Способ разработки низкопроницаемых пластов
LOW-PERMEABILITY FORMATION DEVELOPMENT METHOD

Область применения
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть применено для разработки низкопроницаемых и сланцевых углеводородонасыщенных пластов.
Уровень техники
3
3
Известен способ разработки сланцевых формаций посредством создания системы множественных гидродинамически связанных, закрепленных проппантом трещин в горизонтальных скважинах при проведении многостадийных ГРП (SPE 163827). Как правило, дизайн ГРП для сланцевых формаций включает, в том числе, высокие значения расходов закачки (9-13 м /мин), низковязкую жидкость разрыва/песконоситель и проппант мелкой фракций 20/40, 40/60 меш и меньше с невысокими концентрациями (100-300 кг/м). Описанный подход позволяет воздействовать на определённый объем пласта при ГРП со значительной площадью притока в систему закрепленных трещин.
3
Приток из горизонтальных стволов, пробуренных в сверхнизкопроницаемом коллекторе, удаётся достичь путём образования множественных трещин и закрепления их проппантом мелкой фракции 20/40, 40/60 и меньшей (в зависимости от условий) посредством закачки через кластерную перфорацию. Для создания трещиноватости в продуктивном пласте жидкость разрыва закачивается с большими расходами 9-13 м /мин (с большой кинетической энергией). При этом, за счет значительной энергии, закачиваемой с высоким расходом жидкости, раскрываются существующие и создаются новые трещины. Закачиваемый в низковязкой жидкости разрыва (песконосителе) с невысокими концентрациями проппант размещается в созданной системе связанных трещин. С помощью такого подхода кратно увеличивается площадь притока из матрицы породы в созданную систему трещин и, соответственно, достигаются рентабельные уровни продуктивности скважин. Работает объем пласта, охваченный воздействием (SRV). Чем больше создан объем SRV с системой разнонаправленных гидродинамически связанных трещин, тем больше оказывается фактическая продуктивность скважины.
Проведение операций по гидроразрыву пласта в сланцевых и низкопроницаемых коллекторах сопряжено со значительными затратами. Для закачки жидкости разрыва с большими расходами задействуется значительное количество насосных агрегатов, кратно превышающее то, которое необходимо для выполнения стандартных операций по гидроразрыву пласта в традиционных коллекторах. Также необходимо соблюдение дополнительных требований, предъявляемых к НКТ, наземной обвязке и пр., приводящих к удорожанию операций.
Применение известного способа возможно на углеводородонасыщенных породах, способных к раскрытию существующих и образованию новых трещин при гидродинамическом воздействии в процессе ГРП. Для раскрытия и возникновения системы трещин необходимо привнесение значительной энергии, которая обеспечивается при закачке жидкости с высокими расходами. Кроме того, минералогический состав пород, на которые производится воздействие, должен обеспечивать их достаточную хрупкость. Как правило, хрупкость пород увеличивается с возрастанием содержания в них кварца и карбоната и, наоборот, уменьшается с увеличением доли глинистых минералов.
Недостаток известного описанного способа сопряжен с тем, что закачка жидкости с высокими расходами связана с задействованием значительного количества техники (насосных агрегатов) и специализированного оборудования, что может быть не всегда реализуемо в рамках действующих контрактов с сервисными организациями. Кроме того, в случае сильно заглинизированного низкопроницаемого коллектора требуется больше энергии для раскрытия и создания трещин и закрепления их расклинивающим агентом (проппантом). В ряде случаев, для заглинизированных пород достижение необходимого уровня энергии закачиваемой жидкости технически ограничено возможностями используемой техники и оборудования.
Также известен способ повышения эффективности ГРП и добычи энергопроизводящих материалов с применением процесса реакции жидкости и проппанта с электрофильным кислым газом US9873828, опубл. 23.01.2018, в котором используется принцип увеличения давления для раскрытия и создания трещин при проведении ГРП за счет химической реакции с электрофильным кислым газом реагирующих компонентов, содержащихся в жидкости разрыва ГРП или в оболочке проппанта.
