СПОСОБ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАЗРЫВА ПЛАСТА
HYDRAULIC FRACTURING METHOD

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к способам гидравлического разрыва пласта, сложенного карбонатными породами, и способствует повышению продуктивности скважин.
Известен способ гидравлического разрыва пласта (ГРП) (Справочное руководство по проектированию разработки и эксплуатации нефтяных месторождений. Под ред. Ш.К. Гиматудинова. - М.: Недра, 1983. - С.333-343), заключающийся в первичном вскрытии пласта скважиной, вторичном вскрытии его перфорацией, нагнетании технологической жидкости при давлении, превышающем прочность пород призабойной зоны скважины и образовании трещины, ее заполнении высокопроницаемым и механически прочным материалом-наполнителем, который уплотняется при снижении давления и сжатии трещины, при этом в скважине с глубин выше 1500 м образуется вертикальная трещина, распространяющаяся в противоположных направлениях от ствола вглубь пласта и по вертикали, ее заполнение осуществляется текучей смесью технологической жидкости и наполнителя (песок, проппант). Давление начала разрыва пласта значительно превышает предельно допустимое давление в колонне скважины, поэтому продуктивный интервал изолируется пакером, разобщающим кольцевое пространство с низким давлением и сообщающиеся НКТ и забой с высоким давлением, поэтому создаваемая трещина проходит через продуктивные прослои и служит основным дренирующим пласт каналом.
Недостатками данного способа являются:
- во-первых, возможность создания не более одной трещины;
- во-вторых, невозможность управления направлением развития трещины;
- в-третьих, сложность достижения равномерного заполнения трещины, неизбежность ее сужения при снижении давления и сжатии.
Также известен способ гидравлического разрыва пласта (патент США №5765642, МПК E21B 43/114, 1996), вскрытого стволом скважины, который не требует применения механизмов изоляции пласта, при этом способ включает размещение гидрореактивного инструмента, имеющего, по меньшей мере, одно создающее струю сопло, в стволе скважины рядом с пластом, в котором необходимо создать трещины, затем введение жидкости разрыва через это сопло против пласта под давлением, достаточным для создания в нем полости и разрыва пласта за счет давления торможения струи в этой полости, при этом вводимая струя жидкости может содержать расклинивающий агент, который оседает в трещине, когда давление создания струи жидкости медленно понижается и трещина смыкается. Кроме того, жидкость разрыва может содержать одну или несколько кислот для растворения пластовых материалов и увеличения созданной трещины.
Недостатками данного способа являются:
- во-первых, возможность образования только одной трещины, ориентированной в направлении максимального напряжения в пласте с анизотропией поля напряжения и случайно в пластах с изотропными полями напряжений;
- во-вторых, высокие утечки в пласт технологической жидкости;
- в-третьих, формирование на стенках трещины корки, впоследствие оказывающей негативное влияние на проницаемость пристеночного слоя.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ гидравлического разрыва пласта (патент RU №2311528, МПК E21B 43/26, опубл. 27.11.2007, бюл. №33), включающий вскрытие пласта вертикальной или наклонной скважиной, размещение в ней в заданном интервале пласта гидромониторного инструмента с серией струйных насадок, закачку рабочей жидкости через струйные насадки гидромониторного инструмента для образования каверн в пласте, последующий разрыв пласта из каверн за счет давления торможения в них струи, при этом используют гидромониторный инструмент с серией струйных насадок, расположенных вдоль инструмента в две линии с фазировкой 180° и расстоянием между насадками в линии не более двух диаметров обсадной колонны, гидромониторный инструмент поворачивают на заданный угол для изменения направления развития каждой последующей трещины, при этом трещины образуют при давлении в обсадной колонне ниже бокового горного давления, а в качестве рабочей жидкости используют жидкость, родственную пластовой жидкости.
