СПОСОБ КАЧЕСТВЕННОЙ И КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ ВНУТРИСКВАЖИННЫХ ПРИТОКОВ ГАЗА ПРИ МНОГОСТУПЕНЧАТОМ ГИДРОРАЗРЫВЕ ПЛАСТА В СИСТЕМЕ МНОГОФАЗНОГО ПОТОКА
METHOD OF QUALITATIVE AND QUANTITATIVE ESTIMATION OF DOWNHOLE GAS INFLOWS IN MULTISTAGE HYDRAULIC FRACTURING IN A MULTIPHASE FLOW SYSTEM

Изобретение относится к нефте- и газодобывающей промышленности и может быть использовано при контроле за разработкой продуктивного пласта.
Основной задачей добычи нефте- и газодобывающей промышленности является повышение эффективности разработки продуктивного пласта и повышение отдачи добывающих скважин. Для оптимизации режима работы скважин необходимо обеспечение наличия достоверной информации об интенсивности поступления добываемого газа в том или ином интервале ствола скважины или продуктивного пласта. Эта информация позволяет уточнить гидродинамическое состояние залежи и оптимизировать добычу. Таким образом, актуальным является обеспечение достоверности количественного определения притока добываемого флюида в каждый отдельный интервал скважины.
Известны различные способы определения притока жидкости, в том числе с использованием трассеров - индикаторов, меток, идентифицируемых в добываемой жидкости, являющиеся наиболее прямыми и достоверными методам получения достоверной информации, основанными на использовании данных о перемещении трассеров вместе с жидкостью -носителем с учетом фильтрационно-емкостных параметров продуктивного пласта, изменения пластовых и забойных величин давления. В известных способах исследования трассеры вместе с нагнетаемой жидкостью вводятся в пласт, проходят через пласт и призабойную зону добывающей скважины, отбираются и анализируются в составе отбираемой из скважины скважинной жидкости. Однако, способы определения притоков газа в горизонтальных скважинах описаны слабо и малоинформативны.
Известен способ определения внутрискважинных притоков газа с использованием с использованием химических трассеров, которые вводятся непосредственно с жидкость ГРП и в дальнейшем непрерывно испаряется под действием температуры. Трассеры составляют значительный процент от самой жидкости ГРП. В качестве трассеров выступают гексафторид серы, дифтодибромметан, октафторбутан и т.д. Недостатком настоящего изобретения является высокая концентрация дорогостоящих трассеров в жидкости ГРП, высокая продолжительность отбора проб, при этом в качестве проб используется собственно отобранный газ. - CN 108825226 А, опубл. 16.11.2018.
Известен способ для измерения величины вклада в добычу газа каждого интервала газовой скважины. Индикаторы также добавляются в жидкости ГРП, в качестве которых используются перфторуглеродные соединения разной молекулярной массы: перфторалканы, перфторциклоалканы, перфторированные ароматические соединения, перфтор(мет)акрилаты и т.д. Анализ проб осуществляется методом газовой хроматографии. В качестве проб отбирается собственно газ из скважины. К недостаткам настоящего способа можно отнести высокую концентрацию трассеров в жидкости ГРП и работа с дорогостоящими химическими соединениями в качестве трассеров. - CN 107956470 А, опубл. 24.04.2018.
Известен способ определения дебитов воды, нефти и газа по каждому интервалу при МГРП. Согласно заявленному способу, для оценки притоков флюида используются контейнеры, представляющие собой конструктивные элементы компоновки закачивания, из которых трассерный материал селективно растворяется в соответствующей ему фазе пластового флюида. Так, например, водорастворимые матрицы могут быть сделаны из поливинилового спирта или другого водорастворимого материала.
Нефтерастворимые матрицы могут быть сделаны, в частности, из вязкого битума. Газовые матрицы могут начать истираться за счет абразовного действия твердых частиц, присутствующих в газе. Недостатком описываемого изобретения является зависимость перехода трассерного материала в газовую фазу за счет присутствия в газовом потоке механических примесей, которых может и не быть в потоке. Кроме того, абразивное разрушение зависит от размера механических примесей, которые сложно предсказать, а, соответственно, и сделать вывод о количественном определении притоков газа по каждому из интервалов скважины. В качестве индикаторов предлагается использовать различные флуоресцентные соединения, индикаторы радикального типа, вещества с высокой магнитной или диэлектрической проницаемостью, нерастворимые частицы размером от 1 до 100 мкм, например, металлические либо флуоресцентные и/или люминесцентные. - RU 2685601 С1, опубл. 22.04.2019.
