СПОСОБ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАЗРЫВА И КРЕПЛЕНИЯ ПЛАСТОВ
METHOD OF HYDRAULIC FRACTURING AND SUPPORTING OF LAYERS

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для повышения дебитов и обеспечения устойчивой работы эксплуатационных скважин способом гидравлического разрыва пласта (ГРП) и крепления пород коллекторов.
Известен способ крепления призабойной зоны пласта путем закачивания силиката щелочного металла и спиртового раствора соли кальция (гидрат хлорида кальция, хелатный кальций и другие соли кальция, растворимые в спирте) через перфорационные отверстия эксплуатационной колонны в призабойную зону пласта (ПЗП). При взаимодействии этих компонентов в пласте образуется цементирующий материал (патент США №5101901, Е21В 33/13, 43/04, 43/12, опубл. 07.04.1992).
Недостатком указанного способа является недостаточная эффективность из-за невысокой прочности сформированного закрепленного слоя и снижение емкостных и фильтрационных характеристик коллекторов в ПЗП. Обусловлено это тем, что при закачке водный раствор силиката щелочного металла, двигаясь по пути наименьшего сопротивления, заполняет в первую очередь крупные поры. При этом остаются незаполненными капиллярные зоны с незамещенной пленкой, связанной с поверхностью песка воды из-за их прочной связи. При закачивании в песчаный барьер спиртового раствора хлорида кальция происходит его быстрое взаимодействие с находящимся в порах водным раствором силиката щелочного металла, в результате чего образуется высоковязкий экран, который не позволяет проникнуть закрепляющему составу далеко в пласт, закупоривает часть порового пространства, ухудшает его емкостные и фильтрационные характеристики. Эти недостатки особенно усугубляются, если продуктивный пласт сложен рыхлой мелкозернистой породой. В итоге техническим результатом известного способа является закрепление пород призабойной зоны продуктивного пласта в небольшом радиусе с одновременным снижением фильтрационных и емкостных свойств коллектора.
Известен способ ГРП, предусматривающий использование натриевого среднемодульного жидкого стекла, концентрированной соляной кислоты и воды в качестве жидкости разрыва при следующем соотношении компонентов в об.%: указанное жидкое стекло - 8-17; 20-23%-ная указанная кислота - 0,05-3,6; вода - остальное (патент РФ №2190093, МПК Е21В 43/26, опубл. 27.09.2002).
Недостатком данного способа является невозможность его использования для закрепления рыхлых слабосцементированных пород призабойной зоны продуктивного пласта. Способ можно использовать только для гидравлического разрыва пласта с образованием трещин, заполнением их проппантом и последующей деструкцией используемой жидкости водным раствором NaOH. При указанном по способу концентрационном соотношении используемых компонентов образуется гель с низким показателем фильтруемости, а среднее время гелеобразования составляет приблизительно 30 мин. Эти факторы не позволяют жидкости проникать в породу пласта на достаточное расстояние. Последующая деструкция и удаление жидкости разрыва оставляет проппант в трещине с незакрепленной породой пласта, что в последующем приводит к его внедрению в рыхлую породу и смыканию стенок трещины.
3
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ гидравлического разрыва и крепления пластов, сложенных рыхлыми несцементированными породами, позволяющий провести ГРП с помощью жидкости разрыва, содержащей водный раствор среднемодульного жидкого стекла состава, масс.%: силикат натрия 17-20, вода 80-83, и ацетоно-спиртовый раствор, состоящий из безводных ацетона и метилового спирта в объемном соотношении 0,4:1 и проппанта в количестве 100-150 кг на 1 м жидкости с одновременным креплением пород коллектора водно-спиртовым раствором хлорида кальция состава, масс.%: хлорид кальция 17,0-19,0, этиловый спирт 25,0-45,0, вода остальное (патент РФ №2416025, МПК Е21В 43/267, опубл. 10.04.2011). Способ восстанавливает продуктивность ПЗП.
Недостатком указанного способа является невозможность обеспечения достигнутой производительности и устойчивой работы скважин после проведения ГРП из-за постепенного ухудшения свойств закрепляющей породу цементирующей пленки и выноса песка при дальнейшей эксплуатации.
