СПОСОБ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАЗРЫВА ПЛАСТА В ОТКРЫТОМ ГОРИЗОНТАЛЬНОМ СТВОЛЕ СКВАЖИНЫ
METHOD FOR FORMATION HYDRAULIC FRACTURING IN HORIZONTAL OPEN WELL SHAFT

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к способу гидравлического разрыва в открытом горизонтальном стволе скважины, вскрывшем продуктивные пласты с низкими коллекторскими фильтрационно-емкостными свойствами.
Известен способ многократного гидравлического разрыва пласта в горизонтальном стволе скважины (патент RU №2472926, МПК Е21В 43/267, опубл. 20.01.2013, 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 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 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.
Недостатками способа являются:
- во-первых, малая эффективность реализации способа в продуктивном пласте с низкими коллекторскими фильтрационно-емкостными свойствами, что обусловлено слабым креплением проппанта в продольных и поперечных трещинах, образованных из горизонтального ствола скважины, поэтому при последующей добыче из поперечных и особенно продольных трещин, образованных в продуктивном пласте с низкими коллекторскими фильтрационно-емкостными свойствами, в горизонтальный ствол скважины будут выходить зерна проппанта, что приведет к смыканию трещин и резкому снижению пропускной способности трещин пласта в прискважинной зоне;
- во-вторых, длительная продолжительность проведения ГРП, связанная с необходимостью проведения крепления обсадной колонны (хвостовика) в горизонтальном стволе скважины, а также гидромеханической щелевой перфорации обсадной колонны (хвостовика) и последующего проведения поинтервального гидравлического разрыва пласта в горизонтальном стволе скважины с отсечением пакером каждого интервала при проведении ГРП;
- в-третьих, высокие материальные и финансовые затраты на реализацию способа, связанные с обсаживанием горизонтального ствола обсадной колонной (хвостовиком) с последующим ее цементированием;
- в-четвертых, низкая надежность, обусловленная высокой вероятностью кольматации продуктивного пласта при цементировании обсадной колонны (хвостовика) в горизонтальном стволе скважины, а также высокая вероятность аварийности сдвоенных пакеров в работе, что обусловлено возможными осложнениями при посадке пакеров и распакеровке в каждом интервале горизонтального ствола скважины. Кроме того, при сдвоенной конструкции пакеров практически невозможно обеспечить герметичность обоих пакеров при высоких давлениях (до 40 МПа) при гидроразрыве пласта.
Известен способ гидроразрыва пласта в горизонтальном стволе скважины (патент RU №2401942, МПК Е21В 43/26, опубл. 20.10.2010, бюл. №29), включающий бурение скважины, цементирование горизонтального ствола скважины, спуск колонны труб с пакером в скважину, перфорацию и формирование трещин гидравлического разрыва пласта закачкой жидкости разрыва в горизонтальном стволе скважины последовательно, начиная с конца, дальнего от оси вертикального ствола скважины, сообщающих горизонтальный ствол скважины с продуктивным пластом, при этом при проведении очередного гидравлического разрыва каждый перфорированный участок, через который производят гидравлический разрыв пласта, изолируют от остальной части колонны пакерами, при этом бурение горизонтального ствола скважины осуществляют в нефтенасыщенной части продуктивного пласта с цементированием кольцевого пространства между обсадной колонной и горной породой горизонтального ствола скважины, а перфорацию, азимутально сориентированную интервалами, производят с помощью гидромеханического щелевого перфоратора за одну спуско-подъемную операцию, после чего спускают пакеры, отсекая каждый интервал, равный длине сформировавшейся щели, от остальной части колонны, а гидроразрыв пласта в горизонтальной части ствола скважины производят последовательно, начиная с дальнего от оси вертикального ствола скважины перфорированного участка горизонтального ствола скважины, причем гидромеханическую щелевую перфорацию выполняют двухстороннюю по формированию щелей, которые расположены относительно друг друга на 180° в вертикальной плоскости напротив друг друга, относительно оси горизонтального ствола скважины в одном интервале, либо выполняют одностороннюю гидромеханическую щелевую перфорацию с поворотом на 180° в вертикальной плоскости относительно оси горизонтального ствола скважины, поочередно через каждый последующий интервал - в шахматном порядке, равный длине сформированной щели, либо при малой толщине продуктивного пласта и при наличии активной подошвенной воды производят одностороннюю гидромеханическую щелевую перфорацию в направлении кровли пласта.
