Подставляя числовые значения в формулу (3), получим:
Далее спускают в скважину 1 колонну НКТ 3 с пакером 14. В качестве пакера применяют любой известный пакер. Производят посадку пакера 14 в скважине 1, например, на 5 м выше кровли пласта 2, и осуществляют герметизацию заколонного пространства колонны НКТ 3.
Нижний конец колонны НКТ 3 размещают выше верхней пары перфорационных отверстий 10' и 10'' пласта 2 на расстоянии, например, а=1 м.
Расстояние а=1 м позволяет исключить прихват колонны НКТ 3 в случае преждевременного получения резкого скачка давления в процесс крепления трещины 13.
3
3
3
Гелированную нефть готовят на устье скважины путем добавления в нефть любого известного загеливающего агента. Например, приготовленного на основе фосфатного эфира в малогорючем растворителе и предназначенного для создания гелированнной нефти с концентрацией 5 л/м=0,005 м/м.
гн
3
3
3
3
3
3
3
Таким образом, для приготовления гелированной нефти в объеме V=2,45 м необходимо загеливающего агента: 2,45 м - (2,45 м ⋅ 0,005 м)=2,45 м - 0,01225 м=2,43775 м.
3
3
3
3
3
гн
На устье скважины в емкость (на фиг. 1-5 не показана) заливают нефть в объеме 2,43775 м и добавляют 0,01225 м загеливающего агента и перемешивают. Тогда V=2,43775 м + 0,01225 м=2,45 м.
Далее объем гелированной нефти делят на две равные порции:
гн1
гн2
гн
3
3
V=V=V/2=2,45 м/2=1,225 м.
гн1
3
С помощью насосных агрегатов по нагнетательной линии 15 (см. фиг. 4) через открытую задвижку 16 в скважину 1 по колонне НКТ 3 через отверстия 5' и 5'', 6' и 6'', 7' и 7'', 8' и 8'', 9' и 9'', 10' и 10'' пласта 2 закачивают первую порцию (половину объема) гелированной нефти V=1,225 м и проводят ГРП с образованием трещины 13.
гн2
эл
гн2
эл
3
3
3
3
3
Не прерывая закачку, закачивают вторую порцию (вторую половину объема) гелированной нефти V=1,225 м с добавлением объема гранулированного водонабухающего эластомера V=0,6125 м, т.е. (V+V)=1,225 м + 0,6125 м=1,8375 м для создания водоизолирующего экрана 17 (см. фиг. 4) по всей поверхности трещины 13 из гранулированного водонабухающего эластомера.
В результате создания водоизолирующего экрана по всей поверхности трещины из гранулированного водонабухающего эластомера повышается эффективность изоляции трещины от перетока по ней в скважину попутной и/или подошвенной воды, что исключает обводнение скважины.
3
3
3
Далее производят крепление трещины закачкой жидкости-носителя сшитого геля с проппантом сначала мелкой фракции 20/40 меш в количестве 55-60% от общей массы проппанта, а затем крупной фракции 16/20 меш в количестве 40-45% от общей массы проппанта со ступенчатым увеличением концентрации проппанта на 100 кг/м, начиная от 200 кг/м до 1200 кг/м.
В качестве сшитого геля применяют любой известный состав сшитого геля. 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 расклинивающим материалом. При деструкции не образует осадка, не повреждает пласт и набивку, что способствует образованию высокопроводящей трещины.
Повышается надежность реализации способа, так как исключается преждевременное выпадение проппанта из жидкости-носителя за счет использования сшитого геля в процессе транспортировки проппанта по колонне НКТ и использования гидромеханического перфоратора, выполняющего прямоугольное отверстие размером 10 на 20 мм, что полностью исключает скачок давления в колонне НКТ, аварийную остановку процесса ГРП и недостижение проектных параметров трещины.
пл
Общая масса проппанта: M=с⋅h=2200 кг/м ⋅ 3,5 м=7700 кг (см. формулу 1).
Таким образом, мелкая фракция 20/40 меш проппанта в количестве 55-60% от общей массы проппанта (М=7700 кг):
20/40
М=(55-60%)/100% ⋅ 7700 кг=4235-4620 кг. Примем 4400 кг.
Крупная фракции 16/20 меш проппанта в количестве 40-45% от общей массы проппанта (М=7700 кг):
16/20
M=(40-45%)/100% ⋅ 7700 кг=3080-3465 кг. Примем 3300 кг.
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
Далее производят крепление трещины 13 со ступенчатым увеличением концентрации проппанта на 100 кг/м, начиная с концентрации 200 кг/м до 1200 кг/м, т.е. фракция проппанта 20/40 меш: 200 кг/м; 300 кг/м; 400 кг/м; 500 кг/м; 600 кг/м; 700 кг/м; 800 кг/м; 900 кг/м; фракция проппанта 16/20 меш: 1000 кг/м; 1100 кг/м; 1200 кг/м, при этом используют 11 м сшитого геля, т.е. по 1 м для каждой концентрации проппанта.
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
С помощью насосных агрегатов по нагнетательной линии 15 (см. фиг. 4) через открытую задвижку 16 в скважину 1 по колонне НКТ 3 через отверстия 5' и 5'', 6' и 6'', 7' и 7'', 8' и 8'', 9' и 9'', 10' и 10'' в трещину 13 закачивают жидкость-носитель (сшитый гель) с проппантом 18, начиная с концентрации 200 кг/м (фракция 20/40 меш); 300 кг/м (фракция 20/40 меш); 400 кг/м (фракция 20/40 меш); 500 кг/м (фракция 20/40 меш); 600 кг/м (фракция 20/40 меш); 700 кг/м (фракция 20/40 меш); 800 кг/м (фракция 20/40 меш); 900 кг/м (фракция 20/40 меш); 1000 кг/м (фракция 16/20 меш); 1100 кг/м (фракция 16/20 меш); 1200 кг/м (фракция 16/20 меш).
Повышается проводимость трещины 13, поскольку крепление трещины осуществляют на жидкости-носителе (сшитом геле) с постепенным увеличением концентрации и фракции проппанта от мелкой к крупной, что позволяет равномерно заполнить и закрепить проппантом всю трещину, начиная от конца трещины и до интервала перфорации скважины, при этом закачка крупной фракции за мелкой фракцией снижает вынос проппанта из трещины и увеличивает проводимость трещины.
Таким образом, производят крепление трещины 13 проппантом 18. По окончании крепления трещины стравливают давление из скважины, распакеровывают пакер 14 и извлекают его с колонной НКТ из скважины. Процесс ГРП закончен.
Сокращается длительность технологического процесса реализации способа, так как одновременно с образованием трещины на ее поверхности образуется экран из гранулированного водонабухающего эластомера 17, после чего производится крепление трещины проппантом, а это исключает многократные циклы закачки порций линейного геля с проппантом, чередующихся с порциями сшитого геля с добавлением соли NaCl и продавкой 15% водного раствора соляной кислоты.
Предлагаемый способ ГРП позволяет:
- исключить обводнение добывающей скважины через трещину;
- повысить проводимость трещины и надежность реализации способа;
- снизить затраты, отказавшись от привлечения геофизической партии;
- сократить длительность технологического процесса ГРП.