СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗМЕРОВ И ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПОЛОЖЕНИЯ ТРЕЩИНЫ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАЗРЫВА ПЛАСТА ПО ГЕОЛОГО-ПРОМЫСЛОВЫМ ДАННЫМ
METHOD OF DETERMINING DIMENSIONS AND SPATIAL LOCATION OF HYDRAULIC FRACTURING BASED ON GEOLOGICAL AND FIELD DATA

Изобретение относится к нефтедобыче и может быть использовано для оценки параметров гидроразрыва пласта, в частности для определения размеров трещины гидравлического разрыва пласта (ГРП) и ее пространственного расположения.
В настоящее время существует достаточно много технологий и методик по определению образовавшихся трещин.
Наиболее распространенными являются способы пассивной сейсморазведки. Эти способы оценивают параметры трещины, опираясь, главным образом, на регистрацию и последующую локализацию микросейсмических событий, порождаемых непосредственно самим процессом трещинообразования.
В силу неопределенности, являющейся следствием того, что невозможно достаточно точно локализовать ширину разрыва, измерения в таких способах и их последующая интерпретация носят оценочный характер. Кроме того, из-за низких амплитуд излучения или больших затуханий регистрируемый сигнал при измерениях может оказаться низким даже по сравнению с уровнем шума.
Также серьезным ограничением на использование пассивной сейсморазведки является необходимость наличия второй скважины, в которой и осуществляется процедура ГРП, расположенной в непосредственной близости от первой.
Известны сейсмические исследования ГРП при помощи активного сейсмического источника, обеспечивающие более высокую, по сравнению с методами пассивной сейсморазведки, амплитуду регистрируемого полезного сигнала.
Так, известен способ определения геометрических характеристик трещины ГРП (Патент RU № 2461026, МПК Е21В 47/14), в соответствии с которым:
- до осуществления ГРП проводят предварительные сейсмические изыскания, представляющие собой возбуждение сейсмического сигнала, по меньшей мере, одним сейсмоисточником и регистрацию отраженных и преломленных сейсмических сигналов по меньшей мере одним сейсмоприемником;
- создают скоростную модель путем комбинирования результатов предварительных сейсмических изысканий и дополнительной геологической информации;
- оценивают сейсмические характеристики исследуемой геологической области;
- на основе скоростной модели выявляют, по меньшей мере, один мощный и плоский литологический отражатель, расположенный ниже планируемой трещины;
- создают численную модель распространения упругих волн в пласте с трещиной, обладающей заданными свойствами, - оптимизируют расположение сейсмических источников и приемников и их свойства на основе численной модели с учетом глубины выявленного литологического отражателя, геометрии и расположения планируемой трещины;
- осуществляют ГРП;
- проводят сейсмические изыскания после формирования трещины ГРП, когда трещина поддерживается в открытом состоянии и находится под давлением, и определяют размеры и форму трещины ГРП на основе сравнения зарегистрированных до и после ГРП отраженных и преломленных сейсмических сигналов посредством решения обратной задачи с использованием созданной численной модели.
Недостатками данного способа являются невозможность получение информации о формировании трещины и ее геометрии непосредственно в процессе развития, т.е. в режиме реального времени при ГРП, а также невозможность получения информации о ширине раскрытия трещины. Кроме того, применение данного способа возможно не во всех типах геологических формаций (не работает в условиях сильно неоднородного акустического импеданса), и требует задействование соседних скважин на близком расстоянии от целевой скважины, или на дневной поверхности, что не всегда возможно.
Известен способ контроля развития трещины ГРП и ее геометрии (Патент RU № 2374438, МПК Е21В 43/26), включающий использование, по меньшей мере, одной скважины, нагнетание в ствол одной из скважин жидкости гидроразрыва под давлением, причем в качестве жидкости гидроразрыва используют жидкость с высокой проводимостью электрического тока в отношении к пласту как слабо проводящему электрический ток, приложение в процессе ГРП электрического напряжения к жидкости гидроразрыва посредством двух электродов, один из которых находится в контакте с жидкостью гидроразрыва, а другой - заземлен, и определение геометрии трещины по данным системы датчиков, причем к жидкости гидроразрыва прикладывают серию импульсов напряжения, и заземленный электрод установлен на расстоянии от электрода, находящегося в контакте с жидкостью гидроразрыва, достаточном, чтобы избежать электрической разрядки системы «жидкость гидроразрыва - заземленный электрод» в первые моменты времени после поступления импульса напряжения от скважины на стадии, соответствующей окончанию зарядки жидкости гидроразрыва, по меньшей мере, в одной скважине измеряют параметры электромагнитного поля и/или акустических сигналов, возникающих в результате приложения импульсов напряжения к жидкости гидроразрыва, и дополнительно определяют координаты наконечника трещины.
