СПОСОБ ОБРАЗОВАНИЯ ВЕРТИКАЛЬНО НАПРАВЛЕННОЙ ТРЕЩИНЫ ПРИ ГИДРОРАЗРЫВЕ ПРОДУКТИВНОГО ПЛАСТА
FORMATION METHOD OF VERTICALLY DIRECTED FRACTURE AT HYDRAULIC FRACTURING OF PRODUCTIVE FORMATION

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при разработке нефтяных, газовых, газоконденсатных и метаноугольных месторождений.
Известен способ проведения локального направленного гидравлического разрыва продуктивного пласта [1]. Согласно данному способу из необсаженного ствола скважины с помощью сейсмического зондирования методом рассеянных волн в продуктивном пласте определяют напряженные зоны. Бурение двух параллельных, расположенных один под другим боковых горизонтальных стволов (БГС), в продуктивном пласте осуществляют вдоль оси главных напряжений сжатия горного массива. При этом расстояние между БГС выбирают из условия обеспечения их устойчивости, а также возможности проведения вертикального гидроразрыва продуктивного пласта по всей протяженности БГС с ориентацией распространения искусственно создаваемых трещин навстречу друг другу.
К основным недостаткам известного способа можно отнести значительные затраты времени на выполнение сейсмического зондирования из необсаженного ствола скважины и последующей обработки полученных результатов.
Известен способ локально направленного гидроразрыва продуктивного пласта [2]. Указанный способ предусматривает бурение из обсаженного ствола вертикальной скважины в направление предполагаемого сосредоточения запасов углеводородов двух параллельных друг другу БГС небольшого диаметра. Затем в скважину спускают лифтовую колонну, нижний конец которой оборудован пакером, который устанавливают в стволе скважины над продуктивным пластом, т.е. выше расположения БГС. Далее осуществляют гидроразрыв продуктивного пласта путем закачки через лифтовую колонну технологической жидкости под давлением одновременно в оба БГС, после чего созданную в пласте трещину закрепляют с помощью проппанта.
Основным недостатком известного способа является высокая вероятность нерегулируемого распространения трещины в вертикальном направлении, что ограничивает возможность применения этого метода в продуктивных пластах с подошвенной водой, а также при наличии близко расположенных к продуктивному пласту водонасыщенных горизонтов с перемычками малой мощности.
Наиболее близким к заявленному способу по технической сущности (т.е. прототипом) можно считать способ образования направленной вертикальной или горизонтальной трещины при гидроразрыве пласта [3]. Согласно упомянутому способу, из основного ствола вертикальной скважины в заданном направлении бурят два параллельных друг другу БГС, которые размещаются в продуктивном пласте в одной вертикальной плоскости. В основной ствол скважины спускают перфораторы и с их помощью осуществляют направленную перфорацию БГС, в результате которой перфорационные каналы оказываются расположенными в плоскости, проходящей через оба БГС, и ориентированными навстречу друг другу. После этого в оба БГС под давлением закачивают жидкость разрыва, а затем жидкость-носитель с проппантом. В результате этого в продуктивном пласте между двумя БГС образуется искусственно созданная трещина, закрепленная проппантом.
К недостаткам известного способа следует отнести высокую вероятность нерегулируемого распространения создаваемой трещины в вертикальном направлении, обусловленную необходимостью одновременного нагнетания в оба БГС под давлением жидкости разрыва, а затем жидкости-носителя с проппантом. Кроме того, в процессе последующей эксплуатации скважины в оба БГС, а затем и в основной ствол скважины начнет поступать значительное количество твердых механических примесей (в т.ч. частиц породы, проппанта и др.), которые будут выноситься из продуктивного пласта с потоком пластового флюида.
Задача настоящего изобретения заключается в повышении эффективности процесса выполнения гидроразрыва продуктивного пласта с целью образования вертикальной высокопроницаемой трещины, не выходящей за его границы, а также в создании условий, позволяющих сократить интенсивность выноса твердых механических примесей из продуктивного пласта в ствол скважины.
Технический результат достигается за счет того, что в предлагаемом способе образования вертикально направленной трещины при гидроразрыве продуктивного пласта, включающем бурение из основного ствола вертикальной скважины верхнего и нижнего БГС, размещенных в продуктивном пласте параллельно друг другу в одной вертикальной плоскости, установку перфораторов в обоих БГС, проведение их перфорирования в указанной плоскости и в направлении навстречу друг к другу, закачку под давлением в верхний и нижний БГС жидкости разрыва и несущей жидкости с проппантом, при этом после несущей жидкости с проппантом осуществляют закачку под давлением продавочной жидкости, причем после перфорирования в верхнем БГС устанавливают скважинный фильтр, а в нижнем - перфорированный хвостовик, при этом после их размещения осуществляют спуск в основной ствол скважины лифтовой колонны с пакером и установку последнего между верхним и нижним БГС, причем перед проведением гидроразрыва продуктивного пласта затрубное пространство скважины оборудуют на устье регулируемым дросселем и герметизируют, а момент образования трещины между верхним и нижним БГС определяют по скачкообразному увеличению давления в затрубном пространстве скважины, после чего указанное давление снижают при помощи регулируемого дросселя и дальнейшую закачку несущей жидкости с проппантом и продавочной жидкости осуществляют при созданном на устье противодавлении, причем после закачки продавочной жидкости последовательно проводят разрядку скважины, срыв пакера и промывку основного ствола скважины, при этом размер ячеек скважинного фильтра должен быть меньше среднего диаметра частиц проппанта, используемого при гидроразрыве продуктивного пласта.
