СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ И ОСВОЕНИЯ ФЛЮИДОНАСЫЩЕННОГО ПЛАСТА-КОЛЛЕКТОРА ТРЕЩИННОГО ТИПА (ВАРИАНТЫ)
METHOD OF TESTING AND CONVERSION OF FLUID-SATURATED FRACTURE RESERVOIR BED (VARIANTS)

Изобретение относится к технологии строительства глубоких скважин, в частности к скважинным способам испытания и освоения (добычи) продуктивных флюидонасыщенных пластов-коллекторов трещинного типа с пластовым давлением флюидной системы от аномально-низкого (АНПД) до аномально-высокого (АВПД).
Основной проблемой, возникающей при испытании и в последующем при освоении (добыче) флюидонасыщенных (фонтанирующих нефтью и газом, промышленными или минеральными водами, рапогазопроявляющих с барическими условиями от АНПД до АВПД) пластов-коллекторов со сложным трещинным типом проницаемости является деформация, смыкание проницаемых трещин в призабойной зоне пласта при изменении текущего забойного давления от пластового в область депрессии. Это обуславливает постепенное или резкое снижение дебита пластовой жидкости из скважины. Снижение дебита скважины по нефти или другому флюиду обусловлено рядом причин, где базовой является геомеханическая характеристика пласта-коллектора, реология при депрессии на пласт-коллектор, а следствием - изменение температурного (термобарического) режима, которым обусловлены фазовые переходы в пластовой многофазной системе (природные минеральные воды или промышленные концентрированные рассолы, углеводородная газоконденсатная или нефтегазовая пластовая система). Дебит фонтанирования флюида при деформации трещинной системы ПЗП (сжимание, «схлапывание» открытых проницаемых трещин) в цикле испытания и освоения флюидонасыщенных пластов-коллекторов с трещинным типом может снижаться до нуля. Таким образом, сегодня для конкретных объектов с трещинным типом пласта-коллектора экспериментально доказано изменение (снижение) проницаемости и связанное с этим падение дебитов фонтанирования флюидов при испытании и освоении скважины, причем необратимое [Боревский Л.В. Анализ влияния физических деформаций коллекторов на оценку эксплуатационных запасов подземных вод в глубоких водоносных горизонтах// Методы изучения и оценка ресурсов глубоких подземных вод // Под ред. Бондаренко С.С., Вартаняна Г.С. - М.: Недра, 1986. - 479 с.; Кашников Ю.А., Гладышев С.В., Разяпов Р.К., и др. Гидродинамическое моделирование первоочередного участка разработки Юрубчено-Тохомского месторождения с учетом гидродинамического эффекта смыкания трещин // Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений. 2011. №4. с. 104-107].
Действительно, согласно исследованиям Г.Т. Овнатанова (Овнатанов Г.Т. Вскрытие и обработка пласта. - М.: Недра. 1979. 312 с.); Б.А. Фукса с соавт. (Промысловая характеристика продуктивных пластов юга Сибирской платформы // Б.А. Фукс, В.А. Ващенко, А.Г. Москалец и др. - М.: Недра, 1982. 184 с.); Ю.А. Кашникова с соавт., (Кашников Ю.А., Гладышев С.В., Разяпов Р.К., и др. Гидродинамическое моделирование первоочередного участка разработки Юрубчено-Тохомского месторождения с учетом гидродинамического эффекта смыкания трещин // Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений. 2011. №4. с. 104-107), процесс изменения (снижения) проницаемости призабойной зоны пласта в трещинных коллекторах при создании депрессии на продуктивный флюидонасыщенный пласт проходит необратимо. Этот вывод применительно к трещинным продуктивным объектам Лено-Тунгусской НГП имеет принципиальное значение и крайне важен, поскольку деформация, сжатие проницаемых трещин имеет системный характер, вызывая искажение, занижение гидродинамических параметров и в итоге коэффициента продуктивности по флюиду в поисковых, разведочных и эксплуатационных скважинах.
Деформация трещин в призабойной зоне скважины приводит к изменению перепада сечения фильтрационного потока от трещиноватого блока флюидонасыщенного коллектора в естественном, раскрытом состоянии к зоне сжатия, деформации фильтрующих трещин и снова к расширению потока в стволе скважины. Это провоцирует адиабатический процесс, резкое охлаждение флюида при расширении фильтрующего сечения, и, как следствие, - условия, благоприятные для кристаллизации солей при охлаждении потока концентрированных рассолов, формирования АСПО, либо для гидратообразования, если пласт-коллектор имеет углеводородное (нефть и газ) насыщение. Таким образом, теоретически и экспериментально доказано, что деформация, смыкание проницаемых трещин в призабойной зоне флюидонасыщенного пласта при изменении текущего забойного давления в область депрессии относительно значения пластового давления - явление нежелательное и требует разработки самостоятельного технического решения, которое обеспечит постоянство проницаемости трещинного коллектора на этапах очистки пласта, испытания скважины на режимах и в последующем при освоении (добычи) жидкого или газообразного полезного ископаемого.
