СПОСОБ ИНТЕРВАЛЬНОГО МНОГОСТАДИЙНОГО ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАЗРЫВА ПЛАСТА В НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИНАХ
METHOD OF INTERVAL MULTISTAGE HYDRAULIC FRACTURING OF FORMATION IN OIL AND GAS WELLS

Изобретение относится к способам разработки нефтяных и газовых месторождений горизонтальными скважинами для реализации интервального многостадийного гидравлического разрыва пласта (ГРП) с помощью кумулятивной перфорации и композитных пакер-пробок.
Известна технология многостадийного ГРП, предполагающая цементирование обсадной колонны, кумулятивную перфорацию и систему шаров с седлами для пакеровки зон ГРП (см. Traditional plug-and-perf completions are the method of choice for most unconventional operators, http://assets.cmp.bh.mxmcloud.com/system/60/dfc2202d2e11e4866c51cc8dea4697/41667_cmntd_multistage_cmpltn_broc2.pdf, оп. в 2014 г.). Эта технология представляет собой традиционную систему заканчивания скважин типа "plug-and-perf" и обеспечивает доступ к стволу скважины после разбуривания пробки. Однако она позволяет проводить ГРП стадий на такие расстояния, насколько это может позволить каротажный кабель, недостаток которого заключается в сложности его продвижения на большие расстояния по горизонтальному стволу скважины.
Известен способ перфорирования ствола скважины в нескольких перспективных зонах, включающий цементирование обсадной колонны, использование стреляющих саморазрушающихся перфораторов, а также пробки для гидроразрыва и мостовые пробки, при этом спуск рабочих инструментов производится с помощью либо проволочной линии, троса или линии электрокабеля (см. патент RU на изобретение №2571460, Е21В 23/04, оп. в 2015 г.). Это техническое решение направлено на создание автономного скважинного инструмента, выполненного с возможностью саморазрушения. Оно приводит к значительному усложнению и увеличению расходов инструментов в процессе ГРП. Проволочные линии, тросы или электрокабели ограничивают глубину спуска пробок и перфоратора в скважину, а в случае запесочивания ствола скважины при ГРП - усложняют процесс очистки ствола скважины от проппанта.
Известен способ гидравлического разрыва пласта в двух параллельных горизонтальных стволах скважин, включающий определение направления главного напряжения пласта, бурение двух параллельных горизонтальных стволов, их обсаживание, цементирование и перфорирование, и гидравлический разрыв пласта, при этом два горизонтальных параллельных ствола бурят в одной горизонтальной плоскости по направлению минимального напряжения, рассчитывают с учетом главного напряжения пласта оптимальное расположение трещин и определяют расположение точек инициации трещин гидравлического разрыва пласта - ГРП, проводят в обоих горизонтальных стволах перфорирование и ГРП первой стадии, изолируют интервалы, на которых была проведена первая стадия ГРП установкой фрак-перемычек, затем проводят перфорирование, ГРП и изоляцию установкой фрак-перемычек следующей стадии со смещением точек инициации трещин ГРП, причем расположение точек инициации ГРП определяют таким образом, чтобы трещины на одном стволе скважины были ориентированы в промежуточную зону другого ствола скважины (см. патент на изобретение RU №2561420, Е21В 43/26, оп. в 2015 г.). Известный способ направлен на интенсификацию нефтедобычи в определенных условиях расположения пластов. Имеет узкую специализацию и значительно увеличивает время, затраченное на подготовительные работы при ГРП, при этом возможны риски ориентирования трещин, направленных не по программе работ.
Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является способ поинтервального гидравлического разрыва карбонатного пласта в горизонтальном стволе скважины с подошвенной водой, включающий бурение горизонтального ствола скважины в продуктивном пласте с цементированием кольцевого пространства между обсадной колонной и горной породой, спуск в горизонтальный ствол скважины на колонне труб перфоратора и выполнение перфорационных отверстий в горизонтальном стволе скважины, спуск колонны труб с пакером в скважину, посадку пакера, закачку по колонне труб жидкости разрыва и формирование трещин гидравлического разрыва пласта в горизонтальном стволе скважины (см. патент RU на изобретение №2558058, Е21В 43/27, оп. в 2015 г.). В этом способе предусмотрено использование надувных пакеров и закачивание в скважину вязкого геля с плотностью, большей плотности воды, кислотного вязкоупругого состава, освоение скважины свабированием, при этом вязкоупругий гель разжижается при контакте с пластовыми флюидами и деблокирует дренируемые участки горизонтального ствола скважины, а затем извлекается из скважины. Этот достаточно сложный способ ГРП включает несколько затяжных по времени этапов работы со скважиной, которые влияют на скорость освоения скважины и цену конечного продукта.
Настоящее изобретение направлено на решение технической проблемы:
- невозможности проведения высокоскоростного ГРП из-за технических ограничений существующих технологий;
- использования дорогостоящего оборудования;
- значительной сложности подготовки к стадиям ГРП;
- неоправданного количества спуско-подъемных операций ГНКТ.
Решение поставленной технической проблемы достигается тем, что в способе интервального многостадийного гидравлического разрыва пласта (ГРП) в нефтяных и газовых скважинах, включающем интервальный спуск кумулятивного перфоратора с использованием ГНКТ (гибкой насосно-компрессорной трубы), выполнение перфорации в горизонтальных участках эксплуатационной колонны, цементного кольцевого пространства, горной породы (продуктивного пласта), закачивание жидкости разрыва и проппанта в продуктивный пласт для формирования и закрепления трещин после гидравлического разрыва, интервальную установку в горизонтальных участках эксплуатационной колонны пакеров, на первой стадии ГРП производят спуск кумулятивного перфоратора без пакера, а для подготовки последующих стадий ГРП используют кумулятивный перфоратор с пакером, причем в качестве пакера используют установленную впереди перфоратора с посадочной камерой композитную взрывную пакер-пробку, выдерживающую перепад давления не менее 700 атм, при этом пакер-пробку связывают с перфоратором соединительным устройством, а для инициирования композитной взрывной пакер-пробки и кумулятивного перфоратора используют пропущенный через ГНКТ кабель-канал (геофизический кабель), который передает различные кодированные электрические импульсы, причем один импульс инициирует пороховой заряд для установки и отсоединения композитной взрывной пакер-пробки от кумулятивного перфоратора, а другой импульс инициирует сам кумулятивный перфоратор, при этом установку пакер-пробки и перфорацию производят за одну спуско-подъемную операцию. Проппант на всех стадиях ГРП продавливают с помощью, например полиуретанового продавочного шара. Выполняют продвижение по стволу скважины кумулятивного перфоратора с композитной взрывной пакер-пробкой, а их центрирование осуществляют за счет использования двух центраторов на роликах (катках), расположенных на подвеске ГНКТ с обеих сторон перфоратора. Отсоединение пакер-пробки от перфоратора осуществляют усилием на разрыв и сломом соединительных шпилек соединительного штока за счет избыточного давления образованного в посадочной камере в результате горения порохового заряда. Обеспечивают использование равнопроходных диаметров компоновок под ГРП и хвостовика.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 схематично изображен горизонтальный участок скважины, подготовленный к проведению многостадийного ГРП. На фиг. 2 и 3 – схемы проведения перфорации удаленной зоны скважины. На фиг. 4 - подъем ГНКТ. На фиг. 5 - гидравлический разрыв пласта и продавливание проппанта в удаленный участок скважины. На фиг. 6 и 7 - установка и отсоединение взрывной пакер-пробки. На фиг. 8 и 9 - перфорация следующего интервала скважины. На фиг. 10 - подъем ГНКТ. На фиг. 11 и 12 - гидравлический разрыв пласта и продавливание проппанта. На фиг. 13-18 - проведение последней стадии гидравлического разрыва пласта на ближнем горизонтальном участке скважины. На фиг. 19 и 20 - разбуривание пакер-пробок, продавочных шаров и вымывание разбуренных обломков из скважины, подъем бурильного инструмента. На фиг. 21 показана готовая к эксплуатации скважина.
