RU2772626C1 - Способ гидроразрыва пласта - Google Patents

Способ гидроразрыва пласта Download PDF

Info

Publication number
RU2772626C1
RU2772626C1 RU2021113587A RU2021113587A RU2772626C1 RU 2772626 C1 RU2772626 C1 RU 2772626C1 RU 2021113587 A RU2021113587 A RU 2021113587A RU 2021113587 A RU2021113587 A RU 2021113587A RU 2772626 C1 RU2772626 C1 RU 2772626C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
hydraulic fracturing
well
fracture
intended
borehole
Prior art date
Application number
RU2021113587A
Other languages
English (en)
Inventor
Дмитрий Арефьевич Чупраков
Александра Борисовна Пещеренко
Original Assignee
Шлюмберже Текнолоджи Б.В.
Filing date
Publication date
Application filed by Шлюмберже Текнолоджи Б.В. filed Critical Шлюмберже Текнолоджи Б.В.
Application granted granted Critical
Publication of RU2772626C1 publication Critical patent/RU2772626C1/ru

Links

Images

Abstract

Изобретение относится к области нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано для интенсификации добычи нефти и газа из продуктивных пластов посредством проведения гидравлического разрыва пласта. Технический результат заключается в обеспечении возможности создания достаточно длинной трещины ГРП при гарантированном удержании роста трещины в высоту в желаемых границах. В соответствии с предлагаемым способом гидроразрыва пласта определяют верхнюю и нижнюю границы продуктивной зоны, предназначенной для проведения гидроразрыва пласта. Внутри продуктивной зоны по направлению максимального горизонтального напряжения пробуривают горизонтальную скважину, предназначенную для осуществления гидроразрыва, на минимально возможном расстоянии выше нижней границы продуктивной зоны, обеспечивающем прохождение скважины внутри продуктивной зоны. Также внутри продуктивной зоны по направлению действия максимального горизонтального напряжения пробуривают вспомогательную горизонтальную скважину, параллельную предназначенной для осуществления гидроразрыва скважине, на минимально возможном расстоянии ниже верхней границы продуктивной зоны, обеспечивающем прохождение вспомогательной скважины внутри продуктивной зоны. Осуществляют перфорацию предназначенной для гидроразрыва скважины в вертикальном направлении. Во вспомогательной скважине поднимают давление до давления ниже уровня инициации трещины при проведении гидроразрыва, при этом контролируя устойчивость ствола скважины, и проводят гидроразрыв пласта на предназначенной для осуществления гидроразрыва скважине, в результате которого образуется трещина гидроразрыва между верхней и нижней границами продуктивной зоны. 2 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

