Способ определения пространственной ориентации трещины гидроразрыва
METHOD FOR DETERMINING THREE-DIMENSIONAL ORIENTATION OF HYDRAULIC FRACTURES

Изобретение относится к проведению гидравлического разрыва пласта и может быть использовано для определения ориентации трещины, полученной в результате гидроразрыва пласта.
Известен способ определения параметров системы трещин гидроразрыва (патент RU №2507396, МПК Е21В 47/14, опубл. 20.02.2014 г., бюл. №5), включающий возбуждение упругих колебаний источником колебаний в скважине, пересекающей трещины гидроразрыва, регистрацию в точках приема по меньшей мере в одной соседней скважине резонансных колебаний, излучаемых системой трещин гидроразрыва при возбуждении в буровой жидкости упругих колебаний, и определение параметров системы трещин по возникающим при этом в трещинах резонансным колебаниям. С целью повышения однозначности определения параметров системы трещин гидроразрыва возбуждение колебаний в скважине и их регистрацию проводят до и после гидроразрыва. При этом для каждой фиксированной пары источник-приемник формируют разностную сейсмическую запись из записей, полученных до и после гидроразрыва. На разностной сейсмозаписи выделяют сигналы, излучаемые системой трещин, и по этим сигналам судят о параметрах трещин. Причем резонансную частоту системы трещин гидроразрыва определяют по максимуму интенсивности возбуждаемых системой трещин колебаний путем изменения частоты в скважине колебаний в пределах от нижней границы диапазона возбуждаемых непрерывных колебаний до верхней границы. Сейсмические колебания, излучаемые системой трещин гидроразрыва, регистрируют в скважинах, расположенных в различных направлениях от скважины, пересекающей трещины гидроразрыва, и по кинематическим и динамическим параметрам зарегистрированных сигналов судят о параметрах системы трещин, причем дополнительно одновременно с регистрацией колебаний в соседней скважине регистрируют колебания в точках приема, расположенных в приповерхностной зоне.
Недостатки способа:
- во-первых, технологическая сложность реализации способа, связанная с тем, что дополнительно одновременно с регистрацией колебаний в соседней скважине регистрируют колебания в точках приема, расположенных в приповерхностной зоне;
- во-вторых, низкая надежность определения пространственной ориентации трещины гидроразрыва, так как направление трещин регистрируют в скважинах, расположенных в различных направлениях от скважины, пересекающей трещины гидроразрыва, и по кинематическим и динамическим параметрам зарегистрированных сигналов судят о параметрах направления трещины, причем если сигнал слабый, то информация будет недостоверной, т.е. направление развития трещины будет определено ошибочно;
- в-третьих, длительность процесса, связанная с регистрацией сигналов о параметрах направления трещины в соседних скважинах.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ определения пространственной ориентации трещины гидроразрыва (а.с. №1629521, МПК Е21В 47/10, опубл. 23.02.1991 г., бюл. №7), 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.
Недостатки способа:
- 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 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.
Техническими задачами изобретения являются упрощение технологии реализации способа, а также повышение надежности и эффективности определения направления пространственной ориентации трещины, сокращение продолжительности процесса реализации способа.
Поставленные задачи решаются способом определения пространственной ориентации трещины гидроразрыва, включающим проведение гидроразрыва пласта - ГРП, с образованием трещины разрыва и определение пространственной ориентации трещины гидроразрыва после проведения ГРП.
64
157,25
Новым является то, что перед проведением ГРП в скважину в интервал пласта, подлежащего гидроразрыву на колонне труб спускают геофизический прибор, вращением колонны труб с геофизическим прибором на угол 360° производят импульсно-нейтронный каротаж путем замера нейтронно-поглощающей способности породы пласта, извлекают колонну труб с геофизическим прибором из скважины, производят ГРП с образованием и креплением трещины разрыва проппантом, причем в процессе крепления трещины проппант закачивают двумя порциями, первой порцией закачивают проппант в 4/5 части от его общей массы, а второй порцией закачивают маркированный проппант, содержащий 0,4% мас. гадолиния (Gd) в 1/5 части от общей массы проппанта, при этом фракции проппанта одинаковы в обеих порциях, по окончании крепления трещины стравливают давление из скважины и промывают забой скважины от излишков маркированного проппанта, извлекают колонну труб с пакером из скважины, в скважину в интервал пласта с трещиной, закрепленной в призабойной зоне маркированным проппантом, на колонне труб спускают геофизический прибор, вращением колонны труб с геофизическим прибором на угол 360° производят импульсно-нейтронный каротаж путем замера нейтронно-поглощающей способности породы пласта и трещины разрыва и определяют пространственную ориентацию трещины гидроразрыва.