Недостатком известного способа является увеличение, при химической реакции, вязкости жидкости, в определённых случаях снижающей, эффективность раскрытия микротрещин и заполнения их расклинивающим агентом. Также недостатком известного способа является ограничение максимального повышения давления и снижение его эффективности в результате возможной частичной потери (утечек) части реагирующих компонентов из жидкости разрыва ГРП в поры и естественные микротрещины с течением времени в случае задержек в технологическом процессе проведения ГРП или его большой продолжительности. В случае применения проппанта с оболочкой, содержащей реагирующие компоненты, требуются дополнительные затраты на покрытие расклинивающего агента. Также определённые сложности создаёт доставка электрофильного кислого газа в пласт в различных пластовых условиях и его коррозионная активность.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ повышения нефтеотдачи пластов с отсутствием водо-нефтяного контакта с применением гидроразрыва пласта, в котором 10-40% закачиваемого проппанта по массе заменяют на гранулированный магний той же фракции, что и фракция проппанта. Причем, сначала закачивают проппант и магний большей фракции, затем последовательно размер фракции закачиваемого проппанта и магния уменьшают, после чего закачивают двачетыре раза оторочки 12-18% соляной кислоты и продавливают технической жидкостью, скважины осваивают и пускают в работу (RU2661513, опубл. 17.07.2018).
Известный способ позволяет повысить эффективность добычи высоковязкой нефти, в том числе, из слабодренируемых участков нефтяной залежи с высокими значениями остаточных запасов нефти и сниженной пластовой температурой (на 5% от начальной), но не предусматривает создание системы связанных между собой микротрещин, закрепленных проппантом. Недостатком известного способа является его ориентированность на разработку вязкой нефти с преимущественным созданием одной, закрепленной проппантом трещины и проведением химической реакции, не обеспечивающей рентабельные уровни притока нефти в случае низкопроницаемого (сланцевого) пласта. В результате термохимической реакции магния, закачанного с проппантом, и соляной кислоты, снижается вязкость нефти и увеличивается ее подвижность. Для разработки трудноизвлекаемых сланцевых формаций необходимо создание большой площади притока посредством закрепления развитой системой гидродинамически связанных трещин.
Описание изобретения
Технический результат заключается в расширении арсенала технических средств для разработки низкопроницаемых пластов методом ГРП, повышении эффективности ГРП, а именно, повышении нефтеотдачи низкопроницаемых и сланцевых углеводородонасыщенных пластов посредством создания системы закреплённых расклинивающим агентом трещин в пласте при ГРП, способствующих увеличению притока углеводородов из низкопроницаемых коллекторов в скважины после ГРП, а также снижении энергозатрат и расхода реагентов.
3
3
3
3
Указанный технический результат обеспечивает способ разработки низкопроницаемых пластов, включающий проведение гидроразрыва пласта традиционным способом для создания одной основной трещины путем закачки жидкости разрыва / песконосителя в виде сшитого полимерного геля при расходе 3-4,5 м /мин с проппантом фракцией 12/18-20/40 с концентрацией 200-800 кг/м и гранулированного металла с последующей выдержкой на время смыкания трещины и деструкции геля, термохимическую обработку 9-15% соляной кислотой ведут при расходе 3-4,5 м /мин, и далее проводят закачку низковязкой жидкости разрыва в виде линейного геля с проппантом фракцией 20/40-100 меш при концентрации 100-400 кг/м и гранулированного металла для формирования закрепленной системы созданных в результате реакции кислоты и повышения давления микротрещин.
3
Гранулированный металл выбирают из цинка, алюминия, магния при концентрации 50-500 кг/м. А характерный размер частиц металла составляет от 0,2 до 2,0 от размера частиц проппанта.
Новым в способе является то, что с применением термохимической реакции при проведении комплекса работ при ГРП создается система закрепленных трещин.
Предлагаемый способ позволяет получить дополнительную прибавку в энергии при ГРП, необходимую для создания системы гидродинамически связанных, закрепленных проппантом трещин в охваченном воздействием объеме пласта для обеспечения рентабельных уровней добычи углеводородов.
Осуществление изобретения
После бурения проводят исследования по определению геомеханических свойств пород продуктивного пласта, оценивают их хрупкость. Получают информацию о характерном минералогическом составе пород углеводородонасыщенного пласта. Проводят исследования по определению механических свойств пород, углеводородонасыщенности.
Подбирают объекты разработки, породы которых характеризуются естественной трещиноватостью или в которых возможно образование множественных, связанных техногенных трещин в результате привносимой в процессе гидравлического разрыва пласта энергии.
На выбранных низкопродуктивных объектах разработки проводят операцию по усовершенствованной технологии гидроразрыва пласта в горизонтальных скважинах, в основе которой лежит принцип создания в пласте множественной системы гидродинамически связанных микротрещин, закрепленных расклинивающим агентом (проппантом, песком и т.п.).
