WO2015069148A1 - Метод гидроразрыва пласта тремя жидкостями - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к горному делу, в частности к увеличению эффективной проницаемости призабойной зоны пласта. В природе продуктовые нефтеносные пласты всегда граничат с непродуктовыми и часто граничат с водоносными пластами. Поэтому при проведении операции гидроразрыва пласта важно, чтобы трещины активно развивались преимущественно внутри нефтеносного пласта и замедленно в других пластах. Предложен способ, который позволяет проводить гидроразрыв пласта (ГРП) используя три жидкости ГРП с разной плотностью и с разной вязкостью, при этом две из трех жидкостей изменяют свои свойства с течением времени, чтобы создать барьер для продвижения жидкостей ГРП. Барьер для продвижения жидкости ГРП замедлит рост трещины гидроразрыва в нежелательном направлении (в непродуктовые пласты), что позволяет повысить эффективность добычи полезных ископаемых, в том числе нефти.

Description

МЕТОД ГИДРОРАЗРЫВА ПЛАСТА ТРЕМЯ ЖИДКОСТЯМИ

Изобретение относится к горному делу, может быть использовано для увеличения эффективности добычи полезных ископаемых, в том числе нефти, путем создания в пласте трещин с замедленным ростом в нежелательном направлении.

При нефтедобыче довольно часто нефтеносный пласт залегает рядом с водоносным. В этом случае при гидроразрыве пласта (ГРП) важно, чтобы трещина гидроразрыва развивалась внутри нефтеносного пласта, а не внутри водоносного, иначе будет очень высокая обводненность добываемой нефти. Наиболее распространены случаи залегания нефтеносного пласта выше водоносного, а плоскость раскрытия трещины ГРП обычно близка к вертикали, поэтому следует применять такие способы гидроразрыва пласта, которые ограничивают развитие трещин в нежелательном направлении по вертикали вниз.

В вертикальном направлении вверх от нефтенесущего пласта, как правило, располагается непродуктовый пласт и развитие трещин в нем также нежелательно, так как приводит к ненужным потерям ресурсов на проведение ГРП.

Известен способ проведения гидроразрыва [1] с изоляцией вод в порово-трещиноватых коллекторах нефтяного пласта путем закачки селективного водоизолирующего полимерного состава, причем в качестве полимера закачивают суспензию водонабухающего вещества, при закачке суспензии и попадания ее в водонесущий пласт из-за контакта с водой частицы начинают набухать и создают водонепроницаемый барьер. Недостатком такого способа является невозможность управлять направлением раскрытия трещины гидроразрыва.

Известен способ проведения гидроразрыва пласта [2] путем закачивания в трещину гидроразрыва расклинивающего наполнителя - гранул проппанта, содержащих полимер, для предотвращения преждевременного оседания проппанта в трещине и выноса проппанта обратно в скважину. Недостатком данного способа является невозможность влиять на направление раскрытия трещины гидроразрыва.

Известен способ проведения гидроразрыва горных пород [3] путем закачивания в трещину жидкости гидроразрыва с частицами различного фракционного состава, способными тонуть или всплывать внутри жидкости гидроразрыва. При этом всплывая в верхнюю часть трещины или осаждаясь в нижнюю более мелкие частицы располагаются в промежутках между крупными и создают барьер для протекания жидкости гидроразрыва, тем самым замедляя вертикальный рост трещины

1

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) гидроразрыва. Основным недостатком такого способа является трудоемкость проведения операции гидроразрыва.

Известен способ [4] проведения гидроразрыва с использованием двух жидкостей путем нагнетания в трещины гидроразрыва жидкостей с большей и меньшей плотностями. Недостатком такого способа является необходимость создания системы независимой закачки сразу двух жидкостей гидроразрыва и отсутствие направленного развития трещин гидроразрыва в зонах их раскрытия.

Наиболее близким является способ [5] проведения гидроразрыва пласта с использованием двух жидкостей, одна из которых полимеризуется, реализуется путём формирования трещин гидроразрыва нагнетанием в них жидкостей с большей и меньшей плотностями.