Недостатками способа являются:
- во-первых, низкая точность изменения направления трещины, это связано с тем, что гидромониторный инструмент со струйными насадками, спущенный в скважину на колонне труб, поворачивают на заданный угол, например на 90°, для изменения направления развития каждой последующей трещины путем поворота колонны труб с устья скважины, при этом происходит скручивание колонны труб, особенно в искривленных скважинах и в скважинах с глубиной выше 1000 м. В результате образуются трещины с отклонением от заданного направления;
- во-вторых, малая эффективность гидравлического разрыва пласта (ГРП) в карбонатных коллекторах с высокой проницаемостью, а также если карбонатный коллектор содержит неоднородный пласт с прослоями пористых и проницаемых интервалов, которые обладают высокой проводимостью, вызывающей высокие утечки в процессе проведения ГРП вследствии высокой фильтрации рабочей жидкости в пласт, что приводит к быстрому «схлопыванию» (закрытию) трещины;
- в-третьих, низкая надежность ГРП, связанная с тем, что в процессе его проведения происходит неравномерное развитие двух трещин, это обусловлено наличием струйных насадок, расположенных вдоль инструмента в две линии с фазировкой 180°, это приводит к тому, что трещина преимущественно будет развиваться только в одном из направлений по пути наименьшего сопротивления, а также в процессе проведения ГРП происходит растяжение колонны труб в вертикальной скважине, обусловленное отсутствием пакера в скважине.
Техническими задачами предложения являются повышение точности ориентации трещин при повороте колонны труб с гидромониторным инструментом с устья скважины, а также повышение эффективности проведения гидравлического разрыва карбонатного пласта за счет компенсации утечек рабочей жидкости в пласт с одновременным развитием и расклиниванием трещины и повышение его надежности за счет последовательного выполнения трещин в заданном направлении относительно оси скважины с исключением растяжения колонны труб в процессе ГРП.
Поставленные технические задачи решаются способом гидравлического разрыва пласта, включающим вскрытие пласта вертикальной скважиной, спуск в скважину на колонне труб гидромониторного инструмента с четным количеством струйных насадок и размещение его в заданном интервале пласта, закачку рабочей жидкости через струйные насадки гидромониторного инструмента для образования каверн в пласте, последующий разрыв пласта из каверн за счет давления торможения в них струи, при этом используют гидромониторный инструмент с серией струйных насадок, расположенных вдоль инструмента с расстоянием между насадками в линии не более двух диаметров обсадной колонны, гидромониторный инструмент поворачивают на заданный угол для изменения направления развития каждой последующей трещины, при этом трещины образуют при давлении нагнетания рабочей жидкости в обсадной колонне ниже бокового горного давления.
Новым является то, что перед спуском колонны труб в скважину на нижний конец гидромониторного инструмента устанавливают поворотное устройство и механический пакер, спускают колонну труб в скважину до тех пор, пока гидромониторная насадка не разместится напротив заданного интервала пласта, подлежащего гидравлическому разрыву, производят посадку механического пакера, определяют объем рабочей жидкости для создания и развития трещин, производят закачку рабочей жидкости по колонне труб через струйные насадки гидромониторного инструмента для образования каверн в пласте, при этом с целью компенсации утечек и расклинивания трещин в пласте в процессе гидравлического разрыва пласта применяют кислоту в объеме, равном 20% от объема рабочей жидкости, производят закачку рабочей жидкости по колонне труб через гидромониторный инструмент в каверну до создания трещины разрыва, после чего в заколонное пространство скважины начинают закачивать кислоту с целью компенсации утечек и расклинивания трещины, при этом закачку жидкости по колонне труб продолжают, при этом давление закачки кислоты в заколонное пространство скважины составляет 85% от давления, создаваемого в колонне труб в процессе развития трещины, по окончании развития трещины и расклинивания трещины в одном направлении приподнимают колонну труб на 1 м, поворачивают колонну труб на угол, соответствующий направлению формирования следующей трещины, и опускают, затем повторяют технологические операции, начиная с закачки жидкости через струйные насадки гидромониторного инструмента для образования каверн в пласте, количество поворотов колонны труб соответствует количеству направлений трещин, создаваемых в данном интервале пласта.
Предлагаемый способ гидравлического разрыва пласта реализуют в карбонатных коллекторах при следующих условиях:
- интервал проведения ГРП содержит неоднородный пласт с прослоями пористых и проницаемых интервалов, которые обладают большей проводимостью, позволяющей производить дифференциальное травление стенок трещины;
- высокая проницаемость пласта и/или кольматация приствольной зоны.
На фиг.1 изображен предлагаемый способ ГРП.
На фиг.2 изображена развертка поворотного устройства.
На фиг.3 изображено сечение скважины в интервале проведения ГРП.