На фиг. 1, 3, 4 схематично и последовательно изображены этапы реализации способа.
На фиг. 2 представлен график-развертка по периметру ствола скважины при вращении колонны труб с геофизическим прибором до проведения ГРП.
На фиг. 5 представлен график-развертка по периметру стола скважины при вращении колонны труб с геофизическим прибором после проведения ГРП.
На фиг. 6 в сечении А-А показано направление пространственной ориентации трещины.
Предлагаемый способ реализуют следующим образом.
В скважину 1 (см. фиг. 1) в интервал пласта 2, подлежащего гидроразрыву, на колонне труб 3 спускают геофизический прибор 4.
Вращением (с устья скважины 1) колонны труб 3 с геофизическим прибором 4 на угол 360°, например, против часовой стрелки, производят импульсно-нейтронный каротаж путем замера нейтронно-поглощающей способности породы пласта 2.
Геофизический прибор 4 представляет скважинный снаряд нейтронного гамма-каротажа, включающий в себя источник нейтронов и детектор гамма-излучения.
Таким образом, перед проведением ГРП вращают колонну труб 3 (см. фиг. 1 и 2) с геофизическим прибором 4 и замеряют (определяют) нейтронно-поглощающую способность пласта 2 путем чередования импульсов нейтронов и замеров плотности потока нейтронов, т.е. облучают породу пласта 2 кратковременными потоками быстрых нейтронов. По результатам замера строят график (см. фиг. 2) (развертка по периметру ствола скважины на 360°), который в породе пласта 2 (см. фиг. 1 и 2) показывает значение времени жизни нейтронов (t, мкс) в зависимости от азимута (угол, °).
По графику (см. фиг. 2) видно, что время жизни тепловых нейтронов в результате их взаимодействия с исследуемой породой пласта 2 составляет t=56-62 мкс.
Для проведения ГРП в скважину 1 (см. фиг. 3) спускают колонну труб 3 с пакером 5. Производят посадку пакера 5 в скважине 1, при этом пакер 5 находится, например, на расстоянии 1=7 м выше кровли пласта 2. Посадка пакера 5 в скважине 1 обеспечивает герметизацию заколонного пространства 6, 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, максимальном давлении 35,0 МПа.
Далее производят ГРП с образованием трещины и ее крепление проппантом любым известным способом. Сначала производят ГРП с образованием трещины разрыва. Для этого производят закачку жидкости разрыва, например, линейного геля под давлением 28,0 МПа и образуют трещину разрыва 7.
64
157,25
Затем производят крепление трещины 7 закачкой проппанта 8. В процессе крепления трещины 7 проппант закачивают двумя порциями, первой порцией закачивают в 4/5 части проппант 8 от его общей массы, а второй порцией закачивают маркированный проппант 9, содержащий 0,4% мас. гадолиния (Gd) в 1/5 части от общей массы проппанта, при этом фракции проппанта одинаковы в обеих порциях.
Например, при общей массе проппанта 8, равной 10 т: первой порцией закачивают проппант 8, например, фракции 20/40 меш в количестве 10 т⋅4/5=8 т в любой известной жидкости-носителе, например, сшитом геле.
64
64
157,25
157,25
Затем крепят трещину 7 (см. фиг. 3) закачкой второй порции маркированного проппанта 9, той же фракции 20/40 меш в сшитом геле в 1/5 части от общей массы проппанта, т.е. 10 т⋅1/5=2 т, содержащего 0,4% мас. гадолиния (Gd), т.е. с добавлением 2000 кг⋅(0,4%/100%)=8 кг гадолиния (Gd). Итого, второй порцией закачивают 2000 кг+8 кг=2008 кг маркированного проппанта 9.
