Способ гидравлического разрыва пласта
FORMATION HYDRAULICFRACTURING

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности, в частности, может быть использовано для гидравлического разрыва пласта при наличии попутной и/или подошвенной воды.
Известен способ гидроразрыва пласта (ГРП) (патент RU №2170818, МПК E21B 43/26, опубл. 20.07.2001 г., бюл. №20), предусматривающий образование в пласте с подошвенной водой трещины гидроразрыва, при этом в насосно-компрессорные трубы (НКТ) и ниже их спускают гибкие трубы (ГТ) до нижних отверстий интервала перфорации для прокачки по ним проппанта в смеси с водоизолирующим цементом в объеме, достаточном для заполнения смесью нижней части трещины до уровня выше водонефтяного контакта с заполнением части трещины в зоне подошвенной воды ниже нефтенасыщенной зоны, при этом одновременно по колонне НКТ подают жидкость-песконоситель с проппантом в количестве, достаточном для заполнения верхней части вертикальной трещины.
Недостатки данного способа:
- во-первых, ГРП осуществляют перед водоизоляцией, что в карбонатных породах может привести к образованию трещин по всей высоте пласта от подошвенной воды до кровли, и нет уверенности в том, что при проведении последующей водоизоляции подошвенной части пласта их полностью удастся изолировать (перекрыть канал поступления воды в продуктивную часть пласта), что снижает эффективность ГРП и вызывает быстрое обводнение скважины при последующей эксплуатации карбонатного пласта;
- во-вторых, после образования трещин в пласте закачкой жидкости разрыва по колонне НКТ в нее спускают ГТ и на проведение этой операции затрачивается определенное количество времени, в течение которого трещины частично смыкаются, затем производят одновременно водоизоляцию цементом по ГТ подошвенной части пласта и закачку жидкости-песконосителя по кольцевому пространству между колоннами НКТ и ГТ для уплотнения уже начавшей смыкаться трещины, что усложняет технологический процесс осуществления способа и снижает проницаемость образуемых трещин;
- в-третьих, колонна НКТ должна иметь большой диаметр, так как для прокачки жидкости-песконосителя используется кольцевое пространство между колоннами НКТ и ГТ, поэтому перед проведением ГРП необходимо совершать дополнительные спуско-подъемные операции по замене эксплуатационной колонны НКТ;
- в-четвертых, необходимо привлекать дорогостоящее оборудование (пескосмеситель) и насосные агрегаты высокого давления для продавки жидкости-песконосителя с проппантом в пласт.
3
Наиболее близким по технической сущности является способ гидроразрыва малопроницаемого пласта (патент RU №2402679, МПК E21B 43/26, опубл. 27.10.2010 г., бюл. №30), включающий спуск в скважину колонны труб в интервал перфорации пласта, закачку гелированной жидкости по колонне труб в интервал продуктивного пласта с образованием трещины разрыва, при этом в процессе закачки обеспечивают турбулентный режим течения жидкости в трещине посредством закачивания гелированной жидкости с вязкостью менее 0,01 Па⋅с со скоростью закачки не менее 8 м/мин, производят крепление трещины разрыва закачкой жидкости-носителя с проппантом, покрытым резиновой оболочкой, причем радиус проппанта, покрытого резиновой оболочкой, определяют расчетным путем, после проведения ГРП стравливают давление и извлекают колонну труб из скважины.
Недостатками данного способа являются:
3
- во-первых, низкая успешность процесса ГРП, связанная с высокой вероятностью получения резкого повышения давления в процессе продавки проппанта, т.е. преждевременной остановки процесса ГРП, и, как результат, недопродавка проппанта в трещину, что связано, с одной стороны, с высокой скоростью закачки (не менее 8 м/мин), а с другой стороны, спуском нижнего конца колонны труб в интервал перфорации пласта, что опасно прихватом колонны труб в процессе ГРП;
- во-вторых, низкая надежность проведения ГРП, связанная с закачкой проппанта расчетного радиуса, при этом ошибка в расчете может привести к невозможности продавки проппанта в трещину и ее закрепления;
- в-третьих, низкое качество изоляции трещины при наличии попутной или подошвенной воды проппантом, покрытым резиновой оболочкой, не имеющей возможности набухания, что опасно постепенным обводнением скважины через трещину разрыва;
- в-четвертых, высокая вероятность повреждения стенок скважины под воздействием высокого давления в процессе проведения ГРП ввиду отсутствия герметизации заколонного пространства скважины;
- в-пятых, неустойчивое крепление проппантом трещины разрыва в призабойной зоне пласта вследствие выноса проппанта при стравливании давления после проведения ГРП и при последующей эксплуатации скважины.
Техническими задачами изобретения являются повышение успешности и надежности реализации способа, качества изоляции трещины от попутной и/или подошвенной воды и исключение повреждения стенок скважины в процессе проведения ГРП, а также повышение устойчивости крепления трещины разрыва в призабойной зоне пласта.