Недостатками данного способа являются:
- во-первых, малая эффективность реализации способа в продуктивном пласте с низкими коллекторскими фильтрационно-емкостными свойствами, обусловленная отсутствием крепления трещин, что приводит к смыканию трещин и резкому снижению пропускной способности трещин пласта в прискважинной зоне;
- во-вторых, низкая надежность, обусловленная высокой вероятностью кольматации продуктивного пласта при цементировании обсадной колонны (хвостовика) в горизонтальном стволе скважины, а также проблемы с отсечением интервалов ГРП с применением пакеров, а именно: возникновение аварийных ситуаций в скважине, связанных с риском негерметичной посадки пакера, скольжения пакера по горизонтальному стволу скважины, возможная потеря герметичности пакера при высоких давлениях (до 40 МПа);
- в-третьих, длительная продолжительность проведения ГРП, связанная с необходимостью проведения крепления обсадной колонны (хвостовика) в горизонтальном стволе скважины, а также гидромеханической щелевой перфорации обсадной колонны (хвостовика) и последующего проведения поинтервального гидравлического разрыва пласта в горизонтальном стволе скважины с отсечением пакером каждого интервала при проведении ГРП;
- в-четвертых, высокие материальные и финансовые затраты на реализацию способа, связанные с обсаживанием горизонтального ствола хвостовиком с последующим его цементированием.
Наиболее близким по технической сущности является способ создания сети трещин в породной формации для извлечения углеводородов из формации (патент WO 2012083463 А1, МПК Е21В 43/267 от 22.12.2011), включающий бурение горизонтальной скважины, спуск в вертикальную часть скважины обсадной колонны и ее цементирование, спуск колонны труб с пакером в скважину, поинтервальную посадку пакера и формирование сети природных и проявляющихся трещин в формации (пласте) посредством нагнетания водного раствора без шлама (жидкости разрыва) в скважину по колонне труб и при условиях, подходящих для расширения, смещения и (или) гидравлической связи природных трещин, с образованием большой сети трещин, которая находится в гидравлической связи с увеличенной сетью природных трещин, нагнетание множества суспензий, содержащих несущую текучую среду (жидкость-носитель) и крупные гранулированные расклинивающие наполнители (проппант), в скважину серией впрысков (поинтервально).
Недостатками данного способа являются:
- во-первых, малая эффективность реализации способа в продуктивном пласте с низкими коллекторскими фильтрационно-емкостными свойствами, обусловленная креплением трещин крупным проппантом, что приводит к их быстрому выносу в горизонтальный ствол практически сразу после начала эксплуатации скважины и, как следствие, к смыканию трещин и резкому снижению проницаемости (пропускной способности) трещин пласта в прискважинной зоне;
- во-вторых, низкая надежность, обусловленная проблемами при отсечении интервалов ГРП пакерами, а именно: возникновение аварийных ситуаций в скважине, связанных с риском негерметичной посадки пакера, возможная потеря герметичности пакера при высоких давлениях (до 40 МПа);
- в-третьих, длительная продолжительность проведения ГРП, связанная с проведением поинтервального гидравлического разрыва пласта в открытом горизонтальном стволе скважины с отсечением пакером каждого интервала при проведении ГРП;
- в-четвертых, высокие материальные и финансовые затраты на реализацию способа, связанные с длительной продолжительностью реализации способа.