3
3
Данный способ интервального многостадийного гидравлического разрыва пласта (ГРП) предназначен для реализации с помощью кумулятивных перфораторов и композитных взрывных пакер-пробок в нефтяных и газовых скважинах с различными диаметрами от 89 мм до 178 мм. В варианте, когда проводят ГРП скважины с горизонтальным окончанием, то используют инструменты (компоновки) диаметром, соответствующим внутреннему диаметру вертикального и горизонтального участков скважины. При этом стадии ГРП производят по эксплуатационным колоннам. В том варианте, когда скважина заканчивается хвостовиком с горизонтальным окончанием, то используют компоновки с диаметром, соответствующим внутреннему диаметру хвостовика. В этом случае спускают подвеску колонн труб под ГРП встык хвостовика для образования равного проходного диаметра от устья до текущего забоя скважины. При высокоскоростных ГРП закачка проппанта происходит на высоких скоростях (от 6 м/мин до 15 м/мин). При таких расходах жидкость разрыва и проппант подаются непосредственно по стволу скважины в продуктивный пласт, что является важной характеристикой заявленного способа. Высокоскоростные закачки способствуют развитию больших по протяженности трещин разрыва в продуктивном пласте с закачиванием большого количества проппанта (100 т и более) для увеличения площади дренирования продуктивного пласта и, как следствие, увеличения дебита скважины. На высоких скоростях закачки несущей жидкостью ГРП является вода (экологически чистое вещество), а также присадки в виде понизителей трения. Проппант при этом удерживается во взвешенном состоянии по всему стволу скважины. ГРП на воде позволяет исключить кольматацию пласта и удешевить работу за счет исключения геля и других химический реагентов.
На фиг. 1 схематично изображен горизонтальный участок скважины с эксплуатационной колонной 1 и зацементированного кольцевого пространства 2 между колонной 1 и продуктивным пластом 3 (горной породой). Для спуска кумулятивного перфоратора 4 используют гибкую насосно-компрессорную трубу 5 (ГНКТ), соединенную с коннектором 6 (соединительным устройством с циркуляционными окнами и аварийным разъединителем). Через трубу 5 пропущен кабель-канал 7 (геофизический кабель) и соединен с кумулятивным перфоратором 4. При спуске перфоратора 4 через окна в коннекторе 6 циркулирует промывочная жидкость, а кумулятивный перфоратор 4 снабжен двумя центраторами 8 на роликах (катках). В результате центрирования и уменьшения силы трения перфоратора 4 относительно ствола скважины облегчено продвижение всей компоновки на максимальную глубину по горизонтальному участку скважины. Поскольку пропущенный через трубу 5 (ГНКТ) кабель-канал 7 (геофизический кабель) соединен с кумулятивным перфоратором 4, то по кабель-каналу 7 подается кодированный электрический импульс на инициирование кумулятивного перфоратора 4 (см. фиг. 2 и 3). Кумулятивный перфоратор 4 при срабатывании в пределах своей длины (интервала перфорации) создает перфорационные каналы в эксплуатационной колонне 1, цементном камне 2 и продуктивном пласте 3, тем самым обеспечивая гидродинамическую связь скважины с продуктивным пластом 3. После подъема кумулятивного перфоратора 4 производят закачку жидкости разрыва в скважину, а при увеличении давления закачки через перфорационные каналы производят гидравлический разрыв продуктивного пласта 3. Затем в образовавшиеся после разрыва трещины 11 в продуктивном пласте 3 по стволу скважины с помощью технологической жидкости и полиуретанового продавочного шара 10 продавливают проппант 9, тем самым заполняя и закрепляя трещины 11 (см. фиг. 5).