Известны технические решения в исследуемой области, в которых разработаны те или иные подходы, предупреждающие формирование солевых или гидратных, парафиновых пробок в стволе скважины, в лифтовых трубах. Способы эти основаны: на принципе термостатирования колонны лифтовых труб в интервале вероятных фазовых переходов (см. Вахромеев А.Г. Способ добычи полезного ископаемого, склонного к температурному фазовому переходу. Патент №2229587 // Бюллетень. 27.05.2004. №15; а также патент РФ №244911, опубл. 27.04.2012; патент РФ №2229587, опубл. 27.05.2004, патент РФ №0002591325 от 27.07.2016, Патент РФ 2361067, 2009); на применении ингибитора солеобразования (см. патент РФ №2531298, опубл. 20.10.2014) либо на периодической прокачке реагентов, растворяющих солевые пробки, гидраты и АСПО (Иванова И.К., Шиц Е.Ю. Известно использование газового конденсата для борьбы с органическими отложениями в условиях аномально низких пластовых температур // Нефт. хоз-во. 2009. №12. С. 99-101; Эффективность применения растворителей асфальтосмолопарафиновых отложений в добыче нефти / Головко С.Н., Шамрай Ю.В., Гусев В.И., Люшин С.Ф. и др. М., 1984. - 85 с. (Обзор. информ. / ВНИИОЭНГ. Сер. «Нефтепромысловое дело»); Калинкина Н.В., и др. Организация эффективной защиты скважин от солеотложений химическими методами на примере Верхнечонского нефтегазоконденсатного месторождения// Научно-Технический вестник «РОСНЕФТЬ», №1 (42), 2016, с. 52-57, см. патент РФ №2183255, опубл. 10.06.2002 Бюл. №16 и др.).
Сложившаяся методология испытания напорных нефтяных, газовых, газоконденсатных, водонапорных (парогидротермы, минеральные и промышленные воды) флюидных систем, вскрываемых глубокими скважинами, традиционно предполагает очистку пласта и опытно-фильтрационные гидродинамические исследования «методом установившихся отборов» путем «выпусков» на разных режимах (дебитах фонтанирования) с фиксацией забойных и устьевых значений давления и температуры, а также запись кривой восстановления пластового давления (Горная энциклопедия. / Гл. ред. Е.А. Козловский. - М.: Сов. Энциклопедия. Т. 2. Геосферы - Кенай, 1985, 575 с.; Соколов В.Л., и др. Поиски и разведка нефтяных и газовых месторождений. М., «Недра», 1974, 296 с.; Инструкция по комплексному исследованию газовых и газоконденсатных пластов и скважин. Под ред. Г.А. Зотова, З.С. Алиева, М., «Недра», 1980, 301 с). Способ испытания флюидонасыщенного пласта на основе сложившейся методологии «методом установившихся отборов» примем за прототип.
Этот сложившийся подход (способ) имеет существенный недостаток, поскольку не учитывает возможное смыкание, деформацию проницаемых трещин в призабойной зоне флюидонасыщенного пласта-коллектора при очистке и при создании расчетной депрессии. При этом смыкание трещин в призабойной зоне пласта может носить необратимый характер, влечет падение дебита флюида, а также их «залечивание» раскристаллизовавшейся солью, содержащейся в рапе (минерализация более 600 г/л). Сходный процесс формирования гидратных пробок, т.е. зарастания сечения лифтовых труб в скважине гидратами и (или) АСПО наблюдается при нефтегазовом насыщении пласта-коллектора. Важно, что соляные пробки могут формироваться не только в трубах, но и в призабойной зоне флюидонасыщенного пласта-коллектора. Аналогичный по механизму адиабатический процесс резкого охлаждения потока нефтяного или газового приводит к формированию асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО) и гидратов в призабойной зоне пласта-коллектора.
Для трещинной фильтрационной системы, которая является превалирующим типом емкостного и транзитного пространства природного карбонатного пласта-коллектора, необходимо разработать способ испытания и освоения скважины, который сохранит проницаемость трещинной системы в области призабойной зоны при воздействии сжимающих напряжений (массива горных пород), возрастающих при формировании воронки депрессии, в первую очередь в призабойной зоне пласта-коллектора при росте депрессии (ΔP) выше критических значений, которая не позволит естественным проницаемым трещинам сомкнуться. Такой областью является призабойная зона в радиусе первых метров вокруг скважины, вскрывшей трещинный пласт-коллектор.