Техническим результатом заявленного способа является получение достоверных результатов определения внутрискважинных притоков газа при многофазном потоке пластового флюида.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения внутрискважинных притоков газа при многоступенчатом гидроразрыве пласта, включающем получение флюоресцентного маркера в виде полимерных микросфер с приготовлением дисперсии смолы и люминесцирующих веществ, объединение полученного маркера с несущей средой, подаваемой в скважину, введение маркера с указанной несущей средой в скважину, отбор проб из скважины и их анализ с определением кодов и количества маркеров в пробах, представляющих собой полимерную мембрану, с использованием проточной цитофлюорометрии и определение на основе результатов указанных анализов внутрискважинных притоков газа, получение указанного маркера осуществляют с использованием люминесцирующего вещества, флюоресцирующего после воздействия УФ-излучения или видимого излучения с длиной волны от 320 до 760 нм в области длин волны 350-780 нм, как самостоятельного, так и в виде бинарных смесей указанных люминесцирующих веществ при их соотношении от 0,01:0,99 до 0,99:0,01, путем радикальной сополимеризации стирола с дивинилбензолом или дисперсионной поликонденсации меламиноформальдегидной смолы или карбамидоформальдегидной смолы, или гидролитической поликонденсации тетраэтоксисилана, вводимых в виде 10-20%-ной их водной суспензии при его количестве в смеси 0,1-5,0% от массы отвержденной смолы, с получением дисперсии, содержащей 40-60 мас. % сухого остатка, в качестве несущей среды используют алюмосиликатный проппант и/или кварцевый песок, где указанный маркер размещен в полимерном покрытии, выполненном на основе эпоксидной смолы, указанное введение осуществляют в горизонтальную скважину, указанное определение кодов и концентраций маркеров в пробах осуществляют с использованием проточной цитофлюорометрии, по полученным результатам которой осуществляют расчет притоков по соответствующим стадиям гидроразрыва. Причем, размер полимерных микросфер составляет 0,2-50,0 мкм, а люминесцирующее вещество выбрано из группы, включающей селенид, сульфид, теллурид цинка или кадмия.
Заявленный способ включает использование проппанта и/или кварцевого песка как носителя флюоресцирующих маркеров, в качестве которых используются монодисперсные полимерные микросферы, полученные указанным в заявленном способе путем и инкорпорированные в полимерную оболочку алюмосиликатного проппанта и/или кварцевого песка. При этом проппант и/или песок маркирован соответствующим кодом. Код задается использованием уникального сочетания флюорофоров в микросферах. В каждую стадию при многоступенчатом гидроразрыве пласта - МГРП закачивается соответствующий код, причем, количество кодов соответствует количеству стадий МГРП. Реализация данного подхода позволяет достоверно проводить количественное определение притоков газа по каждому интервалу. Анализ содержания кодированных микросфер каждого кода осуществляется методом проточной цитофлюорометрии, основным преимуществом которой является точное определение количества микросфер каждого кода. Далее концентрации маркеров каждого кода пересчитывают в притоки газа по каждой стадии МГРП. В качестве флюоресцирующих веществ могут быть использованы нильский синий, флюоресцеин натрия, флюоресцеин диацетат, дихлорфлюоресцеин диацетат, флюоресцеин изотиоцианат, кумарин, диэтиламинокумарин, флюорофоры группы родамина. Лучшие результаты обеспечиваются при использовании селенида, сульфида, теллурида цинка или кадмия.
В отличие от традиционной флюорометрии, где детектируется интегральная интенсивность флюоресценции для всех сортов частиц, цитофлюорометрия позволяет детектировать интенсивность флюоресценции с определенными длинами волн возбуждения и испускания (они называются «каналами») для каждой индивидуальной частицы. Число подобных каналов, как правило, велико, в нашем случае существует 15 каналов детектирования (2 канала светорассеяния и 13 каналов люминесценции). При этом каждый анализируемый маркер представляет собой точку в 15-ти мерном пространстве. Метод позволяет с заданной точностью классифицировать маркеры по интересующим параметрам внутри 15-ти мерного пространства. На основе полученной классификации в соответствии с информацией о кодировке маркеров устанавливаются количественные отношения каждого типа маркера в анализируемой смеси.