Description

Изобретение относится к области нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано для интенсификации добычи нефти и газа из продуктивных пластов посредством проведения гидравлического разрыва пласта.
Гидравлический разрыв пласта (ГРП) - это геолого-техническое мероприятие, во время которого в скважину нагнетается жидкость под высоким давлением, таким, что происходит инициация трещины гидроразрыва, то есть порода терпит разрыв и образуется трещина. Далее трещина закрывается на расклинивающий агент (пропант), кроме случаев кислотного ГРП, не предусматривающих использование пропанта. В процессе нагнетания жидкости трещина увеличивается в длину и высоту, формируя высокопроводящий канал, по которому нефть или газ способны поступать из пласта в скважину.
Рост трещин по высоте не всегда является желательным, особенно если продуктивный нефтеносный пласт имеет малую мощность и окружен водо- или газосодержащими пропластками. Проникновение трещины гидроразрыва в эти пропластки вызывает обводнение скважины либо прорыв газа, что делает скважину непригодной для добычи углеводородов и ведет к экономическим потерям.
Во избежание таких потерь рост трещины предварительно моделируют с учетом механических свойств пласта и напряженного состояния породы in situ (см., например, Cleary, М.P., Analysis of Mechanisms and Procedures for Producing Favourable Shapes of Hydraulic Fractures, SPE Annual Technical Conference and Exhibition, Society of Petroleum Engineers, 1980, c. 16; Fisher, K., and Warpinski, N., Hydraulic-Fracture-Height Growth: Real Data, SPE Production and Operations, 27(1), 2012, c. 8-19). Прогнозирование роста трещины в высоту- важная составляющая дизайна ГРП. Не всегда удается найти дизайн, который исключает прорыв трещины в нежелательные области, особенно если продуктивные пропластки существенно ограничены по высоте. В таких случаях прибегают либо к созданию небольших трещин, высота которых не позволяет достичь границ нежелательных слоев, либо отказываются от гидроразрыва вовсе. В первом случае может возникнуть проблема с транспортом пропанта и, следовательно, с проводимостью трещины. Также существует риск асимметричного роста трещин по высоте, который приведет к прорыву в газо- или водоносный пропласток. Во втором случае без проведения гидроразрыва невозможно достичь целевых экономических показателей. Все это делает проблему контроля высоты трещины достаточно серьезной.
В патенте США 10,738,578 описан способ удержания высоты трещины за счет слабой межслоевой границы. Недостатком предложенного в нем способа является отсутствие гарантии сдерживания роста трещины в высоту и контроля его человеком. Описанный в патенте механизм сдерживания обусловлен данными геологии и напряженного состояния пласта, а потому в зависимости от них может или сдерживать, или не сдерживать рост трещины в высоту.
Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в обеспечении возможности создания достаточно длинной трещины ГРП при гарантированном удержании роста трещины в высоту в желаемых границах.
Указанный технический результат достигается тем, что в соответствии с предлагаемым способом гидроразрыва пласта определяют верхнюю и нижнюю границы продуктивной зоны, предназначенной для проведения гидроразрыва пласта. Внутри продуктивной зоны по направлению максимального горизонтального напряжения пробуривают горизонтальную скважину, предназначенную для осуществления гидроразрыва, на минимально возможном расстоянии выше нижней границы продуктивной зоны, обеспечивающем прохождение скважины внутри продуктивной зоны. Также внутри продуктивной зоны по направлению действия максимального горизонтального напряжения пробуривают вспомогательную горизонтальную скважину, параллельную предназначенной для осуществления гидроразрыва скважине, на минимально возможном расстоянии ниже верхней границы продуктивной зоны, обеспечивающем прохождение вспомогательной скважины внутри продуктивной зоны. Осуществляют перфорацию предназначенной для гидроразрыва скважины в вертикальном направлении. Во вспомогательной скважине поднимают давление до давления ниже уровня инициации трещины при проведении гидроразрыва, при этом контролируя устойчивость ствола скважины, и проводят гидроразрыв пласта на предназначенной для осуществления гидроразрыва скважине.
Верхнюю и нижнюю границы продуктивной зоны определяют по каротажным или сейсмическим данным, или по имеющимся геологическим данным.
Давление в скважине до давления ниже уровня инициации трещины поднимают поверхностными или погружными насосами.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показано взаимное расположение скважины гидроразрыва и вспомогательной скважины в продуктивной зоне; на фиг. 2 показаны различные траектории вершины трещины при ее инициации под разными углами; на фиг. 3 показаны различные траектории вершины трещины при разных давлениях на забое вспомогательной скважины; на фиг. 4 показаны различные траектории вершины трещины при разных расстояниях по вертикали между скважиной гидроразрыва и вспомогательной скважиной; на фиг. 5 приведены различные траектории вершины трещины при разных расстояниях по горизонтали между скважиной гидроразрыва и вспомогательной скважиной.
Как показано на фиг. 1, в соответствии с предлагаемым способом гидроразрыва пласта любым из известных способов (например, по результатам каротажных, сейсмических измерений или по имеющимся геологическим данным) определяют верхнюю 1 и нижнюю 2 границы продуктивной зоны 3 пласта по глубине (TVD). Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы гарантировать распространение трещины гидроразрыва исключительно в пределах данной продуктивной зоны, то есть между верхней и нижней ее границами.
Внутри продуктивной зоны 3 пробуривают первую горизонтальную скважину 4 - скважину ГРП, то есть скважину, в которой будет осуществляться гидроразрыв. Скважину 4 пробуривают по направлению максимального горизонтального напряжения на минимально возможном расстоянии выше нижней 2 границы продуктивной зоны 3, обеспечивающем прохождение скважины внутри продуктивной зоны 3. Это расстояние выбирают из соображений надежности, чтобы применяющаяся технология бурения гарантировала прохождение скважины внутри продуктивной зоны 3. После этого, аналогично, на минимально возможном расстоянии ниже верхней границы продуктивной зоны 3, обеспечивающем прохождение скважины внутри продуктивной зоны 3, пробуривают вторую горизонтальную - вспомогательную - скважину 5 в том же направлении (параллельно скважине 4). Таким образом, нижняя 4 и верхняя 5 горизонтальные скважины располагаются в одном продуктивном пласте вблизи его нижней и верхней границ соответственно.