Предлагаемый способ реализуют следующим образом.
n
n
Вскрывают пласт вертикальной скважиной 1 (см. фиг.1). На устье вертикальной скважины 1 колонну труб 2 снизу-вверх оснащают механическим пакером 3, поворотным устройством 4, оснащенным несколькими вертикальными осевыми проточками 5′, 5 (см. фиг.1 и 2), соединенными между собой одной горизонтальной проточкой 6, а выше - заглушенным снизу гидромониторным инструментом 7 с четным количеством струйных насадок 8′, 8, расположенных вдоль гидромониторного инструмента 7 в одну линию.
n
n
n
Количество осевых проточек 5′, 5 (см. фиг.2) и расстояние между ними зависит от количества направлений 9′, 9 (см. фиг.1 и 3), в которых необходимо образовать, развить и расклинить трещины 10′, 10 (см. фиг.1) и угла их развития относительно оси скважины 1.
Например, необходимо создать четыре трещины 10′, 10′′, 10′′′, 10′′′′ в соответствующих направлениях 9′, 9′′, 9′′′, 9′′′′ с углами между трещинами, равными 90°, поэтому поворотное устройство 4 оснащают четырьмя вертикальными осевыми проточками 5′, 5′′, 5′′′, 5′′′′ (см. фиг.2), при этом штифт 11 устанавливают в любой из вертикальных осевых проточек, например, 5′. Длины вертикальных осевых проточек 5′, 5′′, 5′′′, 5′′′′ равны между собой и составляют, например, h=0,9 м.
Спускают колонну труб 2 (см. фиг.1) в вертикальную скважину 1 с вскрытым перфорацией продуктивным пластом и устанавливают напротив интервала, подлежащего ГРП.
n
Количество струйных насадок 8′, 8 определяют исходя из расчетов гидравлических потерь жидкости при движении в колонне труб 2 при оптимальных расходах проведения ГРП. Например, в гидромониторном инструменте 7 выполняют четыре насадки диаметром 4,5 мм.
n
По колонне труб 2 через струйные насадки 8′, 8 гидромониторного инструмента 7 подают рабочую жидкость, например смесь дегазированной нефти с песком, причем концентрация песка в жидкости-носителе соответствует 50-100 г на один литр рабочей жидкости, и производят гидромониторную резку обсадной колонны скважины 1 с образованием каверн длиной 15-30 см (на фиг.1,2, 3 не показаны).
Определяют объем рабочей жидкости для создания и развития трещин 10′, 10′′, 10′′′, 10′′′′ (см. фиг.1 и 3) из соответствующих каверн. В качестве рабочей жидкости применяют жидкости разрыва, например известные составы, разработанные ЗАО «Химекоганг», имеющие торговые наименования «Химеко-Н» (ТУ2481-053-17197708), «Химеко-Т» (ТУ2481-077-17197708-03), «Химеко-В» (ТУ 2499-038-17197708-98).
В качестве кислоты, выполняющей роль расклинивающего агента трещин 10′, 10′′, 10′′′, 10′′′′, образуемых в результате ГРП жидкостью разрыва, используют любую известную кислоту: соляную, плавикововую или другие, применяемые при ГРП с целью расклинивания трещины.
Например, в качестве кислоты применяют 15%-ную кислоту соляную ингибированную по ТУ 2122-205-00203312-2000 (производитель ОАО «Каустик», г. Стерлитамак, Республика Башкортостан, Россия).
Определяют общие объемы рабочей жидкости и кислоты.
Определяют общий объем рабочей жидкости по формуле:
г
п
V=k·H,
г
3
где V - общий объем рабочей жидкости, м;
3
k=11-12 - коэффициент перевода, м/м;
п
n
H - расстояние между верхним и нижним струйными насадками 8′, 8 гидромониторного инструмента 7, м.
п
Например, расстояние H=5 м. Тогда, подставляя значения в формулу, получаем объем закачиваемой жидкости разрыва:
г
п
V=k·H.
г
3
V=(11-12)×5=55-60 м.
3
Примем общий объем рабочей жидкости, закачиваемой в четыре трещины: 10′, 10′′, 10′′′, 10′′′′, равным 56 м.
к
г
3
3
3
Общий объем кислоты для компенсации утечек и расклинивания трещин в пласте принимают равным 20% от общего объема рабочей жидкости, т.е. V=(20%·V)/100%=(20%·56 м)/100%=11,2 м. Таким образом, суммарный объем кислоты, закачиваемой в четыре трещины: 10′, 10′′, 10′′′, 10′′′′, составляет 11,2 м.
г
к
Объемы жидкости разрыва (V) и кислоты (V) делят на равные части в зависимости от количества трещин, создаваемых в данном интервале пласта. Например, как указано выше, образуют четыре трещины 10′, 10′′, 10′′′, 10′′′′, которые соответствуют положению штифта 11 (см. фиг.1, 2 и 3) в соответствующих вертикальных осевых проточках 5′, 5′′, 5′′′, 5′′′′ поворотного устройства 4 с углом 90° между ними.