Примеры осуществления
Пример 1. Меламиноформальдегидные микросферы получают двухстадийной дисперсионной поликонденсацией 2 масс. ч. меламина и 3 масс. ч. формальдегида в 70 масс. ч. воды в присутствии 1 масс. ч. додецилсульфата натрия и 1 масс. ч. поливинилового спирта. На первой стадии при рН=9 получают метилольные производные меламина, при этом в качестве регулятора рН выступают водный раствор гидроксида калия. Длительность первой стадии составляет 45 мин. На второй стадии при рН=6 происходит получение полностью отвержденных микросфер, при этом в качестве регулятора рН выступает водный раствор ортофосфорной кислоты. Продолжительность второй стадии составляет 1 час. Добавление водной дисперсии люминофора с концентрацией 10% масс. (λϕ=480 нм - селенид кадмия), осуществляется на первой стадии, при этом количество дисперсии составляет примерно 5% (масс.). После окончания второй стадии дисперсию седиментацией концентрируют до содержания сухого остатка от 40 до 60% (масс.), где сухой остаток представляет собой полимерные микросферы с интегрированными в них одним или двумя люминесцирующими веществами, и делят ее на две части. Первая часть дисперсии представляет собой дисперсию гидрофильных маркеров. Вторую часть дисперсии используют для получения дисперсии гидрофобных маркеров путем последовательной обработки водной дисперсии неполярным органическим растворителем, выбранным из ряда ароматических растворителей бензол, толуол, ксилол, затем амфифильным сополимером ряда акрилатов с последующим удалением воды, таким образом, вода замещается на неполярный органический растворитель, концентрация сухого остатка гидрофобных маркеров составляет от 40 до 60% (масс.). При этом маркеры становятся полностью олеофильными, то есть теряют способность диспергироваться в воде, одновременно с этим они легко диспергируются в неполярных ароматических растворителях.
Затем аналогичным путем получают дисперсии маркеров с другими флюорофорами в соответствии с таблицей 1.
Далее получают проппант с маркированным полимерным покрытием, причем в каждой партии проппанта используется 1 код маркеров. Таким образом, получается 63 кода проппанта. Проппант с маркированным полимерным покрытием получают следующим образом. Водную дисперсию гидрофильных маркеров в смесителе смешивают с проппантом, эпоксидной смолой, отвердителем и функциональным наполнителем. В качестве смолы используют эпоксидиановую смолу, отвердитель - аминный. Функциональным наполнителем выступает гидрофобное вещество.
Далее проппант и погружают в горизонтальную скважину в процессе МГРП. При этом номер кода проппанта, как правило, соответствует стадии МГРП пласта. Например, в 1 стадию гидроразрыва закачивают код №1, во вторую - №2, в третью - №3 и т.д.
После выхода скважины на режим проводят отбор проб с использованием устройства фильтрации, приведенного на рисунке 1.
Устройство фильтрации устанавливают на байпасной линии, которая должна быть оснащена кранами, манометром, расходомером и соединительными элементами.
Устройство фильтрации содержит в себе отсек для фильтрующего патрона, который состоит из последовательно соединенных полимерных мембран. Для каждого отбора проб используется индивидуальный патрон. Полный пакет проб содержит 8 проб, отобранных при разных потоках и давлениях, а также времени накопления.
Затем полученные пробы подвергают анализу с использованием проточной цитофлюорометрии.
Анализ состоит из трех последовательных стадий: пробоподготовки, цитофлюорометрии и интерпретации данных анализа.
Пробоподготовка состоит в переводе маркеров с полимерной мембраны в раствор водной фазы с использованием поверхностно-активных веществ Водную фазу диспергируют на У3-диспергаторе и подают на анализ методом цитофлуорометрии. В результате получают спектральную картину в 15-ти мерном пространстве.
Интерпретацию проводят с помощью программного обеспечения на основе полученной классификации в соответствии с информацией о кодировке маркеров, при этом устанавливаются количественные отношения каждого типа маркера в анализируемой смеси.
Полученные данные о количественном соотношении каждого кода маркера в анализируемой смеси пересчитываются в профили притоков по каждой стадии МГРП с учетом известных закономерностей о влиянии на концентрацию соответствующих маркеров пластовой температуры, пластового давления и гидродинамических параметров скважины. Визуализация результатов расчета представляется в виде графиков притока по ступеням ГРП во времени и накопленных дебитах газа в каждой из ступеней. Критерием отбора проб для визуализации служит наличие данных по общему дебиту газа и режиму работы скважины, а также предполагаемом наличии УВ и воды.
Пример 2. Кремнеземные микросферы получают по методу Штёбера. Смешивают 70 масс. ч. этанола, 7 масс. ч. водного раствора аммиака, 3 масс. ч. воды, и водную дисперсию, представляющую собой смесь сульфида кадмия и селенида цинка в соотношении 1:1 (10% масс.водная дисперсия), при этом концентрация дисперсии составляет 10% (масс.). После этого добавляют 4 масс. ч. тетраэтоксисилана. Реакционную смесь перемешивают до прекращения изменения размеров частиц в течение 8 часов. Контроль за ростом частиц проводят с помощью проточного цитофлюорометра, оснащенного датчиками прямого и бокового светорассеяния. Таким образом получают спиртовую дисперсию микросфер. Затем добавляют водную дисперсию люминесцирующего вещества (квантовых точек - сульфид кадмия, 10% масс., при этом, количество дисперсии составляет примерно 7% (масс.). После этого дисперсию седиментацией концентрируют до содержания сухого остатка 50% (масс.), где сухой остаток представляет собой полимерные микросферы с интегрированной в них смесью люминесцирующих веществ.