Осуществляют перфорацию 6 скважины 4 строго в вертикальном направлении.
Затем во вспомогательной скважине 5 определяют давление инициации трещины (например, с помощью специальных тестов, обычно выполняемых перед основной работой ГРП, например мини-ГРП - Economides, M.J., Nolte, K.G., 2000. Reservoir Stimulation. Wiley. https://doi.org/10.1017/CBO9781107415324.004; Smith, M.B., Montgomery, С.Т., 2015. Hydraulic Fracturing, https://doi.org/10.1201/b16287) или оценивают его из имеющихся геомеханических данных пласта. Далее любым из доступных способов (например, поверхностными или погружными насосами) в скважине 5 поднимают давление до уровня ниже давления инициации трещины. Этот уровень давления выбирают из соображений устойчивости ствола скважины. При нагнетании давления необходимо контролировать устойчивость ствола скважины (например, с помощью забойных датчиков давления или потока или другими имеющимися технологиями), чтобы избежать его разрушения (например, инициации трещины).
Далее на скважине 4 осуществляют ГРП. В ходе гидроразрыва трещина 7 выходит из скважины 4 и распространяется вертикально в направлении вспомогательной скважины 5, пока вершина 8 трещины не достигнет скважины 5, и тогда рост трещины в высоту останавливается. Таким образом, трещина полностью находится по высоте в пределах целевой продуктивной зоны между скважинами 4 и 5.
В качестве примера было смоделировано распространение трещины ГРП из горизонтальной скважины ГРП к горизонтальной вспомогательной скважине при осуществлении ГРП в соответствии с предлагаемым способом. Был выбран критерий распространения вершины трещины, основанный на ориентации минимального горизонтального напряжения, описанный в Berchenko, I., and Detournay, Е., Deviation of Hydraulic Fractures Through Poroelastic Stress Changes Induced by Fluid Injection and Pumping. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 34(6), 1997, стр. 1009-1019.
Решение для напряженного состояния пороупругой среды вокруг скважины взято в соответствии с Detournay, Е., and Cheng, A.H.-D., Poroelastic Response of a Borehole in a Non-hydrostatic Stress Field, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 25(3), 1988, стр. 171-182.
До бурения скважин 4 и 5 напряженное состояние пласта описывается следующим образом:
- ось Ох совпадает с направлением минимального горизонтального напряжения σххh;
- вертикальная ось Оу совпадает с направлением гидростатического давления σууv;
- ось Oz параллельна обеим скважинам и направлению максимального горизонтального напряжения σН. Напряжения σh, σv и σН являются главными; сдвиговые компоненты тензора напряжений равны нулю, то есть σхнух=0. p=p0 - невозмущенное значение порового давления.
Скважины 4 и 5 изменяют напряженное состояние породы в их окрестности. Поле напряжений вокруг скважин представляет собой суперпозицию напряжений до бурения скважин и напряжений, созданных при бурении. В результате направление главных напряжений и их значения изменяются. Траектория вершины трещины, таким образом, совпадает с направлением максимального сжимающего напряжения и не является прямолинейной, а отклоняется в сторону вспомогательной скважины 5.
Параметры симуляции, использованные при вычислении напряжений в пласте, указаны в табл. 1. Был использован хорошо известный критерий прочности на разрыв для контроля устойчивости ствола скважин (Detournay, Е., and Cheng, A.H.-D., Poroelastic Response of a Borehole in a Non-hydrostatic Stress Field, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 25(3), 1988, стр. 171-182). Значения забойного давления в скважинах были выбраны такими, чтобы ствол вспомогательной скважины 5 не разрушался.
Figure 00000001
В первом примере была смоделирована инициация трещины под разными углами, чтобы наблюдать эффект захвата трещины вспомогательной скважиной 5 даже при отклонении направления перфорационных отверстий от вертикального (см. фиг. 2). На фиг. 2 показаны различные траектории вершины трещины при ее инициации под разными углами. Если скважина 4 перфорирована строго вертикально (кривая А, фиг. 2), трещина распространяется вертикально, пока, наконец, не достигнет вспомогательной скважины 5 и не прекратит рост. Если трещина инициируется под углами, отклоненными от вертикального направления, поле напряжений, создаваемое скважинами, приводит к распространению трещины в направлении скважины 5 (кривые В и С на фиг. 2 показывают случаи возникновения трещины под углами 45° и 60° к вертикали). Этот пример подтверждает существование эффекта захвата трещины, описанного выше, даже если перфорационные отверстия в скважине 1 отклоняются от желаемого вертикального направления.
Во втором примере были использовали параметры, указанные в табл. 1, и осуществлялось изменение забойного давления во вспомогательной скважине 5, причем угол инициации трещины составлял 45°. На фиг. 3 показаны различные траектории вершины трещины при разных давлениях на забое вспомогательной скважины и продемонстрирован эффекта захвата трещины. С уменьшением давления в скважине 5 эффект захвата становится слабее, но не исчезает. Были выбраны значения давления, которые обеспечивали устойчивость ствола скважины (58 МПа для кривой D на фиг. 3, 55 МПа для кривой Е и 54 МПа для кривой F).
В третьем примере был смоделирован захват трещины для разных расстояний d между скважинами 4 и 5 по вертикали. На фиг. 4 показаны различные траектории вершины трещины при разных расстояниях по вертикали между скважиной 4 гидроразрыва и вспомогательной скважиной 5. Если зарождение трещины происходит под углом, близким к вертикальной оси, эффект захвата наблюдается во всех случаях. На фиг. 4 представлены траектории конца трещины для расстояния между скважинами по вертикали, равного 30, 20, 10 м (кривые G, Н, K, соответственно). Кривые, изображенные рядом, соответствуют трем независимым случаям.
В последнем примере изучался эффект захвата трещины для разных горизонтальных расстояний между скважинами. На фиг. 5 приведены различные траектории вершины трещины при разных расстояниях по горизонтали между скважиной 4 гидроразрыва и вспомогательной скважиной 5. Было установлено, что для горизонтальных расстояний, меньших или равных d, при выбранных параметрах симуляции происходит захват. Однако в таких случаях необходимо учитывать возможность так называемой извилистости трещины вблизи забоя. Извилистость трещины - это существенная смена направления распространения кончика трещины на коротком участке ее траектории. Извилистость трещины может привести к заметному падению дебитов. На фиг. 5 представлены сценарии распространения трещин для горизонтальных расстояний между скважинами 1,5, 10 м (кривые L, М, N, соответственно). Расстояние между скважинами по вертикали равно 10 м.

