Способ гидравлического разрыва и крепления пластов
METHOD OF HYDRAULIC FRACTURING AND FIXATION OF FORMATIONS

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для восстановления дебитов и обеспечения устойчивой работы эксплуатационных скважин способом гидравлического разрыва пласта (ГРП) с креплением и водоизоляцией коллекторов продуктивного пласта.
Известен способ ГРП, предусматривающий использование натриевого среднемодульного жидкого стекла, концентрированной соляной кислоты и воды в качестве жидкости разрыва при следующем соотношении компонентов в об. %: указанное жидкое стекло - 8-17; 20-23%-ная соляная кислота - 0,05-3,6; вода - остальное (патент РФ №2190093, МПК Е21В 43/26, опубл. 27.09.2002).
Недостатком способа является невозможность его использования для закрепления рыхлых слабосцементированных пород призабойной зоны продуктивного пласта. Способ можно использовать только для гидравлического разрыва пласта с образованием трещин, заполнением их проппантом и последующей деструкцией используемой жидкости водным раствором NaOH. При указанном по способу концентрационном соотношении используемых компонентов образуется гель с низким показателем фильтруемости, а среднее время гелеобразования составляет приблизительно 30 мин. Эти факторы не позволяют жидкости проникать в породу пласта на достаточное расстояние. Последующая деструкция и удаление жидкости разрыва оставляет проппант в трещине с незакрепленной породой пласта, что в последующем приводит к его внедрению в рыхлую породу и смыканию стенок трещины.
3
Известен способ гидравлического разрыва и крепления пластов, предусматривающий использование для ГРП водного раствора среднемодульного жидкого стекла, содержащего 17-20 масс. %: силиката натрия и раствора, состоящего из ацетона и метилового спирта в объемном соотношении 0,4:1, при соотношении компонентов, масс. %: указанный раствор жидкого стекла - 75-85 и указанный ацетоно-спиртовый раствор -15-25, закачку ее в пласт через 30-40 минут после приготовления. При достижении гидравлического разрыва пласта для крепления пород коллектора в жидкость разрыва вводят проппант в количестве 100-150 кг. на 1 м жидкости и проводят закачку закрепителя водно-спиртового раствора состава, масс. %; хлорид кальция - 14,0-17,0; хлорид магния - 1,5-2,5; метиловый спирт - 23,0-47,0; остальное - вода, (патент РФ №2 534 374, МПК Е21В 43/26, опубл. 27.11.2014).
Недостатком способа является недостаточно высокое качество крепления пород коллектора продуктивного горизонта и невозможность обеспечения проницаемости пород и ограничения притока пластовых вод при наличии водоносносных горизонтов в разрезе пласта.
3
Наиболее близким к предполагаемому изобретению является способ гидравлического разрыва и крепления пластов, сложенных рыхлыми несцементированными породами, позволяющий провести ГРП с помощью жидкости разрыва, содержащей водный раствор среднемодульного жидкого стекла состава, масс. %: силикат натрия 17-20, вода 80-83, и ацетоно-спиртовый раствор, состоящий из безводных ацетона и метилового спирта в объемном соотношении 0,4:1 и проппанта в количестве 100-150 кг на 1 м жидкости с одновременным креплением пород коллектора водно-спиртовым раствором хлорида кальция состава, масс. %: хлорид кальция 17,0-19,0, этиловый спирт 25,0-45,0, вода остальное (патент РФ №2416025, МПК Е21В 43/267, опубл. 10.04.2011). Способ восстанавливает продуктивность ПЗП.
Недостатком указанного способа является невозможность восстановления достигнутой производительности и устойчивой работы скважин после проведения ГРП из-за закупорки части порового пространства закрепляющим составом и наличием притока пластовых вод из близлежащего водоносного горизонта.
Задачей заявленного изобретения является создание способа гидравлического разрыва и крепления пластов, обеспечивающего восстановление производительности и устойчивую работу скважин после проведения ГРП путем повышения эффективности крепления пород коллектора продуктивного горизонта за счет сохранения проницаемости пород и снижения притока пластовых вод.
3
Поставленная задача достигается тем, что для гидравлического разрыва и крепления пластов приготавливают жидкость разрыва, содержащая водный раствор среднемодульного жидкого стекла состава, масс. %: силикат натрия -17-20, вода 80-83, и ацетоно-спиртовый раствор, состоящий из безводных ацетона и метилового спирта в объемном соотношении 0,4:1, при соотношении компонентов, масс. %: указанный раствор жидкого стекла - 75-85 и указанный ацетоно-спиртовый раствор - 15-25, осуществляют закачку ее в пласт через 30-40 минут после приготовления. При достижении гидравлического разрыва пласта для крепления пород коллектора в жидкость разрыва вводят проппант в количестве 100-150 кг на 1 м жидкости и проводят закачку раствора закрепителя - водно-спиртового раствора хлорида кальция, содержащего алюмометилсиликонат натрия при следующем соотношении компонентов, масс. %: хлорид кальция - 15,0-17,0; этиловый спирт - 24,5-44,5; алюмометилсиликонат натрия - 0,1-0,7, вода остальное.