Известный способ позволяет определять азимут и длину трещины в реальном времени без необходимости задействования соседних скважин, а его использование возможно на различных типах ландшафта местности.
К недостаткам данного способа можно отнести невозможность определения ширины трещины, ограничения на тип геологической формации и тип жидкости, заполняющей скважину.
Известен способ определения размеров трещины ГРП (Патент RU № 2324810, МПК. Е21В 43/26), включающий создание в околоскважинной зоне трещины ГРП, при котором часть жидкости гидроразрыва проникает через поверхность трещины в пласт, образуя зону фильтрата вокруг трещины, и последующее определение длины и ширины трещины ГРП на основе измерения жидкости гидроразрыва, причем предварительно проводят численное моделирование вытеснения жидкости гидроразрыва из трещины и из зоны фильтрата пластовым флюидом для заданных параметров пласта, данных гидроразрыва и предполагаемых размеров трещины для расчета изменения содержания жидкости разрыва в общей добыче во время пуска скважины в эксплуатацию после ГРП, во время пуска скважины в течение всего периода выкачивания жидкости гидроразрыва производят периодический отбор образцов добываемого флюида из устья скважины, в отобранных образцах осуществляют измерение содержания жидкости гидроразрыва, а затем сравнивают результаты измерений с расчетами численного моделирования и длину трещины определяют по наилучшему совпадению результатов измерений и модельных расчетов.
Преимуществами способа являются определение длины трещины без необходимости задействования соседних скважин, отсутствие ограничений на тип геологической формации, ландшафт местности или тип жидкости, заполняющей скважину.
К недостаткам данного способа можно отнести невозможность определения азимута, глубины, высоты (интервал раскрытия) и ширины раскрытия трещины. Кроме того, данный способ не позволяет наблюдать за развитием трещины в реальном времени.
Известен способ определения геометрии трещины подземного пласта (варианты) (Патент RU № 2483210, МПК Е21В 43/26), включающий измерение гамма-излучения, испускаемого трещиной, вычитание фонового излучения из измеренного гамма-излучения для получения измерения пиковой энергии, сравнение упомянутого измерения пиковой энергии с моделью транспортного-спектрометрического отклика на гамма-излучение, и определяют геометрию упомянутой трещины пласта в соответствии со значениями, связанными с упомянутой моделью отклика, а именно - высоту (интервал раскрытия) и ширину раскрытия трещины.
Преимуществами способа являются определение высоты (интервала раскрытия) и ширины раскрытия трещины в реальном времени без необходимости задействования соседних скважин, отсутствие ограничений на ландшафт местности.
К недостаткам данного способа можно отнести невозможность определения азимута трещины, и ограничения на тип геологической формации или тип жидкости, заполняющей скважину.
Известен способ контроля геометрии трещины ГРП «наземная наклонометрия» (Патент US JY°4353244, МПК Е21В 49/00, Е21В 43/26), включающий расстановку наклономеров на небольших глубинах на фиксированных расстояниях вокруг нагнетательной скважины, причем расстояние установки зависит от глубины обработки и ожидаемых размеров трещины, далее массив поверхностных наклономеров измеряет градиент смещения и предоставляет карту деформации земной поверхности над трещиной, и после анализ данных деформаций обеспечивает определение азимута, глубины и общего объема трещины.
Преимуществами способа являются возможность определения азимута, глубины и полного объема трещины в реальном времени, без необходимости задействования соседних скважин, не накладывает ограничения на тип геологической формации или тип жидкости, заполняющей скважину.
К недостаткам данного способа можно отнести большую неопределенность в полученных параметрах трещины, невозможность определения высоты (интервал раскрытия) и ширину раскрытия трещины, а также накладывает ограничения на ландшафт местности.
Известен способ определения пространственной ориентации трещины гидроразрыва (а.с. № 1629521, МПК Е21В 47/10), включающий возбуждение вблизи устья скважины поперечной сейсмической волны, после проведения гидроразрыва измерение расположенными на поверхности земли приемниками амплитуд волнового поля, по которым определяют пространственную ориентацию трещины гидроразрыва. Дополнительно возбуждают поперечную волну до проведения гидроразрыва, ориентируют приемники вдоль линии поляризации возбуждаемой волны и измеряют амплитуду волнового поля. Изменяют направление поляризации на угол α, повторяют возбуждение волны и измерение амплитуды волнового поля n раз до момента n⋅α>180°, а пространственную ориентацию трещины гидроразрыва определяют по величине разности амплитуд, измеренных при одинаковом направлении поляризации волны, возбужденной до и после гидроразрыва. Данный способ принят за прототип.