Технический результат также достигается за счет того, что:
- перфорирование выполняют с помощью гидроструйного перфоратора, который образует в каждом из БГС продольную врубочную щель;
- на наружной поверхности скважинного фильтра и перфорированного хвостовика устанавливают центрирующие элементы;
- на концах скважинного фильтра и перфорированного хвостовика, обращенных в сторону основного ствола скважины, устанавливают заколонные пакеры;
- после установки пакера в основном стволе уменьшают плотность жидкости в затрубном пространстве скважины, причем снижение плотности жидкости в затрубном пространстве скважины осуществляют путем организации обратной циркуляции при помощи перепускного клапана, устанавливаемого в составе лифтовой колонны над пакером.
На чертеже (фиг.1) представлена технологическая схема реализации способа образования вертикально направленной трещины при гидроразрыве продуктивного пласта.
Предложенный способ реализуется следующим образом.
Из обсаженного и зацементированного основного ствола 1 вертикальной скважины осуществляют строительство в продуктивном пласте 2 двух параллельных и расположенных в одной вертикальной плоскости БГС (верхнего 3 и нижнего 4). Перед началом бурения определяют азимутальное направление проводки БГС, а также оптимальные значения их протяженности и расстояния (по вертикали) между ними.
В пробуренные БГС спускают перфораторы (к примеру, кумулятивного типа) и с их помощью создают перфорационные каналы 5, которые располагаются в вышеупомянутой вертикальной плоскости и направлены навстречу друг другу. В случае использования гидропескоструйного перфоратора, в каждом БГС вместо указанных перфорационных каналов 5 может быть образована достаточно глубокая, продольно расположенная врубочная щель (на чертеже не показана).
После перфорирования в верхнем БГС 3 размещают скважинный фильтр 6, который, как правило, состоит из нескольких соединенных между собой секций. Каждая секция представляет собой патрубок со сквозными радиальными каналами (или осевыми пазами), снаружи которого размещен одно- или многослойный фильтроэлемент. Указанный фильтроэлемент не должен пропускать частицы проппанта, используемого при гидроразрыве продуктивного пласта 2, т.е. размер ячеек фильтроэлемента должен быть меньше среднего диаметра частиц проппанта.
В нижнем БГС 4, пробуренном в продуктивном пласте 2, размещают перфорированный хвостовик 7. В случае, когда вероятность обрушения стенок нижнего БГС 4 отсутствует, последний может быть оставлен необсаженным.
При выборе оптимального диаметра сквозных отверстий в перфорированном хвостовике 7 следует учитывать, что он должен составлять не менее шести средних диаметров частиц проппанта, используемого в процессе гидроразрыва продуктивного пласта 2. Практический опыт подтверждает, что в данном случае концентрацию проппанта в несущей жидкости можно увеличивать, не опасаясь закупорки сквозных отверстий в перфорированном хвостовике 7.
На наружной поверхности скважинного фильтра 6 и перфорированного хвостовика 7, которые размещаются соответственно в верхнем 3 и нижнем 4 БГС, устанавливают центрирующие элементы 8. Кроме того, на концах скважинного фильтра 6 и перфорированного хвостовика 7, обращенных в сторону основного ствола 1 скважины, целесообразно разместить заколонные пакеры 9.
Если участок основного ствола 1 скважины, находящийся ниже подошвы продуктивного пласта 2, имеет значительную протяженность, то его перед проведением гидроразрыва, как правило, отсекают с помощью установки цементного моста 10 (или мостовой пробки и др.).
В основной ствол 1 скважины спускают лифтовую колонну 11, нижний конец которой оборудован пакером 12. Пакер 12 размещают в основном стволе 1 скважины между верхним 3 и нижним 4 БГС, за счет чего достигается их надежное разобщение. При этом верхний БГС 3 оказывается гидравлически связан с затрубным пространством 13 скважины, а нижний БГС 4 - с внутренней полостью лифтовой колонны 11.
На боковом отводе устьевого оборудования 14, связанном с затрубным пространством 13 скважины, устанавливают регулируемый дроссель 15, который присоединен к выкидной линии (на чертеже не показана).