Предлагаемая технология также имеет своей целью достижение высокой продуктивности скважин за счет создания в пласте множественной системы гидродинамически связанных между собой, закрепленных расклинивающим агентом трещин.
Принципиальное отличие от применяющегося подхода заключается в том, что энергия, используемая для раскрытия существующих и образования новых трещин, передаётся пласту не от закачиваемой с высоким расходом жидкости разрыва, а от инициации в пласте химической реакции металла и кислоты, сопровождающейся ростом давления от выделяющегося в процессе реакции газа (водорода).
Химическая реакция является результатом взаимодействия соляной кислоты и частиц металла (цинка, алюминия, магния), закачанного предварительно в смеси с проппантом.
3
3
В предлагаемом способе на первом, предварительном этапе, создается основная трещина ГРП традиционным способом с закачкой жидкости разрыва / песконосителя в виде сшитого полимерного геля, например, характерный для стандартных операций ГРП гидроксипропилгуаровый, гуаровый, карбоксиметилгидроксипропилгуаровый карбоксиметилцеллюлозный и т.п. гелеобразователи или их смеси, при расходе 3-4,5 м /мин с концентрациями проппанта 200-800 кг/м. Основное отличие от описанного традиционного способа проведения операций по гидроразрыву заключается в добавлении в смесь с проппантом гранулированного металла, которым может быть цинк, алюминий, магний. Характерный размер частиц металла выбирают в зависимости от фракции используемого проппанта в диапазоне 12/18, 16/20, 20/40, 40/60, 100 меш. Возможно использование частиц металла, характерный размер которых составляет от 0,2 до 2,0 от размера частиц проппанта. Выполняется выдержка на время смыкания трещины и период деструкции сшитого геля.
На втором этапе выполняют закачку соляной кислоты на максимальном расходе. За счет инициации химической реакции кислоты с металлом выделяется газ и повышается давление в сформированной расклиненной трещине. От возникшей в результате химической реакции энергии, за счет созданного дополнительного давления происходит раскрытие системы существующих мелких трещин, образование новых трещин.
3
Непосредственно после закачки кислоты, без остановки, также на максимальном расходе выполняют закачку низковязкой жидкости разрыва в виде линейного геля с мелким проппантом фракции 20/40-100 меш с концентрацией 100-400 кг/м для формирования закрепленной системы созданных в результате реакции кислоты и повышения давления микротрещин.
В конечном итоге, в пласте создаётся система гидродинамически связанных между собой, закреплённых расклинивающим агентом трещин с большой площадью притока, обеспечивающей необходимый уровень продуктивности скважины.
Предложенный способ является низкозатратной альтернативой разработке запасов низкопроницаемых и сланцевых коллекторов.
Поскольку развитие системы трещин в процессе ГРП в значительной мере зависит от хрупкости пород, на эффективность предложенного способа влияет минералогический состав пород пласта. Чем больше низкопроницаемый коллектор содержит глинистых минералов, тем менее хрупкой является порода и тем большую энергию требуется ей передать в процессе гидроразрыва, чтобы инициировать создание и раскрытие микротрещин. Соответственно, предложенный способ может также являться усовершенствованием уже применяемых подходов к разработке нетрадиционных заглинизированных сланцевых запасов углеводородов для повышения их эффективности за счет введения дополнительной энергии с целью создания системы гидродинамически связанных микротрещин.
В лабораторных условиях проведено моделирование химической реакции в трещине ГРП на ячейке проводимости. Выполнены несколько экспериментов, моделирующих как традиционную трещину ГРП, так и с добавлением в проппант металла. В проппантную упаковку с добавленным гранулированным металлом (цинком) в пластовых условиях закачана 12% соляная кислота. Проведена оценка проводимости модели трещины ГРП с использованием и без использования химической реакции кислоты и металла (цинка). По сравнению с моделью стандартной трещины ГРП, проводимость трещины после химической реакции оказалась приблизительно в 1,7 раза выше.
Также проведены лабораторные исследования на установке исследования кинематики реакции кислоты и горной породы CRS-100. Исследования выполнены для смеси гранул металла цинка и соляной кислоты с концентрацией 12% в соотношении 1,0 от стехиометрического в присутствии проппанта в соотношении 1:1 к массе металла. Полученный прирост давления для 5 г цинка составил около 25 атм.
Выполненные результаты исследований подтвердили возможность предлагаемым способом достичь увеличения давления в трещине ГРП с целью раскрытия и создания дополнительной системы трещин.