Задачей заявленного изобретения является создание способа гидравлического разрыва и крепления пластов, обеспечивающего производительность и устойчивую работу скважин после проведения ГРП за счет эффективного крепления пород коллектора в призабойной зоне продуктивного горизонта.
3
Поставленная задача достигается тем, что для гидравлического разрыва и крепления пластов приготавливают жидкость разрыва, содержащую водный раствор среднемодульного жидкого стекла состава, масс.%: силикат натрия - 17-20, вода - 80-83, и ацетоно-спиртовый раствор, состоящий из безводных ацетона и метилового спирта в объемном соотношении 0,4:1, при соотношении компонентов, масс.%: указанный раствор жидкого стекла - 75-85 и указанный ацетоно-спиртовый раствор - 15-25, осуществляют закачку ее в пласт через 30-40 минут после приготовления. При достижении гидравлического разрыва пласта для крепления пород коллектора в жидкость разрыва вводят проппант в количестве 100-150 кг на 1 м жидкости и проводят закачку раствора закрепителя. В качестве раствора закрепителя используют водно-спиртовый раствор хлоридов щелочноземельных металлов, а в качестве спирта - метиловый спирт при следующем соотношении компонентов масс.%; хлорид кальция - 14,0-17,0; хлорид магния - 1,5-2,5; метиловый спирт - 23,0-47,0; остальное - вода.
При взаимодействии жидкого стекла и хлорида кальция на поверхности частиц пород образуется цементирующая пленка. А при взаимодействии жидкого стекла и хлорида кальция в присутствии хлорида магния на поверхности частиц пород образуется более прочная и плотная цементирующая пленка благодаря внедрению в ее кристаллическую решетку ионов магния, имеющих маленький ионный радиус, чем у ионов кальция. В пределах концентраций хлорида магния в растворе закрепителя 1,5-2,5 масс.% обеспечивается оптимальные свойства цементирующей пленки и качество закрепления пластов. Увеличение концентрации хлорида магния в растворе закрепителя более 2,5 масс.% практически не оказывает влияния на качество закрепления пород. Использование метилового спирта в составе закрепителя позволяет ускорить проведение реакции жидкого стекла с хлоридами щелочноземельных металлов за счет большей растворимости последних в водном растворе метилового спирта, чем этилового. Кроме того, стоимость метилового спирта существенно ниже, чем этилового.
Примеры конкретного осуществления способа.
Сущность заявленного способа описывается следующими примерами.
Пример 1 (промысловый).
Проведение ГРП в призабойной зоне и крепление пластов, сложенных рыхлыми несцементированными породами, осуществляются в следующей последовательности:
1. Проводят весь стандартный набор операций подготовки процесса ГРП.
2. Приготавливают жидкость разрыва из расчета заполнения ею перового заколонного продуктивного пласта, а также трещин разрыва на расстоянии до 0,5 м от плоскости внедрения. Жидкость разрыва включает: водный раствор среднемодульного жидкого стекла состава, масс.%: силикат натрия - 20, вода - 80, и ацетоно-спиртовый раствор, состоящий из безводных ацетона и метилового спирта в объемном соотношении 0,4:1, при следующем соотношении компонентов, масс.%: указанный раствор жидкого стекла - 80 и указанный ацетоно-спиртовый раствор - 20.
3. В пескосмесительной установке проводят смешивание указанных компонентов с получением гелеобразной консистенции.
4. В начальный момент гелеобразования, когда вязкость геля еще невысокая, начинают процесс закачки полученного раствора цементировочным агрегатом через насосно-компрессорные трубы (НКТ) в продуктивный пласт. Невысокое начальное значение вязкости обеспечивает проникновение геля в пласт на достаточные расстояния.
3
5. При достижении гидравлического разрыва пласта в жидкость разрыва дополнительно вводят проппант в количестве 100 кг на 1 м жидкости и продолжают закачку жидкости-песконосителя в пласт. К этому времени вязкость силикатного геля повышается до степени, при которой обеспечивается достаточная удерживающая способность для жидкости-песконосителя.
6. В гидратационной установке готовят расчетное количество жидкости закрепления (водно-спиртовый раствор хлоридов кальция и магния), содержащей масс.%: хлорид кальция - 16,0, хлорид магния - 2,0, метиловый спирт - 35,0, вода - остальное.