Задачей заявленного способа является создание трещины гидроразрыва с замедленным ростом трещины гидроразрыва по заданному вертикальному направлению вниз и/или вверх.

Технический результат состоит в том, что заявленный способ позволяет снизить затраты на проведение операции гидроразрыва, замедлить или остановить рост трещины гидроразрыва по направлению вниз и/или вверх.

Поставленная задача решается следующим образом. В известном способе проведения гидроразрыва пласта с использованием двух жидкостей, одна из которых полимеризуется, формирование трещин гидроразрыва реализуется путём нагнетания в них жидкостей с большей и меньшей плотностями, согласно изобретению в трещины нагнетается третья жидкость, причём все три жидкости имеют разные плотности (наименьшую, наибольшую и промежуточную), а жидкости с наибольшей и наименьшей плотностями затвердевают с течением времени и имеют меньший коэффициент вязкости, чем у жидкости с промежуточной плотностью, что позволяет снизить затраты на проведение операции гидроразрыва и позволяет замедлить или остановить рост трещины гидроразрыва по нежилательному направлению вниз и/или вверх.

Кроме того, жидкость с наибольшей плотностью находится в виде взвеси внутри жидкости с промежуточной плотностью, что упрощает проведение операции ГРП.

Кроме того, жидкость с наименьшей плотностью находится в виде взвеси внутри жидкости с промежуточной плотностью, что упрощает проведение операции ГРП.

2

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Кроме того, время закачки жидкостей гидроразрыва меньше времени изменения реологических свойств жидкости с наименьшей плотностью, что повышает надежность данного способа.

Кроме того, время закачки жидкостей гидроразрыва меньше времени изменения реологических свойств жидкости с наибольшей плотностью, что повышает надежность данного способа.

Кроме того, закачку жидкостей гидроразрыва осуществляют через одну скважину, что упрощает и удешевляет операцию гидроразрыва.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 представлена предполагаемая форма трещины гидроразрыва, созданная при помощи заявленного способа, на фиг. 2 представлена лабораторная установка, на фиг.З представлены результаты эксперимента.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом. Рассмотрим форму трещины представленной на фиг. 1, где 1 - зона в трещине гидроразрыва, куда затекла затвердевающая жидкость с наибольшей плотностью на первой стадии реализации предлагаемого способа (заштрихована крестиками), 2 - забойная зона, 3 - зона трещины гидроразрыва, куда затекла жидкость с промежуточной плотностью на первой стадии реализации предлагаемого способа (не заштрихована), 4 - скважина, 5 - зона куда затекла затвердевающая жидкость с наименьшей плотностью (заштрихована черточками), 6 - граница трещины после второй стадии гидроразрыва, сделанного предлагаемым способом.

Для реализации гидроразрыва требуется три жидкости: затвердевающая жидкость с наибольшей плотностью, затвердевающая жидкость с наименьшей плотностью и жидкость с промежуточной плотностью. Затвердевающая жидкость с большей плотностью в течении процесса закачки в скважину обладают большей плотностью и меньшим коэффициентом вязкости по сравнению с жидкостью с промежуточной плотностью, а также затвердевают с течением времени. Затвердевающая жидкость с меньшей плотностью в течении процесса закачки в скважину обладают меньшей плотностью и меньшим коэффициентом вязкости по сравнению с жидкостью с промежуточной плотностью, а также затвердевают с течением времени. Жидкость с промежуточной плотностью не изменяет своих свойств с течением времени. На первой стадии создания трещины, после подготовки жидкостей их либо одновременно, либо последовательно закачивают в скважину, причем за время з