Техническими задачами предложения являются повышение эффективности ГРП за счет создания из горизонтального ствола скважины сначала продольных трещин, а затем из продольных трещин сети разветвленных трещин с последующим заполнением трещин проппантом различных фракций, позволяющим минимизировать вынос проппанта в горизонтальный ствол в процессе последующей эксплуатации скважины, тем самым исключить смыкание трещин и сохранить проницаемость в прискважинной зоне, а также повышение надежности за счет исключения отсечения каждого интервала ГРП пакерами, сокращение продолжительности проведения ГРП и снижение материальных и финансовых затрат на реализацию способа.
Поставленные технические задачи решаются способом гидравлического разрыва пласта в открытом горизонтальном стволе скважины, включающим бурение горизонтальной скважины, спуск в вертикальную часть скважины обсадной колонны и ее цементирование, спуск колонны труб с пакером в скважину, посадку пакера, формирование трещин гидравлического разрыва пласта в горизонтальном стволе скважины закачкой по колонне труб жидкости разрыва, крепление трещин закачкой жидкости-носителя с проппантом.
3
3
Новым является то, что горизонтальный ствол скважины бурят в пласте перпендикулярно направлению минимального главного напряжения, спускают колонну труб с пакером в скважину и сажают пакер в вертикальной части скважины, производят гидравлический разрыв пласта в открытом горизонтальном стволе скважины закачкой жидкости разрыва по колонне труб с расходом 2-3 м/мин с образованием продольной трещины в пласте относительно открытой горизонтальной части скважины, причем в качестве жидкости разрыва используют сшитый гель, после чего производят крепление продольной трещины закачкой по колонне труб проппанта крупной фракции с жидкостью-носителем - сшитым гелем, затем производят гидравлический разрыв пласта закачкой жидкости разрыва по колонне труб через горизонтальный ствол скважины и продольную трещину гидроразрыва с расходом 7-9 м/мин, причем в качестве жидкости разрыва используют линейный гель, после чего производят крепление разветвленных трещин гидравлического разрыва пласта закачкой проппанта мелкой фракции с жидкостью-носителем - линейным гелем.
Сущность изобретения заключается в том, что после создания продольной вертикальной трещины производят закупорку проппантом периметра трещины, поэтому при дальнейшем увеличении темпа закачки происходит «раздувание» трещины и увеличение ее длины, что приводит к изгибу поверхности продольной трещины. При превышении напряжения изгиба выше предела прочности породы пласта происходит образование трещин, поперечных плоскости продольной трещины. При дальнейшем движении поперечных трещин по породе пласта они неизбежно распространяются в направлении минимального главного напряжения, что приводит к образованию разветвленных трещин (см. фиг.2).
На фигурах 1 и 2 схематично и последовательно изображен предлагаемый способ.
Способ реализуют следующим образом.
min
Горизонтальный ствол 1 (см. фиг.1) скважины 2 бурят в пласте 3 перпендикулярно направлению минимального главного напряжения - σ.
Спускают обсадную колонну 4 в вертикальную часть 5 скважины 2 и цементируют.
В предлагаемом способе ГРП в открытом стволе производят общим фильтром, а не поинтервально в отличие от прототипа, что позволяет сократить продолжительность проведения ГРП и снизить материальные и финансовые затраты на реализацию способа.
Далее в обсадную колонну 4 скважины 2 спускают колонну труб 6, например колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) диаметром 89 мм по ГОСТ 633-88 с пакером 7. Сажают пакер 7 в обсадной колонне 4 вертикальной части 5 скважины 2.
В качестве пакера 7 применяют, например, проходной пакер с якорем механической поворотной установки ПРО-ЯМ2-ЯГ1(Ф) или ПРО-ЯМ3-ЯГ2(Ф) (на 100 МПа) производства научно-производственной фирмы «Пакер» (г. Октябрьский, Республика Башкортостан, Российская Федерация).
Предлагаемый способ позволяет повысить надежность проведения гидравлического разрыва пласта в горизонтальном стволе 1 скважины 2 за счет исключения поинтервальной посадки пакера в горизонтальном стволе 1 скважины 2 при отсечении интервалов ГРП пакерами, что исключает возникновение аварийных ситуаций в скважине, связанных с посадками пакеров в горизонтальном стволе 1 скважины 2.