7. После завершения закачки жидкости разрыва с проппантом в пласт всасывающий манифольд агрегата закачки переключают на выход гидратационной установки и производят закачку водно-спиртового раствора хлоридов кальция и магния, который на первом этапе выполняет роль продавочной жидкости для жидкости-песконосителя, а при поступлении его в перовое пространство продуктивного пласта и в межзерновой объем гравийного заполнения трещин разрыва он становится жидкостью закрепления. Известно, что адгезионная способность вещества к гидрофильным поверхностям песка обусловливается присутствием в его структуре высокоактивных и реакционно-способных гидроксильных групп. Такая группа содержится в структуре метилового спирта, поэтому он хорошо смачивает поверхность песка и отнимает воду от силикатного геля, что приводит к его коагуляции и быстрому закреплению на поверхности песка.
8. После завершения прокачки расчетного количества водно-спиртового раствора хлоридов кальция и магния закрывают скважину на время полного взаимодействия компонентов 5 сут. Образовавшийся силикатно-кальциево-магниевая цементирующая пленка обеспечивает высокую прочность закрепленной породы и гравийного заполнения трещин разрыва с одновременным сохранением проницаемости породы в пределах не менее 65% от исходной.
9. После завершения ГРП по предлагаемому способу вызывают приток пластового флюида по стандартным технологиям, которые легко вымывают из пласта оставшийся и непрореагировавший водно-спиртовый раствор хлоридов кальция и магния. После этого скважина сдается в эксплуатацию.
Пример 2 (лабораторный).
Для выявления эффективности закрепления породы пласта предлагаемым составом жидкости ГРП в кернодержатель установки испытания проницаемости кернов помещают заранее приготовленный в пресс-форме из песка фракции 0,05-0,1 (крупный алеврит) и порошка бентонитовой глины в соотношении 97% и 3% соответственно образец, моделирующий продуктивный пласт и определяют исходную газопроницаемость.
Приготавливают гелеобразующую жидкость на основе водного раствора среднемодульного жидкого стекла состава, масс.%: силикат натрия - 20, вода - 80, и ацетоно-спиртового раствора, состоящий из безводных ацетона и метилового спирта в объемном соотношении 0,4:1, при следующем соотношении компонентов, масс.%: указанный раствор жидкого стекла - 80 и указанный ацетоно-спиртовый раствор - 20.
По истечении 30 минут продавливают приготовленную жидкость в модельный образец до полного его прохождения.
Приготавливают водно-спиртовый раствор щелочноземельных металлов с заданными концентрациями хлорида кальция, хлорида магния и метилового спирта, который также продавливают через образцы до полного его прохождения.
После 48 часов выдержки образец извлекают из кернодержателя и проводят испытания. Определяют прочность на сжатие и проницаемость образцов после обработки. Полученные результаты представлены в таблице.
Как видно из таблицы, при заданных параметрах жидкости закрепителя - водно-спиртового раствора хлоридов кальция и магния (при содержании хлорида кальция - 14,0-18,0; хлорида магния - 1,5-2,5 и метилового спирта - 23,0-47,0 масс.%) улучшается качество закрепления пород. Так, прочность на сжатие после обработки образцов увеличивается на 3,2-12,9%. При этом повышается и процент сохранения проницаемости пород.
Таблица
Результаты исследований обработанных образцов проб пород
№ п/п
Наименование
Состав жидкости закрепителя, масс.%
Показатель
Хлорид кальция
Хлорид магния
Спирт
Вода
Проницаемость образца до обработки, 10<sup>-13</sup> м<sup>2</sup>
Проницаемость образца после обработки, 10<sup>-13</sup> м<sup>2</sup>
Процент сохранения проницаемости, %
Прочность на сжатие после обработки, кг/см<sup>2</sup>
Образец 1 (Прототип)
18
-
35(этиловый)
47
11
7,8
71
31
Образец 2
14
1,5
23(метиловый)
61,5
11
7,8
71
32
Образец 3
15
2,0
30(метиловый)
53
11
7,9
72
33
Образец 4
17
2,3
40(метиловый)
40,7
11
8,0
72,5
35
Образец 5
18
2,5
47(метиловый)
32,5
11
7,9
71,7
34