Тогда объем рабочей жидкости, закачиваемой в каждую трещину, составляет:
гi
3
3
V=56 м/4=14 м, а объем кислоты, закачиваемой в каждую трещину составляет:
кi
3
3
V=11,2 м/4=2,8 м.
n
тр
Закачку рабочей жидкости по колонне труб 2 через струйные насадки 8′, 8 гидромониторного инструмента 7 в каверны в направлении 9′ производят до создания давления трещинообразования (Р), например, равное 22 МПа.
В этих условиях образуется трещина 10′, объединяющая все созданные при гидроперфорации каверны и ориентированная в направлении 9′ их расположения.
тр
После падения давления в колонне труб 2, например на 20% от давления трещинообразования (Р=22 МПа), т.е. до 17,6 МПа, в заколонное пространство 12 скважины 1 начинают подавать кислоту с целью компенсации утечек и расклинивания трещины 6′, при этом закачку жидкости разрыва по колонне труб 2 продолжают.
3
т
Давление закачки кислоты (Р) в заколонное пространство скважины составляет 85% от давления, создаваемого в колонне труб (Р=17,6 МПа), в процессе развития трещины 10′, т.е. давление, создаваемое в заколонном пространстве 12 скважины 1, должно быть:
3
Р=(85%·17,6 МПа)/100%=15 МПа.
3
В трещину 10′ закачивают кислоту под давлением 15 МПа в объеме 2,8 м. Расклинивание с применением кислот позволяет увеличить ширину трещины в карбонатных коллекторах, содержащих неоднородный пласт с прослоями пористых и проницаемых интервалов, которые обладают высокой проводимостью, позволяющей производить дифференциальное травление стенок трещины, вследствие чего повышается эффективность ГРП.
н
n
Кислота из заколонного пространства 12 (см. фиг.1) вследствие образования области разряжения (низкого давления р) в заколонном пространстве 12 напротив струйных насадок 8′, 8 гидромониторного инструмента 7 увлекается в каверны вместе с жидкостью разрыва и далее попадает в трещину 10′ (см. фиг.1 и 2), где расклинивает ее в процессе трещинообразования.
Таким образом, кислота, закачиваемая в заколонное пространство 12 скважины 1, компенсирует утечки рабочей жидкости в пласт и расклинивает трещину, что предотвращает «схлопывание» (закрытие трещины).
3
По окончании закачки кислоты в трещину 10′ с устья скважины 1 производят натяжение колонны 2 вверх и создают дополнительную нагрузку выше веса колонны труб 2, например 10·10 H, достаточную для разрушения срезного штифта 11.
Приподнимают колонну труб 2 (см. фиг.2) на 1 м, т.е. на расстояние большее, чем длина вертикальных осевых проточек 5′, 5′′, 5′′′, 5′′′′, равных между собой и составляющих 0,9 м с учетом растяжения колонны труб 2. Поворачивают колонну труб 2 на угол 90°, соответствующий направлению формирования следующей трещины 10′′, и опускают колонну труб 2, при этом штифт 11 перемещается из вертикальной осевой проточки 5′ через горизонтальную проточку 6 в вертикальную осевую проточку 5′′, напротив которой, как описано выше, образуют, развивают и расклинивают соответствующую трещину 10′′ (на фиг.1 и 2 не показана).
Поочередное выполнение трещин 10′, 10′′, 10′′′, 10′′′′ в заданных направлениях 9′, 9′′, 9′′′, 9′′′′ (см. фиг.3) относительно оси скважины 1 исключает образование «двукрылой» трещины разной длины, а наличие механического пакера в составе колонны труб позволяет исключить растяжение колонны труб.
Аналогичным образом формируют каверны и проводят ГРП в данном интервале пласта в двух оставшихся направлениях с образованием, развитием и расклиниванием трещин.
Наличие поворотного устройства 4 позволяет повысить точность ориентации трещин 10′, 10′′, 10′′′, 10′′′′ в соответствующих направлениях 9′, 9′′, 9′′′, 9′′′′ при повороте колонны труб 2 с гидромониторным инструментом 7 с устья скважины.
Предлагаемый способ позволяет повысить точность ориентации трещин при повороте колонны труб с гидромониторным инструментом с устья скважины, а также эффективность и надежность проведения ГРП в карбонатных коллекторах.