Задачей заявленного способа является разработка опережающего закрепления естественных фильтрующих трещин в проницаемой части пласта-коллектора природного резервуара в призабойной зоне, которое выполняют до создания депрессии на продуктивный пласт при очистке призабойной зоны от фильтрата бурового раствора, что позволяет исключить в дальнейшем необратимое смыкание фильтрующих трещин на этапе очистки пласта и испытания (разведочная скважина), или очистки и освоения (эксплуатационная скважина), т.е. скважинной добычи жидкого или газообразного полезного ископаемого при создании первой и последующих депрессий на флюидную систему и продуктивный пласт - коллектор.
Техническим результатом являются: высокая технологическая надежность стабилизации проницаемости призабойной зоны в процессе создания депрессии - в циклах очистки, испытания, освоения продуктивного флюидонасыщенного трещинного пласта-коллектора, т.е. надежность первичных данных, получаемых по результатам испытания и освоения скважины. Ведь при геологоразведочном бурении в первую очередь требуется геологическая достоверность первичных данных опытно-фильтрационных работ и сохранение истинной продуктивности по флюиду (по нефти, по газу, по рассолу) трещинного пласта-коллектора на разных режимах испытания и освоения, т.е. при разной депрессии. При освоении, т.е. добыче жидкого и газообразного полезного ископаемого, важно гарантировать постоянство дебита скважины, т.е. ее продуктивность.
В работе [Blanton T.L. Propagation of hydraulically and dynamically induced fractures in naturally fractured reservoirs // SPE 15261, presented at the SPE/DOE unconventional gas technology symposium, Louisville, 18-21 May 1986.] проведены эксперименты, показывающие, что гидравлическая трещина при искусственном гидроразрыве пласта (ГРП) является устойчивой и пересекает существующие трещины только в условиях большого отношения между действующими напряжениями и большого угла между направлениями трещин. При средних и низких отношениях напряжений и малых углах между направлениями трещин гидравлическая трещина раскрывает существующие трещины и разворачивает поток флюида в направлении естественной трещиноватости. Согласно результатам численных расчетов [de Pater C.J., Beugelsdijk L.J.L. Experiments and numerical simulation of hydraulic fracturing in naturally fractured rock / In: Proceedings of the US Rock Mechanics Symposium, Anchorage, Alaska, 25-29 June 2005; Dong C.Y., de Pater C.J. Numerical implementation of displacement discontinuity method and its application in hydraulic fracturing // Comput Methods Appl Mech Eng 2001, 191: 745-60], основанным на экспериментальных данных, низкая скорость потока жидкости приводит к тому, что гидравлическая трещина раскрывает существующие трещины, в то время как высокая скорость потока и вязкость рабочего флюида приводят к тому, что трещина «не замечает» естественные трещины, встречающиеся на пути ее развития.
Геологическая достоверность первичных данных опытно-фильтрационных работ и более высокая технологическая надежность сохранения природной проницаемости естественных фильтрующих трещин в призабойной зоне флюидонасыщенного трещинного пласта-коллектора в условиях переменной депрессии на продуктивный пласт по предлагаемому способу достигаются тем, что заявляемый
- по варианту 1 в способе освоения флюидонасыщенного пласта-коллектора трещинного типа, включающем очистку и далее гидродинамические исследования флюидонасыщенного пласта-колллектора в открытом стволе скважины «методом установившихся отборов» по стандартной штуцерной программе с созданием депрессий от величины пластового давления на флюидную систему на заданных режимах, выбор режима последующей эксплуатации (депрессии) и освоение скважины с добычей жидкого и газообразного полезного ископаемого, согласно изобретению перед очисткой природного карбонатного трещинного флюидонасыщенного пласта-коллектора с естественными трещинами спускают компоновку с гидромеханическим пакером, выполняют тест на приемистость трещинной фильтрационной системы, при этом определяют давление начала открытия естественных трещин и выполняют процедуру закрепления фильтрующих (проницаемых) трещин призабойной зоны трещинного флюидонасыщенного пласта-коллектора с медленной закачкой с расходом 5-10 л/сек стойкого проппанта трех фракций (мелкая 0,21-0,42 мм, средняя 0,42-0,85 мм, крупная 0,85-1,7 мм), подобранного по результатам исследования керна под разницей давлений с превышением на 1,5-2,5 МПа от пластового давления, после чего снижают забойное давление до величины пластового и переходят к созданию депрессии на пласт и очистке скважины;
- по варианту 2 в способе освоения флюидонасыщенного пласта-коллектора трещинного типа, включающем очистку и далее гидродинамические исследования флюидонасыщенного пласта-колллектора в скважине в обсадной колонне после ее перфорации «методом установившихся отборов» по стандартной штуцерной программе с созданием депрессий от величины пластового давления на флюидную систему на заданных режимах, выбор режима последующей эксплуатации (депрессии) и освоение скважины с добычей жидкого и газообразного полезного ископаемого, согласно изобретению перед очисткой природного карбонатного трещинного флюидонасыщенного пласта-коллектора с естественными трещинами спускают насосно-компрессорные трубы в скважину, выполняют тест на приемистость трещинной фильтрационной системы, при этом определяют давление начала открытия естественных трещин и выполняют процедуру закрепления фильтрующих (проницаемых) трещин призабойной зоны трещинного флюидонасыщенного пласта-коллектора с медленной закачкой с расходом 5-10 л/сек стойкого проппанта трех фракций (мелкая 0,21-0,42 мм, средняя 0,42-0,85 мм, крупная 0,85-1,7 мм), подобранного по результатам исследования керна под разницей давлений с превышением на 1,5-2,5 МПа от пластового давления, после чего снижают забойное давление до величины пластового и переходят к созданию депрессии на пласт и очистке скважины.