Далее приступают к гидравлическому разрыву пласта 3 в открытом горизонтальном стволе 1 скважины 2. Определяют общий объем жидкости разрыва для проведения ГРП. Объем жидкости разрыва зависит от вязкости жидкости разрыва и фильтруемости, длины горизонтального ствола скважины и высоты пласта, а также проницаемости пород призабойной зоны скважины, темпа закачки жидкости и давления разрыва.
3
По опытным данным объем жидкости разрыва для горизонтального ствола 1, вскрывшего пласт 3 высотой 5 м на длину 200 м, изменяется от 90 до 100 м.
Примем для нашей скважины общий объем жидкости разрыва:
p
p1
p2
3
3
3
3
3
n
V=100 м жидкости разрыва, из которого объем жидкость разрыва V=50 м - для создания продольной трещины 8 (см. фиг.1) гидравлического разрыва пласта, а оставшийся объем жидкости разрыва V=100 м - 50 м= 50 м - для создания разветвленных трещин 9′, 9″ … 9 (см. фиг.2) относительно горизонтального ствола скважины из продольной трещины гидравлического разрыва пласта.
Для создания продольной трещины 8 (см. фиг.1) гидравлического разрыва пласта используют жидкость разрыва, в качестве которой применяют сшитый гель с динамической вязкостью 150 сП. Например, используют сшитый гель на углеводородной основе (см. главу 3 монографии С.А. Рябоконя «Технологические жидкости для заканчивания и ремонта скважин (ОАО НПО «Бурение», 2006, с.153)), который включает раствор полимера (МО-НТ), сшивающий в углеводороде, и временной деструктор (МО-НТ-гидрофобная модификация ПАА) My-T-Oil (Halliburton).
3
3
По колонне труб 6 закачивают жидкость разрыва (сшитый гель) в открытый горизонтальный ствол 1 скважины 2 с расходом 3 м/мин и образуют продольную трещину 8 гидравлического разрыва пласта относительно открытого горизонтального ствола 1 скважины 2. Об образовании продольной трещины 8 свидетельствует падение давления закачки и увеличение приемистости пласта 1. Например, при закачке сшитого геля в пласт 3 достигли давления 30 МПа, вследствие образования продольной трещины 8 в пласте 3 произошло падение давления закачки сшитого геля на 25%, т.е. до 22,5 МПа, при этом приемистость пласта 3 увеличилась на 50%, т.е. до 4,5 м/мин.
3
3
3
3
В процессе образования продольной трещины 8 по колонне труб 6 в пласт 1 была закачана жидкость разрыва - сшитый гель в объеме, например, 20 м. Производят крепление продольной трещины 8 закачкой по колонне труб 6 крупного проппанта 10, например фракции 12/18 меш (размер зерен 0,8-1,0 мм) с жидкостью-носителем (сшитым гелем) в оставшемся объеме сшитого геля 50 м - 20 м = 30 м.
Проппант фракций 12-18 меш с размером зерен 0,8-1,0 мм изготавливается по ГОСТ Р 51761-2005 - «Проппанты алюмосиликатные. Технические условия» - и выпускается Боровичевским комбинатом огнеупоров (г. Боровичи, Республика Беларусь).
3
Сшитый гель на углеводородной основе имеет высокую вязкость в пласте, что при его закачке в пласт с расходом 3 м/мин обеспечивает создание широких, глубоко проникающих трещин с хорошим заполнением расклинивающим материалом (проппантом). При деструкции не образует осадка, не повреждает пласт и набивку проппанта.
Продолжают гидравлический разрыв пласта 3.
n
3
p2
Для создания разветвленных трещин 9′, 9″ … 9 (см. фиг.2) гидравлического разрыва пласта относительно горизонтального ствола 1 скважины 2 из продольной трещины 8 гидравлического разрыва пласта используют линейный гель с динамической вязкостью 30 сП в оставшемся объеме жидкости гидроразрыва V=50 м.
