СПОСОБ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАЗРЫВА ПЛАСТА
METHOD OF FORMATION HYDRAULIC FRACTURING

Изобретение относится к области добычи углеводородов и может быть использовано для интенсификации притока флюида к скважине за счет образования трещин в продуктивном пласте.
Известен способ гидравлического разрыва пласта, включающий закачку в пласт жидкости и разрыв пласта повышением забойного давления с созданием трещины заданного размера, снижение забойного давления ниже давления разрыва пласта, закачку суспензии с закрепляющим материалом и закачку продавочной жидкости с темпом, обеспечивающим подъем забойного давления выше давления разрыва пласта, причем жидкость разрыва закачивают в объеме, обеспечивающем создание трещины длиной, превышающей радиус прискважинной зоны пласта сниженной проницаемости, используют суспензию с закрепляющим материалом в виде геля и закачивают ее в объеме, большем объема созданной трещины (Патент RU №2164290, Е21В 43/26, опубл. 20.03.2001).
Общим признаком известного и предлагаемого способов является закачка в пласт жидкости и разрыв ею пласта.
Основным недостатком указанного способа является использование суспензии с закрепляющим материалом в виде геля и закачивание ее в объеме, большем объема созданной трещины. Гель заполняет трещины разрыва и тем самым приводит к снижению притока из пласта (дебита) флюида, т.е. к уменьшению эффективности процесса добычи углеводородов.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ гидравлического разрыва пласта, включающий закачку в пласт смеси жидкости разрыва с расклинивающим агентом, причем в качестве расклинивающего агента используют газонаполненные гранулы, плотность которых близка к плотности жидкости разрыва и обеспечивает возможность удерживания расклинивающего агента во взвешенном состоянии в жидкости разрыва, при этом в качестве последней используют жидкость, совместимую с породой и флюидом пласта, например воду или нефть (Патент RU №2096603, Е21В 43/26, опубл. 20.11.1997).
Общим признаком известного и предлагаемого способа является закачка в пласт смеси жидкости разрыва с расклинивающим агентом.
Основным недостатком указанного способа является использование в качестве расклинивающего агента газонаполненных гранул, после разрушения которых и выделения из них газа остаются алюмосиликатные частицы и полимерные пленки, забивающие поры пласта и уменьшающие его проницаемость для прохождения добываемого флюида. Т.е. это приводит к уменьшению эффективности процесса добычи углеводородов.
Задачей, решаемой изобретением, является увеличение эффективности процесса добычи углеводородов. Техническим результатом является повышение проницаемости пласта при гидроразрыве.
Технический результат достигается тем, что в качестве расклинивающего агента применяют газовые кристаллогидраты, закачку производят при термобарических условиях существования последних, после разрыва пласта газовые кристаллогидраты разлагают с выделением из них газовой фазы, дополнительно расклинивающей макро- и микротрещины разрыва пласта, причем закачку смеси жидкости разрыва с расклинивающим агентом, разрыв пласта и разложение кристаллогидратов производят одно- или многократно.
Кроме того, применяют кристаллогидраты углеводородных или/и неуглеводородных газов.
Кроме того, кристаллогидраты разлагают, добавляя в смесь жидкости разрыва с расклинивающим агентом антигидратный реагент или/и изменяя ее термобарические параметры.
Кроме того, многократную закачку смеси жидкости разрыва с расклинивающим агентом, разрыв пласта и разложение кристаллогидратов производят с формированием в пласте термических или/и барических волн.
Технический прием, заключающийся в том, что в качестве расклинивающего агента применяют газовые кристаллогидраты, приводит к высокой фильтрации смеси из жидкости разрыва и кристаллогидратов в пласт. Высокая проницаемость обусловлена тем, что частицы кристаллогидратов имеют тонкодисперсную структуру и легко разрушаются в поровых каналах и капиллярах под действием продавливающего давления. Кроме того, кристаллогидраты являются соединением воды и газа, которые после разложения кристаллогидратов не закупоривают поры продуктивного пласта.