Недостатки известного способа принятого за прототип:
- во-первых, сложность реализации способа, связанная с возбуждением вблизи устья скважины поперечной сейсмической волны, а также дополнительной одновременно с регистрацией колебаний в соседней скважине регистрацией колебаний в точках приема, расположенных в приповерхностной зоне;
- во-вторых, низкая надежность определения пространственной ориентации трещины гидроразрыва, так как приемники амплитуд волнового поля, по которым определяют пространственную ориентацию трещины, расположены на поверхности земли и могут иметь нечеткий сигнал, особенно в скважинах с глубиной до 2000 м, в связи с чем определить направление ориентации трещины будет невозможно;
- в-третьих, низкая точность и эффективность способа, обусловленная тем, что направление пространственной ориентации трещины гидроразрыва определяют расчетным путем по величине разности амплитуд, измеренных при одинаковом направлении поляризации волны, возбужденной до и после гидроразрыва, причем ошибка в расчете может указать иное направление пространственной ориентации трещины гидроразрыва, чем то направление, в котором она сориентирована в действительности;
- в-четвертых, продолжительность технологического процесса, связанная с многократными повторениями возбуждения волны и измерения амплитуды волнового поля n раз до момента n⋅α>180°, что увеличивает трудозатраты на реализацию способа.
Задачей настоящего изобретения является повышение точности и достоверности определения геометрических параметров трещины и ее пространственного расположения на основе комплексной обработки геолого-промысловых данных.
Техническим результатом изобретения является возможность определения пространственного расположения трещины ГРП и ее геометрических параметров по геолого-промысловым данным, без привлечения дорогостоящих микросейсмических исследований.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе определения размеров и пространственного расположения трещины гидравлического разрыва пласта по геолого-промысловым данным, согласно изобретению определяют размеры трещины гидравлического разрыва пласта по данным интерпретации материалов гидродинамических исследований скважин при неустановившихся режимах методом восстановления давления, а пространственное расположение трещины путем сравнительного для периодов до и после гидравлического разрыва пласта корреляционного анализа между среднемесячными дебитами жидкости скважин в пределах элемента системы разработки, в котором расположена скважина - объект гидроразрыва.
Гидродинамические исследования скважин методом восстановления давления позволяют получать большой объем информации о фильтрационных параметрах пластовой системы в зоне дренирования исследуемой скважины. Применение при обработке кривой восстановления давления программного продукта KAPPA Workstation (модуль Saphir), либо программ - аналогов, в которых реализованы подобные алгоритмы, позволит:
• диагностировать наличие в зоне дренирования пласта трещины (трещин) гидроразрыва;
• вычислять их геометрические размеры: полудлину и раскрытость.
Очевидно, данный подход может быть реализован только в том случае, если на скважине после гидроразрыва, в период действующего эффекта, проведены гидродинамические исследования при неустановившихся режимах (методом восстановления давления).
Направление трещины ГРП предлагается оценивать при анализе изменения в поведении элемента системы разработки, в котором расположена скважина - объект гидроразрыва, исходя из следующих предположений. По сути, трещина является весьма высокопроводящим каналом фильтрации, и ее образование, очевидно, должно привести к значительному увеличению проницаемости коллектора в зоне трещинообразования. Увеличение проницаемости, в свою очередь, должно привести к повышению взаимного влияния между скважиной - объектом ГРП и скважиной, расположенной в зоне пласта, соответствующей направлению трещинообразования. Таким образом, сопоставление параметров, характеризующих взаимодействие между скважинами до и после проведения гидроразрыва пласта, приводит к определению вероятного направления образовавшейся трещины.
Явление взаимодействия между скважинами, или интерференция, проявляется в изменении показателей эксплуатации одной скважины в результате изменения режима работы другой. Основным показателем эксплуатации скважины, который на практике регистрируется с достаточной частотой и качеством, является дебит жидкости. В этой связи одним из распространенных способов оценки взаимодействия между скважинами является корреляция их дебитов.
При вычислении коэффициента корреляции между дебитами скважин важно учитывать так называемое время отклика - временной интервал, в течение которого одна скважина отреагирует на изменение режима другой. Данный параметр предлагается оценивать по известной в подземной гидромеханике формуле:
2
где R - расстояние между скважинами, м; α - межскважинная пьезопроводность, м/с.
Таким образом, для оценки вероятного направления развития трещины предлагается выполнять сравнительный для периодов до и после ГРП корреляционный анализ между среднемесячными дебитами жидкости скважин в пределах элемента системы разработки, в котором расположена скважина - объект воздействия.
Предлагаемый способ иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-7.
На фиг. 1 - схема элемента системы разработки Шершневского месторождения, в котором размещена скважина 221.
На фиг. 2 - результаты интерпретации данных гидродинамических исследований в программе KAPPA Workstation.
На фиг. 3 - схема распределения коэффициентов корреляции в пределах выделенного элемента системы разработки.