Например, применяют линейный гель на водной основе, который готовят на водорастворимых полимерах различной природы любого известного состава например, см. монографию С.А. Рябоконя «Технологические жидкости для заканчивания и ремонта скважин» (ОАО НПО «Бурение», 2006, - с.118).
3
n
По колонне труб 6 (см. фиг.2) закачивают жидкость разрыва (линейный гель) в открытый горизонтальный ствол 1 скважины 2 с расходом 8 м/мин, и из продольной трещины 8 гидравлического разрыва пласта образуются разветвленные трещины 9′, 9″ … 9 гидравлического разрыва пласта относительно горизонтального ствола 1 скважины 2 из продольной трещины 9 гидравлического разрыва пласта.
n
n
3
Об образовании разветвленных (продольных и поперечных) трещин 9′, 9″ … 9 гидравлического разрыва пласта свидетельствуют падение давления закачки и увеличение приемистости пласта 1. Например, при закачке линейного геля в пласт 3 достигли давления 33 МПа, вследствие образования продольных и поперечных трещин 9′, 9″.… 9 гидравлического разрыва пласта произошло падение давления закачки сшитого геля на 25%, т.е. до 24,75 МПа, при этом приемистость пласта 3 увеличилась на 30%, т.е. до 10,4 м/мин.
n
3
n
3
3
3
В процессе образования разветвленных трещин 9′, 9″.… 9 по колонне труб 6 в пласт 1 была закачана жидкость разрыва - линейный гель в объеме, например, 25 м. Производят крепление продольных и поперечных трещин 9′, 9″.… 9 закачкой по колонне труб 6 проппанта 11 мелкой фракции, например кварцевой муки с жидкостью-носителем (линейным гелем), в оставшемся объеме линейного геля 50 м - 25 м = 25 м.
В качестве мелкого проппанта применяют кварцевую муку с размером зерен 0,05-0,15 мм, которую выпускают по ТУ5717-001-16767071-99, поставщик ООО «Торговый дом «Кварц» (г. Екатеринбург, Россия).
3
n
Линейный гель имеет малые потери на трение в трубах, что при большой скорости закачки - 8 м/мин - позволяет проникать глубоко в пласт и обеспечивает равномерное осаждение мелкого проппанта в продольной трещине 8, а также в разветвленных трещинах 9′, 9″… 9.
n
Повышается эффективность реализации способа в продуктивном пласте с низкими коллекторскими фильтрационно-емкостными свойствами за счет крепления продольной трещины 8 проппантом крупной фракции, а разветвленных трещин 9′, 9″.… 9 проппантом мелкой фракции. В результате зерна проппанта мелкой фракции связывают зерна проппанта крупной фракции в продольной трещине 8, исключая подвижность последних, что исключает смыкание продольной трещины 8 и выход проппанта в открытый горизонтальный ствол 1 скважины 2 в пласте 3 и сохраняет ее пропускную способность.
Процесс гидравлического разрыва горизонтального ствола скважины окончен. Распакеровывают пакер 7 и извлекают из скважины 1 колонну труб 6 с пакером 7. Спускают в скважину 2 эксплуатационное оборудование (на фиг.1 и 2 не показано) и запускают в эксплуатацию.
Предлагаемый способ гидравлического разрыва пласта в открытом горизонтальном стволе скважины позволяет повысить эффективность проведения ГРП за счет создания из горизонтального ствола скважины сначала продольных трещин, а затем из продольных трещин сети разветвленных трещин, с последующим заполнением трещин проппантом различных фракций, позволяющим минимизировать вынос проппанта в горизонтальный ствол в процессе последующей эксплуатации скважины, тем самым исключить смыкание трещин и сохранить проницаемость в прискважинной зоне. Также предлагаемый способ позволяет повысить надежность за счет исключения отсечения каждого интервала ГРП пакерами, сократить продолжительность проведения ГРП и снизить материальные и финансовые затраты на реализацию способа.