Поставленные задачи решаются способом гидравлического разрыва пласта - ГРП, включающим спуск колонны труб с пакером в скважину, посадку пакера, закачку гелированной жидкости по колонне труб в интервал продуктивного пласта с образованием трещины разрыва, крепление трещины разрыва закачкой жидкости-носителя с проппантом, покрытым резиновой оболочкой, проведение ГРП, стравливание давления и извлечение колонны труб из скважины.
Новым является то, что спуск колонны труб с пакером в скважину производят так, чтобы нижний конец колонны труб находился выше кровли пласта на 1,5 м, определяют общий объем гелированной жидкости по следующей формуле:
г
п
V=k⋅H,
г
3
где V - общий объем гелированной жидкости, м;
3
k=11-12 - коэффициент перевода, м/м, примем k=11;
п
H - высота интервала перфорации пласта, м,
производят закачку гелированной жидкости по колонне труб в интервал продуктивного пласта с образованием трещины разрыва, оставшийся объем гелированной жидкости используют в качестве жидкости-носителя в процессе крепления трещины, при этом крепление трещины выполняют в два этапа, причем на первом этапе осуществляют закачку жидкости-носителя с проппантом фракции 12/18, покрытым резино-полимерной композицией, в количестве 30% от общего количества проппанта, а на втором этапе - закачку жидкости-носителя с проппантом фракции 20/40 в количестве 70% от общего количества проппанта с наполнителем стекловолокном в количестве 1,5% от веса проппанта, закачанного на втором этапе, производят разгерметизацию пакера и извлекают колонну труб с пакером из скважины.
На фиг. 1 схематично изображен процесс проведения ГРП в скважине.
На фиг. 2 схематично изображена трещина в процессе крепления.
В скважину 1 (см. фиг. 1) спускают колонну труб 2 с пакером 3, при этом нижний конец 4 колонны труб 2 находится выше кровли 5 пласта 6 на расстоянии a=1,5 м.
Производят посадку пакера 3 в скважине 1, при этом пакер 3 находится, например, на расстоянии 1=5 м выше кровли 5 пласта 6.
Расстояние a=1,5 м позволяет исключить прихват колонны труб 2 в случае резкого скачка давления в процессе продавки проппанта, т.е. преждевременной остановки процесса ГРП.
Посадка пакера 3 в скважине 1 обеспечивает герметизацию заколонного пространства 7, что предохраняет стенки скважины 1 от воздействия высокого давления в процессе проведения ГРП и исключает вероятность их повреждения, при этом применяют любой известный пакер, обеспечивающий герметизацию при давлении ГРП, например, с максимальным давлением 35,0 МПа.
На устье скважины 1 на верхний конец колонны труб 2 наворачивают задвижку 8, которую посредством нагнетательной линии 9 обвязывают с насосными агрегатами (на фиг. 1 и 2 не показаны) для закачки гелированной жидкости.
Определяют общий объем гелированной жидкости по следующей формуле:
г
п
V=k⋅H,
г
3
где V - общий объем гидроразрывной жидкости, м;
3
k=11-12 - коэффициент перевода, м/м;
п
H - высота интервала перфорации пласта, м.
В данной формуле коэффициент перевода получен опытным путем и зависит от физико-химических свойств пласта 2, в котором производят ГРП.
г
п
Например, высота интервала перфорации продуктивного пласта 6 равна 4 м. Подставляя в формулу V=k⋅H, получаем общий объем гелированной жидкости:
г
3
3
V=11-12 (м/м)⋅4 (м)=44,0-48,0 м.
г
3
Примем V=45 м.
3
В качестве гелированной жидкости применяют любой известный состав линейного геля. С помощью насосных агрегатов по нагнетательной линии 9 (см. фиг. 1) через открытую задвижку 8 закачивают в скважину 1 по колонне труб 2 через перфорационные отверстия 10 в интервале пласта 6 гелированную жидкость - линейный гель с динамической вязкостью, например, 30 сП с расходом 7,0 м/мин до достижения разрыва пород пласта 6.
3
Так, в процессе закачки линейного геля достигли давления 30 МПа, а вследствие образования трещины разрыва 11 произошло падение давления закачки линейного геля на 25%, т.е. до 22,5 МПа, при этом приемистость пласта 6 увеличилась на 30%, например, от 7,0 до 9,1 м/мин.
3
Использование линейного геля (30 сП) создает меньшее сопротивление вследствие сравнительно низкой вязкости и позволяет создать высокопроводящую трещину разрыва 11. В процессе образования трещины разрыва 11 по колонне труб 2 в пласт 6 была закачана гелированная жидкость разрыва - линейный гель в объеме, например, 25 м.