Известно, что при взаимодействии силиката натрия с агентом-сшивателем (хлорид кальция) выделяется кремниевая кислота, которая образует золь, переходящий со временем в гелеобразное состояние. Если золь представляет собой водный высокодисперсный текучий раствор, то гелеобразное состояние системы характеризуется образованием прочной пространственной сетки из частиц дисперсной фазы, в петлях которой находится дисперсионная среда, и практически полным отсутствием текучести. Скорость процесса гелеобразования и физико-химические характеристики геля во многом зависят от концентрационных соотношений компонентов.
Введение гидрофобизатора алюмометилсиликоната натрия в состав агента-сшивателя способствует образованию в системе алюмосилоксановых молекулярных цепочек, которые повышают прочность структурных связей. Из таких молекулярных цепочек в процессе отверждения образуется алюмосилоксановая гидрофобная и проницаемая для газообразных сред решетка, которая способствует в свою очередь образованию более прочных связей между частицами пород. Образование гидрофобной решетки способствует снижению притока пластовых вод на забой скважины при сохранении проницаемости для газа.
В пределах концентраций алюмометилсиликоната натрия в растворе закрепителя 0,1-0,7 масс. % обеспечивается оптимальные свойства цементирующей пленки и качество закрепления пород пластов. Увеличение концентрации алюмометилсиликоната натрия в растворе закрепителя более 0,7 масс. % практически не оказывает влияния на качество закрепления пород и приводит к снижению проницаемости пород.
Создание более прочной армированной структуры образующего материала для закрепления пород, обладающего гидрофобными свойствами, способствует ограничению притока пластовой воды на забой скважины.
Сущность заявленного способа описывается следующим примером.
Проведение ГРП в призабойной зоне и крепление пластов, сложенных рыхлыми несцементированными породами осуществляются в следующей последовательности:
1. Проводят весь стандартный набор операций подготовки процесса ГРП.
2. Приготавливают жидкость разрыва из расчета заполнения ею порового заколонного продуктивного пласта, а также трещин разрыва на расстоянии до 0,5 м от плоскости внедрения. Жидкость разрыва включает водный раствор среднемодульного жидкого стекла состава, масс %: силикат натрия - 17-20, вода 80-83, и ацетоно-спиртовый раствор, состоящий из безводных ацетона и метилового спирта в объемном соотношении 0,4:1, при соотношении компонентов, масс. %: указанный раствор жидкого стекла - 75-85 и указанный ацетоно-спиртовый раствор - 15-25,
3. В пескосмесительной установке проводят смешивание указанных компонентов с получением гелеобразной консистенции.
4. Через 30-40 минут после приготовления начинают процесс закачки полученного раствора цементировочным агрегатом через НКТ в продуктивный пласт. Невысокое начальное значение вязкости обеспечивает проникновение геля в пласт на достаточные расстояния.
3
5. При достижении гидравлического разрыва пласта в жидкость разрыва дополнительно вводят проппант в количестве 100-150 кг на 1 м жидкости и продолжают закачку жидкости-песконосителя в пласт. К этому времени вязкость силикатного геля повышается до степени, при которой обеспечивается достаточная удерживающая способность для жидкости-песконосителя.
6. В гидратационной установке готовят расчетное количество жидкости закрепления водно-спиртовый раствор хлорида кальция содержащего алюмометилсиликонат натрия (АМСР-3), при следующих соотношениях компонентов масс. %: хлорид кальция - 15,0-17,0; этиловый спирт - 24,5-44,5; АМСР-3 - 0,1-0,7; остальное вода.
7. После завершения закачки жидкости разрыва с проппантом в пласт, всасывающий манифольд агрегата закачки переключают на выход гидратационной установки и проводят закачку раствора закрепителя - водно-спиртового раствора хлорида кальция, содержащего алюмометилсиликонат натрия. Раствор на первом этапе выполняет роль продавочной жидкости для жидкости-песконосителя, а при поступлении его в поровое пространство продуктивного пласта и в межзерновой объем гравийного заполнения трещин разрыва он становится жидкостью закрепления.
8. После завершения прокачки расчетного количества жидкости закрепления, скважину закрывают на время полного взаимодействия компонентов (48 ч.). Образовавшийся гидросиликат кальция обеспечивает высокую прочность закрепленной породы и пропантового заполнения трещин разрыва, а алюмоселиконат образуя химические связи с кремнием или с кальцием продуктивных пород помимо крепления частиц породы, формирует гидрофобные каналы фильтрации. Гидрофобизация каналов фильтрации обеспечивает высокую разность их фазовой проницаемости по воде и углеводородам.
9. После завершения ГРП по предлагаемому способу вызывают приток пластового флюида, который легко вымывает из пласта оставшийся и не прореагировавший водно-спиртовый раствор, и скважину вводят в эксплуатацию.
Результаты исследований представлены в таблице.
Как видно из таблицы использование технологических решений по предлагаемому способу приводит к повышению дебита газа на 3,9-13,7% и снижению притока пластовой воды в 1,3-5 раза, при этом процент сохранения проницаемости газа увеличивается на 10-18%.
Таким образом, реализация предлагаемого способа гидравлического разрыва и крепления пластов приводит к восстановлению производительности целевой продукции скважин и существенному снижению притока пластовой воды на забой скважины, что обеспечивает устойчивую работу скважины.