Технический прием, заключающийся в том, что закачку производят при термобарических условиях существования газовых кристаллогидратов, приводит к созданию оптимальных условий для: фильтрации в поры пласта смеси жидкости разрыва и кристаллогидратов, процесса гидроразрыва, т.к. смесь жидкости и кристаллогидратов несжимаема и интенсивно воздействует на твердую породу, разрушая последнюю. Это в конечном итоге повышает проницаемость пласта при гидроразрыве.
Технический прием, заключающийся в том, что после разрыва пласта газовые кристаллогидраты разлагают с выделением из них газовой фазы, дополнительно расклинивающей макро- и микротрещины разрыва пласта, приводит к увеличению проницаемости пласта.
Технический прием, заключающийся в том, что закачку смеси, разрыв пласта и разложение кристаллогидратов производят одно- или многократно, дает возможность управлять процессом гидроразрыва пласта, создавая в нем разветвленную сеть макро- и микротрещин.
2
4
2
2
6
2
4
2
2
6
Технический прием, заключающийся в применении кристаллогидратов углеводородных или/и неуглеводородных газов, дает возможность производить расклинивание газовой фазой макро- и микротрещин, выбирая для этого оптимальное термобарическое воздействие на твердую породу пласта за счет использования индивидуальных термобарических параметров разложения кристаллогидратов индивидуальных газов. Т.е., применяя кристаллогидраты из индивидуальных газов, выбирают необходимые температуры и давления для расклинивания макро- и микротрещин. На фиг.1 представлены равновесные термобарические кривые кристаллогидратов из газов: азота (N), аргона (Аr), метана (СH), двуокиси углерода (СO), этана (СН) [Истомин В.А., Якушев B.C. Газовые гидраты в природных условиях. - М.: Недра. - 1992. - 235 с.; Макогон Ю.Ф. Газовые гидраты, предупреждение их образования и использование. - М.: Недра. - 1985. - 232 с.]. Из этих графиков видно, что при температурах от 263 К (-10°С) до 300 К (17°С) давления разложения кристаллогидратов газов азота (N) - от 10,0 до 50,0 МПа и более; аргона (Аr) - от 7,0 до 50,0 МПа и более; метана (СH) - от 1,8 до 20,0 МПа; двуокиси углерода (СO) - от 1,9 до 4,5 МПа; этана (СH) - от 0,3 до 3,5 МПа. Используя кристаллогидраты указанных газов, возможно подбирать в достаточно широком диапазоне термобарические условия воздействия газовой фазы на пласт.
Технический прием, заключающийся в том, что кристаллогидраты разлагают, добавляя в смесь жидкости разрыва с расклинивающим агентом антигидратный реагент или/и изменяя термобарические ее параметры, дает возможность управлять процессом разложения кристаллогидратов, т.е. управлять термобарическими параметрами газовой фазы, расклинивающей макро- и микротрещины. Использование только антигидратного реагента позволяет уменьшить энергетические затраты на разложение кристаллогидратов. На фиг.2, 3 представлены графики параметров (давления и температуры) разложения кристаллогидратов метана [Справочник по транспорту горючих газов. - М.: Государственное научно-техническое издательство нефтяной и горно-топливной литературы // под ред. К.С.Зарембо. - 1962. - С.193]. На фиг.3 графики параметров разложения кристаллогидратов метана от действия 10% водных растворов антигидратных реагентов: аммиака - 1; метанола - 2; этилового спирта и хлористого кальция - 3; нормального пропилового спирта - 4; ацетона - 5. Из графиков на фиг.2 видно, что, подбирая антигидратные реагенты, можно изменять параметры процесса разложения гидратов в довольно широком диапазоне: температуру от минус 4 до плюс 17°С, а давление от 10 до 70 МПа. На фиг.3 представлены графики, отражающие влияние концентрации метилового спирта в водном растворе на параметры разложения кристаллогидратов метана. Из графиков на фиг.3 следует, что изменяя концентрацию водного раствора метанола от 0 до 25%, возможно изменять параметры процесса разложения гидратов: температуры от минус 7 до плюс 77°С и давления от 10 до 70 МПа.