Далее получают кварцевый песок с маркированным полимерным покрытием, причем в каждой партии кварцевого песка используется 1 код маркеров. Таким образом, получается 63 кода песка. Кварцевый песок с маркированным полимерным покрытием получают следующим образом. Водную дисперсию гидрофильных маркеров в смесителе смешивают с кварцевым песком, эпоксидной смолой, отвердителем и функциональным наполнителем. В качестве смолы используют эпоксидиановую смолу, отвердитель - аминный. Функциональным наполнителем выступает гидрофобное вещество.
Далее кварцевый песок с нанесенным полимерным покрытием погружают в горизонтальную скважину в процессе МГРП. При этом номер кода проппанта, как правило, соответствует стадии МГРП пласта. Например, в 1 стадию гидроразрыва закачивают код №1, во вторую - №2, в третью - №3 и т.д.
Далее проводят действия как в примере 1.
Пример 3. Микросферы из сшитого полистирола получают методом трехмерной радикальной сополимеризации стирола и дивинилбензола в водной среде. В подготовленную воду (80 масс. ч.) после удаления кислорода добавляют 10 масс. ч. стирола, 0,2 масс. ч. дивинилбензола, 0,8 масс. ч. додецилсульфата натрия, 1 масс. ч. поливинилпирролидона и 0,2 масс. ч. инициатора - азобисизобутиронитрила. Доводят температуру до 70°С и проводят реакцию в течение 24 ч. После окончания процесса сополимеризации отгоняют остаточный стирол и добавляют 10%-ную водную дисперсию смеси люминесцирующих веществ - квантовых точек, представляющих собой смесь сульфида и селенида цинка (10% масс.), при этом количество дисперсии составляет примерно 10% (масс.). После этого дисперсию седиментацией концентрируют до содержания сухого остатка 60% (масс.), где сухой остаток представляет собой полимерные микросферы с интегрированными в них смесевыми квантовыми точками.
Полимернопокрытй проппант получают как в примере 1.
Далее проппант и погружают в горизонтальную скважину в процессе МГРП. При этом номер кода проппанта, как правило, соответствует стадии МГРП пласта. Например, в 1 стадию гидроразрыва закачивают код №1, во вторую - №2, в третью - №3 и т.д.
После выхода скважины на режим проводят отбор проб с использованием устройства фильтрации, таким же как в примере 1.
Устройство фильтрации устанавливают на линии сброса, которая должна быть оснащена краном, манометром, расходомером и соединительными элементами.
Далее проводят действия как в примере 1.
Пример 4. Микросферы, маркеры и полимернопокрытй проппант получают как в примере 1.
Далее проппант и погружают в горизонтальную скважину в процессе МГРП. При этом номер кода проппанта, как правило, соответствует стадии МГРП пласта. Например, в 1 стадию гидроразрыва закачивают код №1, во вторую - №2, в третью - №3 и т.д.
После выхода скважины на режим проводят отбор проб с использованием устройства фильтрации, как в примере 1.
Параллельно производится отбор проб пластового флюида. Пробоподготовка состоит в разделении образца пластового флюида на углеводородную и (при наличии) водную фазы с использованием деэмульгаторов. Водную фазу центрифугируют при нагрузке 1200 g, удаляют остатки обратной микроэмульсии, диспергируют на У3-диспергаторе и подают на анализ методом цитофлуорометрии. Углеводородную фазу пластового флюида последовательно обрабатывают органическими растворителями с постепенно увеличивающимися значениями диэлектрической проницаемости, при этом последним растворителем является вода. Полученную водную фазу центрифугируют при нагрузке 1200 g, удаляют остатки обратной микроэмульсии, диспергируют на У3-диспергаторе и подают на анализ методом цитофлюорометрии. На этой стадии проводят также определение обводненности каждой пробы пластового флюида и его вязкость.
Цитофлюорометрию образцов проводят отдельно для водной и углеводородной, инвертированной в водную, фаз пластового флюида. В результате получают спектральную картину в 15-ти мерном пространстве.
Далее проводят действия как в примере 1.
Заявленный способ обеспечивает получение достоверных результатов определения внутрискважинных притоков газа при многофазном потоке пластового флюида.