В практических условиях при выполнении гидроразрыва продуктивного пласта 2 достаточно часто с целью облегчения условий работы пакера 12 стараются увеличить давление над ним в затрубном пространстве 13 скважины. Это достигается за счет либо утяжеления плотности жидкости в затрубном пространстве 13 скважины, либо за счет создания в последнем избыточного давления. Однако в предлагаемом изобретении (в том случае, когда позволяют условия проведения гидроразрыва продуктивного пласта 2) следует поступить наоборот, т.е. в максимально возможной степени снизить плотность жидкости в затрубном пространстве 13 скважины. Для этого после установки пакера 12 в основном стволе 1 скважины, необходимо путем обратной циркуляции заменить жидкость, заполняющую затрубное пространство 13, на жидкость меньшей плотности. С этой целью в составе лифтовой колонны 11 следует заранее предусмотреть установку перепускного клапана 16, предназначенного для сообщения затрубного пространства 13 скважины с внутренней полостью лифтовой колонны 11.
Перепускной клапан 16 размещают над пакером 12. Открытие перепускного клапана 16 осуществляют путем создания в затрубном пространстве 13 скважины избыточного давления, которое превышает величину давления во внутренней полости лифтовой колонны 11.
Гидроразрыв продуктивного пласта 2 осуществляют с помощью спущенной в основной ствол 1 скважины лифтовой колонны 11, оснащенной пакером 12, при герметизированном затрубном пространстве 13. По лифтовой колонне 11 в нижний БГС 4 под давлением закачивают расчетный объем жидкости разрыва. Момент образования трещины в продуктивном пласте 2 между нижним 4 и верхним 3 БГС фиксируют на устье по резкому (скачкообразному) росту давления в затрубном пространстве 13 скважины. После этого регулируемый дроссель 15 плавно приоткрывают, обеспечивая тем самым возможность выхода жидкости из затрубного пространства 13 скважины в выкидную линию. Требуемую величину противодавления на устье скважины, необходимую для создания в продуктивном пласте 2 искусственной трещины заданной ширины, поддерживают за счет изменения площади проходного сечения регулируемого дросселя 15.
Вслед за жидкостью разрыва в лифтовую колонну 11 нагнетают расчетный объем несущей жидкости с проппантом. Несущая жидкость вначале поступает в нижний БГС 4, затем по трещине - в верхний БГС 3 и далее по затрубному пространству 13 скважины поднимается к устью. После прохождения через регулируемый дроссель 15 несущая жидкость направляется в выкидную линию. На заключительном этапе гидроразрыва организуют закачку в лифтовую колонну 11 расчетной порции продавочной жидкости, которая вытесняет из ее внутренней полости остатки несущей жидкости с проппантом.
Поскольку размер ячеек фильтроэлемента не позволяет частицам проппанта проходить через него, то во внутреннюю полость скважинного фильтра 6 поступает только жидкость, а проппант распределяется снаружи него. Основной объем проппанта, после завершения закачки продавочной жидкости в лифтовую колонну 11, оказывается размещенным: в нижнем БГС 4; в трещине, созданной в продуктивном пласте 2; в кольцевом пространстве между наружной поверхностью скважинного фильтра 6 и внутренней поверхностью верхнего БГС 3.
Достаточно очевидно, что вокруг скважинного фильтра 6, установленного в верхнем БГС 3, после завершения гидроразрыва продуктивного пласта 2 образуется дополнительный, в достаточной степени однородный и уплотненный, пропантовый фильтр, который в дальнейшем будет выполнять те же функции, что и гравийный фильтр, широко используемый при эксплуатации нефтяных, газовых и водяных скважин.
После окончания закачки продавочной жидкости в лифтовую колонну 11 незначительная часть проппанта остается в основном стволе 1 скважины и со временем оседает на цементный мост 10.
Вслед за проведением контролируемой разрядки скважины осуществляют срыв пакера 12, затем лифтовую колонну 11 извлекают на поверхность. Если перед гидроразрывом продуктивного пласта 2 в основном стволе 1 был установлен цементный мост 10 (или мостовая пробка и др.), то его разбуривают, а в завершение тщательно промывают основной ствол 1 скважины.
В результате выполненного комплекса работ верхний 3 и нижний 4 БГС оказываются связанными между собой высокопроницаемой вертикальной трещиной, которая искусственно создана в продуктивном пласте 2 с помощью гидроразрыва.
На заключительном этапе в основной ствол 1 скважины спускают выбранную компоновку подземного оборудования и размещают ее на расчетной глубине. Дальнейшее освоение и эксплуатацию скважины осуществляют в соответствии с планом выполнения работ.
Источники информации
1. Патент РФ №2335628, Е21В 43/26 и Е21В 43/17, опубл. 10.10.2008 г.
2. Ю.А.Иконников и Р.Г.Рамазанов «Новые технологии повышения нефтеотдачи пластов, получившие развитие на месторождениях ОАО «Лукойл».-Журнал «Интервал», №7 (114), 2008, с.50.
3. Патент РФ №2176021, Е21В 43/26 и Е21В 43/17, опубл. 20.11.2001 г.