Под следующую стадию ГРП спускают кумулятивный перфоратор 4 с пакер-пробкой 12 и посадочной камерой 13, при этом пакер-пробка 12 связана с ними соединительным штоком 14. Композитная пакер-пробка 12 выполнена с обратным шаровым клапаном, который служит для выравнивания пластового давления с давлением столба жидкости в скважине. На фиг. 6 изображена установка пакер-пробки 12 для изоляции предыдущей стадии ГРП. Ее отсоединение от посадочной камеры 13 (см. фиг. 7) происходит за счет избыточного давления в посадочной камере 13, которое приводит к слому соединительных шпилек соединительного штока 14. Для этого по кабель-каналу 7, который через перфоратор 4 соединен с пороховым зарядом в посадочной камере 13, подают кодированный электрический импульс, предназначенный только для инициирования порохового заряда. В результате горения порохового заряда пороховые газы приводят в действие посадочную камеру 13, которая путем расклинивания плашек устанавливает в нужном интервале пакер-пробку 12 и отсоединяет ее от посадочной камеры 13 с перфоратором 4. Установленная пакер-пробка 12 надежно перекрывает предыдущий обработанный интервал от последующей стадии ГРП. Затем перфоратор 4 подъемом трубы 5 перемещают в следующий интервал перфорирования эксплуатационной колонны 1 и с помощью другого кодированного электрического импульса по кабель-каналу 7 производят его инициирование (см. фиг. 9). Далее повторяют операцию по гидравлическому разрыву пласта 3, продавливанию проппанта 9 с помощью технологической жидкости и полиуретанового продавочного шара 10 в трещины 11 продуктивного пласта 3 (см. фиг. 11). На фиг. 6 и 12 показано, что заход за зону интервала перфорации продавочного шара 10 свидетельствует о том, что проппант 9 и технологическая жидкость полностью продавились в трещины 11 продуктивного пласта 3.
На фиг. 13-20 изображено проведение конечной стадии ГРП, включающее спуск в скважину такой компоновки: бурильного инструмента с забойным двигателем 15 на трубе 5 (ГНКТ). Производят циркуляцию промывочной жидкости, разбуривание пакер-пробок 12 и продавочных шаров 10 с помощью бурильного инструмента с забойным двигателем 15. При этом производят одновременное вымывание разбуренных обломков из скважины, а затем подъем всей компоновки. На фиг. 21 показана готовая к эксплуатации скважина.
Количество стадий ГРП, протяженность интервалов перфорации для каждой стадии и количество закачиваемого проппанта и технологической жидкости зависят от геолого-технических характеристик скважины и пласта. Возможен вариант использования композитный пакер-пробки 12 без шарового обратного клапана в зависимости от геолого-технических характеристик скважины и пласта. Данный способ интервального многостадийного гидравлического разрыва пласта (ГРП) позволяет использовать селективную перфорацию, когда за одну спуско-подъемную операцию применяют от двух и более перфосистем.
Таким образом, в зависимости от геолого-технических характеристик скважины и продуктивного пласта заявленный способ позволяет:
- под каждую стадию ГРП заранее выбирать наиболее перспективные участки пласта по данным геофизических исследований скважины (ГИС) под перфорацию и располагать перфоратор в выбранном интервале;
- производить оптимальное количество стадий ГРП горизонтального ствола скважины в перспективных интервалах продуктивного пласта;
- выполнять высокоскоростные ГРП с расходом закачки технологической жидкости и проппанта от 6 до 15 кубических метров в минуту;
- закачивать большое количество проппанта и технологической жидкости (многотонные ГРП).
Экспериментальные исследования с использованием данного способа показали простоту и надежность способа интервального многостадийного гидравлического разрыва пласта (ГРП) в нефтяных и газовых скважинах.
Таким образом, технический результат, достигаемый с использованием заявленного изобретения, обеспечивает:
- исключение использования дорогостоящего оборудования;
- сокращение количества спуско-подъемных операций ГНКТ;
- выполнение высокоскоростного ГРП;
- минимальное количество времени на разбуривание композитных пакер-пробок и продавочных шаров;
- обеспечение беспрепятственного доступа используемому оборудованию, проппанту и технологической жидкости по всему стволу горизонтального участка скважины.