г0
3
3
3
Оставшийся объем гелированной жидкости: V=45 м-25 м=20 м используют в качестве жидкости-носителя в процессе крепления трещины разрыва 11.
Далее производят крепление трещины в два этапа.
На первом этапе производят закачку проппанта 12 (крупной фракции 12/18), покрытого резино-полимерной композицией 12' (см. фиг. 2). Таким образом крепят отдаленную от призабойной зоны пласта 6 часть трещины разрыва 11.
На втором этапе производят закачку проппанта 13 (мелкой фракции 20/40), покрытого резино-полимерной композицией 13' с наполнителем 14 (стекловолокном) в количестве 1,5% от веса проппанта, закачиваемого на втором этапе. Таким образом крепят трещину в призабойной зоне скважины 1.
Примем общую массу проппанта для крепления трещины 11 равной 10 т и разделим его в соотношении 70%:30%.
Таким образом, на первом этапе трещину разрыва 11 крепят проппантом 12 фракцией 12/18, покрытым резино-полимерной композицией 12', по массе:
г01
M=10 т⋅70%/100%=7,0 т.
На втором этапе трещину разрыва 11 крепят проппантом 13 фракцией 20/40, покрытым резино-полимерной композицией 13', по массе:
г02
M=10 т⋅30%/100%=3,0 т,
с добавлением наполнителя (стекловолокна) в количестве 1,5% от веса проппанта на втором этапе закачки, т.е. 3 т⋅1,5%/100%=0,045 т=45 кг.
г0
3
При этом оставшийся объем жидкости-носителя: V=20 м делят в таком же соотношении (70%:30%), как и проппант.
На первом этапе закачивают жидкость-носитель в объеме:
г01
3
3
V=20 м⋅70%/100%=14,0 м.
На втором этапе закачивают жидкость-носитель в объеме:
г02
3
3
V=20 м⋅30%/100%=6,0 м.
г01
3
Таким образом, на первом этапе по колонне труб 2 в трещину разрыва 11 в жидкости-носителе объемом V=14,0 м закачивают проппант 12 фракцией 12/18, покрытый резино-полимерной композицией 12', в количестве 7 т.
г02
3
На втором этапе в гелированной жидкости объемом V=6,0 м закачивают проппант 13 фракцией 20/40, покрытый резино-полимерной композицией 13', в количестве 3 т с наполнителем стекловолокном в объеме 45 кг, причем перед закачкой в трещину разрыва 11 стекловолокно смешивают с проппантом фракцией 12/18, покрытым резино-полимерной композицией, в емкости (на фиг. 1 и 2 не показана) на устье скважины 1.
Покрытие проппанта - это модифицированное покрытие ВНР-400 (отношение массовых частей В50Э к каучуку - 400/100) резино-полимерной композицией на основе бутадиен-нитрильного каучука марки БНКС-28АМН и водонабухающего полиакриламида марки В-50Э.
В случае прорыва в трещину разрыва 11 (см. фиг. 2) подошвенной или попутной воды резино-полимерная композиция 12' и 13' соответственно проппанта 12 (фракции 12/18) и 13 (фракции 20/40) набухает в воде (до 300% от первоначальной величины), благодаря чему герметично перекрывается канал поступления воды, при этом в отсутствии воды резино-полимерные композиции 12' и 13' соответственно проппанта 12 (фракции 12/18) и 13 (фракции 20/40) не набухают, что обеспечивает проводимость трещины разрыва 11. Это позволяет повысить качество изоляции трещины разрыва 11 при наличии попутной и/или подошвенной воды, так как резино-полимерная композиция 12' и 13' проппанта 12 (фракции 12/18) и 13 (фракции 20/40) набухает только при воздействии на нее воды, при этом не реагирует на нефть, что исключает обводнение скважины.
При реализации способа применяют короткие стекловолокна малого диаметра, например с диаметром 10-20 мкм=0,01-0,02 мм и длиной 10 мм, что обеспечивает максимальную устойчивость крепления трещины проппантом.
Повышается устойчивость крепления трещины разрыва в призабойной зоне пласта вследствие того, что стекловолокна 14, закачиваемые в составе гелированной жидкости на втором этапе крепления трещины 11, образуют сеточную структуру, которая стабилизирует проппант 13 фракции 20/40, покрытый резино-полимерной композицией 13', в призабойной зоне пласта, что исключает выход мелкого проппанта фракции 20/40, покрытого резино-полимерной композицией 13', обратно в скважину при стравливании давления после проведения ГРП и в процессе последующей эксплуатации скважины.
Предлагаемый способ ГРП позволяет:
- повысить успешность реализации способа;
- повысить надежность реализации способа;
- повысить качество изоляции трещины от попутной и/или подошвенной воды;
- исключить повреждение стенок скважины в процессе проведения ГРП;
- повысить устойчивость крепления трещины разрыва в призабойной зоне пласта.