Claims (8)

1. Способ гидроразрыва пласта, в соответствии с которым:
- определяют верхнюю и нижнюю границы продуктивной зоны пласта, предназначенной для проведения гидроразрыва пласта,
- внутри продуктивной зоны по направлению действия максимального горизонтального напряжения пробуривают горизонтальную скважину, предназначенную для осуществления гидроразрыва, и вспомогательную горизонтальную скважину, параллельную предназначенной для осуществления гидроразрыва скважине, при этом скважину, предназначенную для осуществления гидроразрыва, пробуривают на минимально возможном расстоянии выше нижней границы продуктивной зоны, обеспечивающем прохождение скважины внутри продуктивной зоны, а вспомогательную горизонтальную скважину пробуривают на минимально возможном расстоянии ниже верхней границы продуктивной зоны, обеспечивающем прохождение вспомогательной скважины внутри продуктивной зоны,
- осуществляют перфорацию предназначенной для гидроразрыва скважины в вертикальном направлении,
- во вспомогательной скважине поднимают давление до давления ниже уровня инициации трещины при проведении гидроразрыва, при этом контролируя устойчивость ствола скважины, и
проводят гидроразрыв пласта на предназначенной для осуществления гидроразрыва скважине, в результате которого образуется трещина гидроразрыва между верхней и нижней границами продуктивной зоны.
2. Способ гидроразрыва пласта по п. 1, в соответствии с которым верхнюю и нижнюю границы продуктивной зоны определяют по каротажным, сейсмическим или геологическим данным.
3. Способ гидроразрыва пласта по п. 1, в соответствии с которым давление в скважине поднимают поверхностными или погружными насосами.
RU2021113587A 2021-05-13 Способ гидроразрыва пласта RU2772626C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2772626C1 true RU2772626C1 (ru) 2022-05-23

