СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ОРИЕНТАЦИИ ТРЕЩИН ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАЗРЫВА ПЛАСТА
METHOD FOR PREDICTING THE SPATIAL ORIENTATION OF HYDRAULIC FRACTURING CRACKS

Изобретение относится к нефтедобыче и может быть использовано для прогнозирования пространственной ориентации трещин гидравлического разрыва пласта (ГРП) на этапе планирования мероприятия.
В настоящее время существует достаточно много технологий и методик по определению образования трещин в процессе проведения мероприятия или уже образовавшихся трещин гидравлического разрыва пласта, но практически отсутствуют, которые могут осуществлять прогноз распространения трещины ГРП.
Наиболее распространенными являются способы пассивной сейсморазведки. Эти способы оценивают пространственное расположение трещины ГРП, опираясь, главным образом, на регистрацию и последующую локализацию микросейсмических событий, порождаемых непосредственно самим процессом трещинообразования.
В силу достаточно больших неопределенностей 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. 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.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение эффективности планирования гидравлического разрыва пласта и определение пространственной ориентации трещин ГРП на этапе составления дизайна мероприятия, без привлечения дорогостоящих микросейсмических и геофизических исследований.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что непосредственно перед проведением гидравлического разрыва пласта на скважине-объекте гидроразрыва и в зоне дренирования каждой из скважин элемента системы разработки определяют пластовое давление, осуществляют построение карты распределения пластового давления в пределах элемента системы разработки, в котором расположена скважина-объект гидроразрыва, с помощью которой до проведения гидравлического разрыва пласта определяют максимальные пластовые давления для зон дренирования (отбора) скважин элемента разработки и в направлении этих скважин устанавливают приоритетное направление развития трещин гидравлического разрыва пласта.
Пластовое давление в зоне дренирования каждой из скважин элемента системы разработки возможно оценить по результатам обработки данных гидродинамических исследований скважин. Однако дискретность и разновременность фактических измерений пластовых давлений является ограничивающим фактором применения данного метода.
В этой связи возможно использование косвенных методов определения пластового давления, основанных на математической обработке накопленного опыта гидродинамических и промысловых исследований (Патент RU №2715490, МПК Е21В 47/06), либо с применением искусственного интеллекта (машинного обучения).
Предлагаемый способ иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-3.
На фиг.1. - Динамика фактического и модельного пластового давления по одной из скважин элемента разработки (скв.9070).
На фиг.2. - Схема распределения пластового давления, построенная для элемента системы разработки.
На фиг.3. - Результаты проведения дипольного волнового акустического каротажа (ВАК-Д).
Пример реализации предлагаемого способа:
Практическое применение разработанного способа рассмотрено на примере скважины 423 Гагаринского месторождения. При этом для оценки достоверности способа использованы материалы геофизических исследований (ВАК-Д), проведенных после ГРП.
Пластовое давление в зонах дренирования добывающих скважин на момент проведения ГРП определялось с помощью обработки данных гидродинамических исследований скважин, а также с привлечением косвенных методик (Патент RU №2715490, МПК Е21В 47/06 и методов искусственного интеллекта).
На Фиг. 1. представлена динамика фактического и модельного пластового давления по одной из скважин элемента разработки (скв.9070).
Высокая достоверность используемого косвенного метода определения пластового давления (сопоставлено с результатами обработки данных гидродинамических исследований) позволила оценить энергетическое состояние элемента системы разработки непосредственно перед проведением гидравлического разрыва пласта на скважине 423, расположенной в пределах
этого элемента. Достоверность воспроизведения пластового давления каждым из двух методов оценена по критерию г - коэффициенту корреляции между фактическими и модельными пластовыми давлениями (таблица).
Таблица
Сравнение коэффициентов корреляции между фактическими и модельными пластовыми давлениями
Для условий рассматриваемого объекта разработки и методика, описанная в Патенте RU №2715490, и искусственный интеллект демонстрируют высокую достоверность при воспроизведении исторических данных по пластовому давлению.
На Фиг. 2. представлена схема распределения пластового давления, некоего аналога карты изобар, построенной для фрагмента залежи.
Процедура ГРП на скважине 423 сопровождалась проведением геофизических исследований (ВАК-Д). По результатам проведенного исследования ВАК-Д установлено основное направление трещин ГРП: 280-290 северо-западного направления и 100-110 южно-восточного направления.
На Фиг. 3. представлено пространственное положение трещины ГРП по результатам проведения ВАК-Д.
Анализ, представленной на Фиг. 3 схемы, показывает, что максимальные для элемента системы разработки значения пластового давления характерны для зон отбора скважин 433 и 427. В то же время, именно в направлении этих
скважин установлено приоритетное развитие трещин по результатам ВАК-Д (Фиг. 3). То есть в пределах рассматриваемого участка залежи трещины гидравлического разрыва распространились в направлении зон с максимальным пластовым давлением.
Совпадение пространственного размещения трещин ГРП и зон с наиболее высокими пластовыми давлениями (в пределах элементов системы разработки) установлены для 26 мероприятий из 26, выполненных на рассматриваемом месторождении.
Применение заявляемого способа позволяет повысить эффективность планирования гидравлического разрыва пласта и определить пространственную ориентацию трещин ГРП на этапе составления дизайна мероприятия.