По окончании крепления трещины 7, т.е. закачки второй порции маркированного проппанта 9 стравливают давление из скважины 1. Распакеровывают пакер 5 и, например, обратной промывкой, т.е. подачей промывочной жидкости в заколонное пространство 6 промывают забой скважины 1 от излишков маркированного проппанта 9 с целью исключения получения недостоверных результатов повторного замера при последующем импульсно-нейтронном каротаже. Извлекают из скважины 1 колонну труб 3 с пакером 5. После чего в скважину 1 (см. фиг. 4) в интервал пласта с трещиной 7, закрепленной в призабойной зоне маркированным проппантом 9, на колонне труб 3 спускают геофизический прибор 4.
Вращением колонны труб 3 с геофизическим прибором 4 на угол 360° производят импульсно-нейтронный каротаж путем замера нейтронно-поглощающей способности породы пласта 2 и трещины 7 и определяют пространственную ориентацию трещины гидроразрыва. По результатам замера строят график (см. фиг. 5) (развертка по периметру ствола скважины на 360°), который в породе пласта 2 и трещине 7 показывает значение времени жизни нейтронов (t, мкс) в зависимости от азимута (угол, °). Повышается надежность определения пространственной ориентации трещины гидроразрыва, так как геофизический прибор спущен непосредственно в интервал пласта, а не размещен на устье скважины, что повышает точность получаемых данных.
По графику (см. фиг. 5) видно, что в месте образования трещины 7, где сконцентрирован маркированный проппант 9, происходит наибольшее поглощение нейтронов, что уменьшает время жизни нейтронов (t, мкс). Поэтому в интервале скопления маркированного пропанта, т.е. в трещине 7 относительно периметра пласта 2 отмечаются пониженные значения времени жизни нейтронов (t, мкс), связанные с наличием гадолиния. Из графика (см. фиг. 4) видно, что время жизни тепловых нейтронов составляет t=38-43 мкс.
По результатам нормировки (развертка по периметру ствола скважины на 360°) (см. фиг. 2) кривой импульсно-нейтронного каротажа пласта 2 (исследование до проведения ГРП) и кривой импульсно-нейтронного каротажа, содержащей гадолиний в трещине 7 (после проведения ГРП) (см. фиг. 5) определяют азимут, в котором отмечается нарушение корреляции между нейтронным каротажем (см. фиг. 2) и нейтронным каротажем с содержанием гадолиния (Gd) (см. фиг. 5), что видно при сопоставлении графиков (см. фиг. 2 и 5).
По графикам (см. фиг. 5) и по сечению А-А трещины 7 в интервале пласта 2 (см. фиг. 6) видно, что пространственная ориентация трещины 7 гидроразрыва находится под углом 90° и 270° по отношению к нейтральной линии (N), от которой начинали поворот колонны труб 3 с геофизическим прибором 4. Такое свойство гадолиния, как поглощение нейтронов, позволяет с помощью импульсно-нейтронного каротажа определить места нахождения маркированного проппанта в интервале ГРП.
max
Повышается эффективность определения направления пространственной ориентации трещины гидроразрыва (что необходимо для учета взаимодействия скважин) за счет повышения точности замеров в интервале пласта и трещины путем определения времени жизни нейтронов и исключения расчетов разности амплитуд, а это позволяет определить направление максимального напряжения σ (см. фиг. 6) и более эффективно осуществлять подбор скважин для ГРП. При выполнении предлагаемого способа упрощается технология реализации, так как исключается необходимость возбуждения вблизи устья скважины поперечной сейсмической волны, а также дополнительной регистрации колебаний в соседних скважинах.
В предлагаемом способе измерения проводятся один раз перед проведением ГРП и один раз после проведения ГРП, в связи с чем сокращается продолжительность технологического процесса, связанная, как описано в прототипе, с многократными повторениями возбуждения волны и измерения амплитуды волнового поля n раз до момента n⋅α>180°, что снижает трудозатраты на реализацию способа.
Предлагаемый способ позволяет:
- упростить технологию определения пространственной ориентации трещины гидроразрыва;
- повысить надежность и эффективность определения направления пространственной ориентации трещины;
- сократить продолжительность процесса реализации способа.