Совместное применение антигидратного реагента и изменения термобарических параметров смеси жидкости разрыва с расклинивающим агентом позволяет интенсифицировать разложение газовых гидратов и увеличить скорость выделения из них газовой фазы, расклинивающей макро- и микротрещины. Изменение только лишь термобарических параметров смеси жидкости разрыва с расклинивающим агентом позволяет снизить эксплуатационные затраты, связанные с приобретением, доставкой, хранением, охраной, и пр. антигидратных реагентов.
Технический прием, заключающийся в том, что многократную закачку смеси жидкости разрыва с расклинивающим агентом, разрыв пласта и разложение кристаллогидратов производят с формированием в пласте термических или/и барических волн, позволяет интенсифицировать указанными волнами разрушение породы пласта и образование в нем дополнительных макро- и микротрещин, т.е. повысить его проницаемость и увеличить, в конечном итоге, эффективность процесса добычи углеводородов.
Авторам неизвестно из существующего уровня техники увеличение эффективности процесса добычи углеводородов путем повышения проницаемости пласта при гидроразрыве подобным образом.
На фиг.4 и 5 представлены схемы, иллюстрирующие технологическую и техническую стороны реализации способа гидравлического разрыва пласта.
Гидравлический разрыв пласта по предлагаемому способу осуществляется следующим образом.
Гидравлический разрыв пласта (фиг.4) производят закачкой насосом 1 в пласт 2 смеси 3 жидкости разрыва 4 из емкости 5 с расклинивающим агентом 6, подаваемым из контейнера 7 и повышением забойного давления. При этом в качестве расклинивающего агента применяют газовые кристаллогидраты (см. фиг.1), закачку производят при термобарических условиях (температурах и давлениях - см. фиг.1) существования последних. После разрыва 8 пласта 2 газовые кристаллогидраты разлагают (фиг.5) с выделением из них газовой фазы 9, дополнительно расклинивающей макро- и микротрещины 10 разрыва 8 пласта 2. Причем (фиг.4, 5) закачку смеси 3 жидкости разрыва 4 с расклинивающим агентом 6, разрыв 8 пласта 2 и разложение кристаллогидратов производят одно- или многократно.
4
2
6
2
2
Применяют кристаллогидраты углеводородных [например, (см. фиг.1) метана (СН этана (СН)] или/и неуглеводородных газов [например, азота (N), двуокиси углерода (СO)].
Кристаллогидраты разлагают, добавляя в смесь жидкости разрыва с расклинивающим агентом антигидратный реагент или/и изменяя ее термобарические параметры.
Кристаллогидраты разлагают, добавляя в смесь 3 жидкости разрыва 4 с расклинивающим агентом 6 антигидратный реагент 11 насосом 12 из емкости 13. Кристаллогидраты разлагают, также изменяя термобарические условия (например, нагревом в призабойной зоне смеси 3 жидкости разрыва 4 с расклинивающим агентом 6 с помощью нагревательного кабеля 14 электрогенерирующей установки 15 до температуры больше температуры существования газовых кристаллогидратов). При этом увеличивается давление газовой фазы 9, расклинивающей макро- и микротрещины 10.
Многократную закачку смеси 3 жидкости разрыва 4 с расклинивающим агентом 6, разрыв 8 пласта 2 повышением забойного давления (фиг.4) и разложение кристаллогидратов (фиг.5) производят с формированием в пласте термических или/и барических волн. Указанные волны интенсифицируют разрушение породы пласта 2 и образование в нем дополнительных макро- и микротрещин 10, т.е. способствуют повышению его проницаемости, что, в конечном итоге, увеличивает эффективность процесса добычи углеводородов.
Реализация способа иллюстрируется примерами.