На фиг. 4 - взаимосвязь между дебитами жидкости после проведения ГРП.
На фиг. 5 - схема среднегодовых дебитов жидкости до проведения ГРП.
На фиг.6 - схема среднегодовых дебитов жидкости после проведения ГРП.
На фиг.7 - результаты микросейсмического мониторинга.
Пример реализации предлагаемого способа
Практическое применение разработанного способа рассмотрено на примере скважины 221 Шершневского месторождения. При этом для оценки достоверности способа использованы материалы микросейсмического мониторинга, которым сопровождался гидроразрыв.
На фиг. 1 представлена схема элемента системы разработки Шершневского месторождения, в котором размещена скважина 221.
В период действия эффекта на скважине проведены гидродинамические исследования, полученная при этом кривая восстановления давления обработана в программе KAPPA Workstation (модуль Saphir), в результате чего установлена длина трещины, равная 342 м.
На фиг. 2 представлены результаты интерпретации данных гидродинамических исследований в программе KAPPA Workstation.
По скважинам выделенного элемента системы разработки привлечены материалы промысловых исследований по замерам дебитов за 12 месяцев до и 12 - после проведения ГРП. Корреляционный анализ между дебитами скважины 221 и соседних скважин до и после проведения ГРП в ряде случаев показал наличие значимых статистических связей, которые графически отражены на схеме распределения коэффициентов корреляции в пределах выделенного элемента системы разработки (фиг. 3).
Из рисунка (фиг. 3) видно, что до проведения ГРП имеются сильные корреляционные связи (r ≥0,84) между дебитами жидкости в скв. 221 и в скв. 228, 229, 222 и 215, что свидетельствует о хорошей гидродинамической связи между этими скважинами. В то же время коэффициенты корреляции между дебитами жидкости в скв. 221 и в скв.214 и 64 низкие, менее 0,07, статистически не значимые. Следовательно, добыча жидкости этими скважинах не связана между собой.
После проведения ГРП взаимосвязь между дебитами жидкости в корне изменилась (фиг. 4). Дебит в скв.221 стал коррелироваться с дебитами в скв.64 (r=0,96) и в скв.2 14 (r=0,87). В то же время появилась отрицательная связь (r ≤ -0,65) со скважинами 215 и 222. Это свидетельствует о том, что после проведения ГРП появилась хорошая гидродинамическая связь скв. 221 со скв.64 и 214, и эту зону следует считать направлением развития трещины.
На фиг. 5 представлена схема среднегодовых дебитов жидкости. Как видно из рисунка (фиг. 5), минимальный дебит жидкости наблюдался в скв. 221 (13,2 т/сут.), а в скважинах 64, 222 и 229 он был максимальным и превышал 44 т/сут.
После проведения ГРП максимальный прирост дебита жидкости, равный 15,1 т/сут, наблюдается в скв.221 (фиг. 6). В скважинах 222, 228 и 229 дебит увеличился, но не так существенно, как в скв.221. В скв. 64 наблюдается максимальное снижение дебита на 6,6 т/сут. В скважинах 214 и 215 также дебит снизился, но не так сильно, в среднем на 2,5 т/сут. Таким образом, проведение ГРП в скв. 221 привело к перераспределению отборов из пласта. Часть пласта, дренируемая ранее скважинами 64 и 214, вовлеклась в зону отбора скв. 221, то есть скв. 221 стала отбирать из той части пласта, которая ранее эксплуатировалась скважинами 64 и 214, что также подтверждает выдвинутое предположение о направлении развития трещины.
Процедура ГРП на скважине сопровождалась микросейсмическим мониторингом. По результатам проведенного микросейсмического мониторинга установлено, что область закрепленной трещиноватости имеет следующую конфигурацию: основной ~200 м канал западного простирания, второстепенные ортогональные ответвления северного простирания - ~65 м на удалении ~150 м от скважины, ~50 м и ~30 м на удалениях ~50 м и ~30 м соответственно, а также первые ~30 м южного ответвления на удалении ~150 м от скважины. Суммарные линейные размеры области закрепленной трещиноватости составили 375 м (фиг. 7).
Сопоставление материалов микросейсмического мониторинга и результатов предложенного способа демонстрирует одинаковое представление о параметрах трещины, образовавшейся в пласте при проведении ГРП в скважине 221 Шершневского месторождения. То есть микросейсмический мониторинг подтверждает достоверность способа оценки параметров трещины ГРП по данным комплексного анализа промысловых и гидродинамических исследований.
Применение заявляемого способа позволяет повысить точность и достоверность определения геометрических параметров трещины и ее пространственного расположения на основе комплексной обработки геолого-промысловых данных без привлечения дорогостоящих микросейсмических исследований.