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) меньшее, чем характерное время изменения реологических свойств затвердевающих жидкостей. Причём жидкости распределяются внутри созданной на первой стадии трещины следующим образом: затвердевающая жидкость с наибольшей плотностью затечет преимущественно в нижнюю часть трещины 1 (см. фиг.1), затвердевающая жидкость с наименьшей плотностью затечет преимущественно в верхнюю часть трещины 5, а жидкость с промежуточной плотностью преимущественно в центральную часть трещины 3. После этого закачку жидкостей гидроразрыва останавливают на время достаточное для затвердевания затвердевающих жидкостей. На этом заканчивается первая стадия создания трещины ГРП и начинается вторая. На второй стадии закачку жидкости с промежуточной плотностью возобновляют, и дальнейший рост трещины гидроразрыва будет ограничен по вертикальному направлению. Ожидается, что граница трещины ГРП примет форму похожую на ту, что приведена на фиг. 1 (пунктирная линия 6).

Для демонстрации осуществления заявленного способа был поставлен лабораторный эксперимент. Лабораторная установка представлена на фиг. 2, где 7 - прозрачные пластины, 8 - эластичная емкость с водой, 9 - резиновая прокладка, 10 - зона для моделирования трещины ГРП, 11 - трубки для закачки жидкостей, моделирующих жидкости гидроразрыва. Две прозрачные пластины 7 скрепляют так, чтобы они с усилием сжимали емкость с водой 8 и резиновую прокладку 9, эластичная емкость с водой 8 давит на резиновую прокладку 9 с одинаковым по всей плоскости давлением. Таким образом, резиновая прокладка 9 прижимается с одинаковым давлением по плоскости к одной из прозрачных пластин 7. Через трубки 11 в зону между резиновой прокладкой 9 и одной из прозрачных пластин 7, закачиваются жидкости гидроразрыва, которые растекаясь между пластиной 7 и прокладкой 9, моделируют раскрытие трещины гидроразрыва.

В ходе эксперимента использовалось только две жидкости: жидкость с наибольшей плотностью и жидкость с промежуточной плотностью. Поведение жидкости с наименьшей плотностью аналогично поведению жидкости с наибольшей плотностью, только ее скопление должно наблюдаться в верхней части трещины. Давление необходимое для начала образования трещины ГРП, как правило, очень близко к пластовому давлению, то есть трещина раскрывается, а не растрескивается, именно этот процесс моделируется в лабораторной установке. В такой постановке эксперимента отсутствует потеря жидкости ГРП на фильтрацию в пласт, так как раскрытие происходит между непроницаемыми стенками.

4

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Однако, несмотря на указанные ограничения, установка демонстрирует осуществимость заявленного способа, т.е. процесс движения жидкостей между прозрачной пластиной 5 и резиновой прокладкой 7, которая с одинаковым давлением по площади прижата к прозрачной пластине, адекватно моделирует процесс раскрытия трещины ГРП и движение жидкостей внутри ГРП. А распределение внутри трещины жидкости с наибольшей и промежуточной плотностями адекватно демонстрирует реализуемость заявленного способа, так как поведение жидкости с наименьшей плотностью будет похоже на поведение жидкости с наибольшей плотностью, но скапливаться жидкость с наименьшей плотностью будет в верхней части модельной трещины, а не в нижней части, где скопилась жидкость с наибольшей плотностью.