ПРИМЕР 1
3
3
3
4
Гидравлический разрыв пласта (фиг.4) на забое скважины глубиной 2300 м с пластовым давлением 19 МПа производят закачкой насосом 1 в пласт 2 смеси жидкости разрыва 3 («ClearWater») в объеме 120 м из емкости 5 с расклинивающим агентом 6, подаваемым из контейнера 7, и повышением забойного давления до 45 МПа. При этом в качестве расклинивающего агента применяют газовые кристаллогидраты метана (СН) в объеме 40 м, закачку производят при давлении 30 МПа и температуре 25°С. После разрыва 8 пласта 2 газовые кристаллогидраты метана разлагают (фиг.5). Кристаллогидраты разлагают, добавляя в смесь жидкости разрыва с расклинивающим агентом 25% водный раствор метанола, при забойном давлении 34 МПа, которое установилось после разрыва пласта. При этом из кристаллогидратов выделяется газовая фаза 9 в объеме 18,8 м. В связи с хорошей проникающей способностью газовая фаза дополнительно расклинивает макро- и микротрещины 10 разрыва 8 пласта 2 на 12,7%.
ПРИМЕР 2
3
3
3
2
Гидравлический разрыв пласта (фиг.4) на забое скважины глубиной 2300 м с пластовым давлением 19 МПа производят в холодных атмосферных условиях закачкой насосом 1 в пласт 2 смеси жидкости разрыва 3 («ClearWater») в объеме 120 м из емкости 5 с расклинивающим агентом 6, подаваемым из контейнера 7 и повышением забойного давления до 45 МПа. При этом в качестве расклинивающего агента применяют газовые кристаллогидраты азота (N) в объеме 40 м, закачку производят при давлении 30 МПа и температуре 5°С. После разрыва 8 пласта 2 газовые кристаллогидраты метана разлагают (фиг.5). Кристаллогидраты разлагают, добавляя в смесь жидкости разрыва с расклинивающим агентом 25% водный раствор метанола, при забойном давлении 34 МПа, которое установилось после разрыва пласта. При этом из кристаллогидратов выделяется газовая фаза 9 в объеме 18,8 м. В связи с хорошей проникающей способностью газовая фаза дополнительно расклинивает макро- и микротрещины 10 разрыва 8 пласта 2 на 12,9%.
ПРИМЕР 3
Гидравлический разрыв пласта (фиг.4) производят по примеру 1, а кристаллогидраты разлагают (фиг.5) нагревом до 30°С с помощью нагревательного кабеля 14 электрогенерирующей установки 15. При этом увеличивается давление газовой фазы 9 до 55 МПа (экстраполяция равновесной линии на фиг.1 условно не показывает на эти параметры). Под воздействием этого давления, газовая фаза проникает в макро- и микротрещины 10 и расклинивает их, увеличивая объем трещин примерно на 15%.
ПРИМЕР 4
Гидравлический разрыв пласта (фиг.4) производят по примеру 1, а кристаллогидраты разлагают (фиг.5), добавляя в смесь жидкости разрыва 3 с расклинивающим агентом 6 25% водный раствор метанола и нагревая ее до 30°С с помощью нагревательного кабеля 14 электрогенерирующей установки 15. При этом скорость разложения газовых кристаллогидратов увеличивается в 2,5-3,2 раза за счет чего расширение газовой фазы в макро- и микротрещинах 10 носит ударный характер. Вследствие этого разрушение и расклинивание трещин происходит более интенсивно, увеличивая объем трещин примерно на 17%.
ПРИМЕР 5
3
Гидравлический разрыв пласта (фиг.4) производят в течение 4 часов с частотой 30 мин многократными: закачкой под давлением 30 МПа смеси 3 жидкости разрыва 4 единичным объемом 20-30 м с расклинивающим агентом 6 объемом 7-10 м; повышением забойного давления (фиг.4) до 45 МПа в течение 5-7 минут; разложением кристаллогидратов (фиг.5) воздействиями раствором метанола и нагревом по примерам 1-4. При таких условиях в пласте формируются барические волны с амплитудой 74 МПа и термические волны с амплитудой 60°С. Указанные волны интенсифицируют образование в пласте 2 дополнительных макро- и микротрещин 10 на 23%-27%. Это способствует повышению проницаемости пласта, что, в конечном итоге, увеличивает эффективность процесса добычи углеводородов.