Заявляемый способ позволяет исключить необратимое смыкание трещин в призабойной зоне при создании депрессии во время очистки и гидродинамических исследований на этапах испытания и освоения скважины при снижении забойного давления ниже значений пластового. После очистки призабойной зоны в разведочной скважине испытание флюидонасыщенного пласта-колллектора ведут «методом установившихся отборов» по стандартной штуцерной программе путем создания депрессий от величины пластового давления на флюидную систему, значимо отличающихся от режима к режиму, после чего обоснованно готовят «Заключение по результатам испытания продуктивного пласта». Далее выбирают режим последующей эксплуатации (депрессию) и реализуют освоение скважины с добычей жидкого или газообразного полезного ископаемого. В эксплуатационной скважине после цикла очистки скважину переводят в режим освоения (эксплуатации).
Сущность изобретения: сохранение естественной (природной) проницаемости трещинной фильтрационной системы пласта-коллектора в призабойной зоне через опережающее (до цикла очистки продуктивного пласта и его испытания/освоения на режимах) закрепление трещин проппантом, то есть удержание от смыкания естественных фильтрующих трещин в призабойной зоне флюидонасыщенного продуктивного (нефтегазоносного, водоносного или рапоносного) трещинного пласта-коллектора в природном открытом (исходном) состоянии, которое сохраняется на протяжении циклов очистки трещинного пласта-коллектора, при испытании на режимах «методом установившихся отборов» и во время всей дальнейшего освоения продуктивного пласта скважины.
ПРИМЕР
(на основе геологических данных по одному из продуктивных флюидонасыщенных пластов-коллекторов, Лено-Тунгусской нефтегазоносной провинции)
Рассмотрим горно-геологические условия для освоения флюидонасыщенного пласта по варианту 1. Пластовое давление флюида 23,0 МПа. Вертикальная глубина залегания кровли пласта-коллектора 1620 м. Производят бурение по флюидонасыщенному пласту, далее в процессе его испытания/освоения в открытом стволе сразу производят тест на приемистость пласта с применением гидромеханического пакера, определяют давление открытия естественных трещин, проводят закачку проппанта трех фракций (мелкая 0,21-0,42 мм, средняя 0,42-0,85 мм, крупная 0,85-1,7 мм), подобранного по результатам исследования керна, с расходом 5-10 л/сек. Забойное давление в процессе закачки кольматанта составляет 24,5-25,5 МПа. Далее переходят к очистке пласта и испытанию «методом установившихся отборов»
Рассмотрим горно-геологические условия для освоения флюидонасыщенного пласта по варианту 2. Пластовое давление флюида 23,0 МПа. Вертикальная глубина залегания кровли пласта-коллектора 1620 м. Производят бурение по флюидонасыщенному пласту, обсаживают пласт обсадной колонной, далее в процессе его испытания сразу после вторичного вскрытия перфорацией в скважину спускают насосно-компрессорные трубы, производят тест на приемистость пласта, производят закачку проппанта трех фракций (мелкая 0,21-0,42 мм, средняя 0,42-0,85 мм, крупная 0,85-1,7 мм), подобранного по результатам исследования керна, с расходом 5-10 л/сек. Забойное давление в процессе закачки кольматанта составляет 24,5-25,5 МПа. Далее переходят к очистке пласта и испытанию «методом установившихся отборов»