В ходе лабораторного моделирования в качестве затвердевающей жидкости (с наибольшей плотностью использовался двухкомпонентный герметик macroplast UK 8103, способный со временем затвердевать, а в качестве жидкости с промежуточной плотностью использовалась смесь из церезина и вазелинового масла в пропорции 50/50. Результаты эксперимента представлены на фиг. 3, где представлена последовательность фотоснимков (А, Б, В, Г, Д) отображающих процесс моделирования гидроразрыва согласно изобретению, где 12 - зона модельной трещины гидроразрыва, куда попадает затвердевающая жидкость с наибольшей плотностью, 13 - зона модельной трещины, куда попадает жидкость с промежуточной плотностью, 14 - зона, куда проникает жидкость с промежуточной плотностью за счет капиллярного эффекта с течением времени, 15 - нижняя граница модельной трещины гидроразрыва. Граница раздела жидкостей внутри модельной трещины на снимке очерчены, так как использованные жидкости недостаточно контрастны, однако общие границы развития трещины видны достаточно отчетливо. Первая стадия развития модельной трещины гидроразрыва иллюстрируется фотографиями «А и Б». Окончание затвердевания затвердевающей жидкости представлено на снимке «В». На снимке «В» видно, что за счет капиллярного эффекта жидкость с промежуточной плотностью распространяется между резиновой прокладкой 9 и прозрачной пластиной 7, но толщина проникшего слоя жидкости тонка, поэтому проникшую жидкость за счет капиллярного эффекта можно не учитывать. На снимках «Г» и «Д» представлен дальнейший рост модельной трещины гидроразрыва за счет закачки жидкости с промежуточной плотностью. На этих двух снимках («Г» и «Д») видно, что площадь трещины растет по горизонтали и по направлению вверх, и совершенно не растет по направлению вниз, то есть нижняя

5

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) граница модельной трещины 15 не перемещается, несмотря на перемещение других границ.

Затвердевающие жидкости, при закачке могут находиться во взвешенном состоянии суспензии внутри жидкости с промежуточной плотностью, которая не изменяет свои свойства. Попадание затвердевающих жидкостей в нижнюю или верхнюю части трещины гидроразрыва будет происходить за счет гравитационного осаждения/всплытия взвешенных капель затвердевающих жидкостей. Такой способ закачки жидкостей через одну скважину проще, чем попеременное закачивание.

Список литературы.

1. Патент РФ 2187620 «СПОСОБ ИЗОЛЯЦИИ ВОД В ПОРОВО- ТРЕЩИНОВАТЫХ КОЛЛЕКТОРАХ НЕФТИ».

2. Патент РФ JTs2375563 «ПРОППАНТ СО СМОЛИСТОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ И СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ВЫНОСА ПРОППАНТА ИЗ ТРЕЩИНЫ ГИДРОРАЗРЫВА»

3. Патент США JV°4478282 «НЕЮНТ CONTROL TECHNIQUE IN HYDRAULIC FRACTURING TREATMENTS)).

4. Патент США 5363919 «SIMULTANEOUS HYDRAULIC FRACTURING USING FLUIDS WITH DIFFERENT DENSITIES)).

5. Патент РФ j\°2496977 «СПОСОБ УЛУЧШЕНИЯ ОБРАБОТКИ ПОДЗЕМНОГО ПЛАСТА ЧЕРЕЗ СКВАЖИНУ И СПОСОБ ГИДРОРАЗРЫВА ПЛАСТА ЧЕРЕЗ СКВАЖИНУ».

6

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)

Claims

Формула изобретения:

1. Способ проведения гидроразрыва пласта с использованием двух жидкостей, одна из которых полимеризуется, реализуется путём формирования трещин гидроразрыва нагнетанием в них жидкостей с большей и меньшей плотностями, отличающийся тем, что в трещины нагнетается третья жидкость, причём все три жидкости имеют разные плотности (наименьшую, наибольшую и промежуточную), жидкости с наибольшей и наименьшей плотностями затвердевают с течением времени и имеют меньший коэффициент вязкости, чем у жидкости с промежуточной плотностью.

2. Способ по п.1 отличающийся тем, что жидкость с наибольшей плотностью находится в виде взвеси внутри жидкости с промежуточной плотностью.

3. Способ по п.1 отличающийся тем, что жидкость с наименьшей плотностью находится в виде взвеси внутри жидкости с промежуточной плотностью.

4. Способ по п.1 отличающийся тем, что время закачки жидкостей гидроразрыва меньше времени изменения реологических свойств жидкости с наименьшей плотностью.

5. Способ по п.1 отличающийся тем, что время закачки жидкостей гидроразрыва меньше времени изменения реологических свойств жидкости с наибольшей плотностью.

6. Способ по п.1 отличающийся тем, что закачку жидкостей гидроразрыва осуществляют через одну скважину.

7

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)