Family

ID=

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1719660A1 (ru) * 1990-03-28 1992-03-15 Красноярский Горный Отдел Института Горного Дела Со Ан Ссср Способ гидроразрыва горных пород
SU1827007A3 (ru) * 1990-06-28 1993-07-07 Бakулиh Ahдpeй Bиktopobич Способ импульсного гидроразрыва породного массива
RU2176021C2 (ru) * 1998-06-11 2001-11-20 Сохошко Сергей Константинович Способ образования направленной вертикальной или горизонтальной трещины при гидроразрыве пласта
US7069994B2 (en) * 2003-03-18 2006-07-04 Cooke Jr Claude E Method for hydraulic fracturing with squeeze pressure
RU2335628C2 (ru) * 2006-07-18 2008-10-10 Открытое акционерное общество "Нефтяная компания "ЛУКОЙЛ" Способ проведения локального направленного гидроразрыва пласта
RU2374438C2 (ru) * 2007-12-21 2009-11-27 Шлюмберже Текнолоджи Б.В. Способ контроля развития трещины гидроразрыва пласта и ее геометрии
RU2522677C2 (ru) * 2012-09-27 2014-07-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук (ИГД СО РАН) Способ направленного гидроразрыва массива горных пород
RU2547848C2 (ru) * 2013-01-16 2015-04-10 Открытое акционерное общество "Нефтяная компания "Роснефть" Способ разработки нефтяных низкопроницаемых залежей
RU2561420C1 (ru) * 2014-07-31 2015-08-27 Открытое акционерное общество "Нефтяная компания "Роснефть" Способ гидравлического разрыва пласта в двух параллельных горизонтальных стволах скважин
RU2591999C1 (ru) * 2015-04-21 2016-07-20 Шлюмберже Текнолоджи Б.В. Способ ориентирования трещин гидравлического разрыва в подземном пласте, вскрытом горизонтальными стволами
WO2018129136A1 (en) * 2017-01-04 2018-07-12 Schlumberger Technology Corporation Reservoir stimulation comprising hydraulic fracturing through extnded tunnels

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1719660A1 (ru) * 1990-03-28 1992-03-15 Красноярский Горный Отдел Института Горного Дела Со Ан Ссср Способ гидроразрыва горных пород
SU1827007A3 (ru) * 1990-06-28 1993-07-07 Бakулиh Ahдpeй Bиktopobич Способ импульсного гидроразрыва породного массива
RU2176021C2 (ru) * 1998-06-11 2001-11-20 Сохошко Сергей Константинович Способ образования направленной вертикальной или горизонтальной трещины при гидроразрыве пласта
US7069994B2 (en) * 2003-03-18 2006-07-04 Cooke Jr Claude E Method for hydraulic fracturing with squeeze pressure
RU2335628C2 (ru) * 2006-07-18 2008-10-10 Открытое акционерное общество "Нефтяная компания "ЛУКОЙЛ" Способ проведения локального направленного гидроразрыва пласта
RU2374438C2 (ru) * 2007-12-21 2009-11-27 Шлюмберже Текнолоджи Б.В. Способ контроля развития трещины гидроразрыва пласта и ее геометрии
RU2522677C2 (ru) * 2012-09-27 2014-07-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук (ИГД СО РАН) Способ направленного гидроразрыва массива горных пород
RU2547848C2 (ru) * 2013-01-16 2015-04-10 Открытое акционерное общество "Нефтяная компания "Роснефть" Способ разработки нефтяных низкопроницаемых залежей
RU2561420C1 (ru) * 2014-07-31 2015-08-27 Открытое акционерное общество "Нефтяная компания "Роснефть" Способ гидравлического разрыва пласта в двух параллельных горизонтальных стволах скважин
RU2591999C1 (ru) * 2015-04-21 2016-07-20 Шлюмберже Текнолоджи Б.В. Способ ориентирования трещин гидравлического разрыва в подземном пласте, вскрытом горизонтальными стволами
WO2018129136A1 (en) * 2017-01-04 2018-07-12 Schlumberger Technology Corporation Reservoir stimulation comprising hydraulic fracturing through extnded tunnels

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10422207B2 (en) Methods for creating multiple hydraulic fractures in oil and gas wells
US7559373B2 (en) Process for fracturing a subterranean formation
US9494025B2 (en) Control fracturing in unconventional reservoirs
US4869322A (en) Sequential hydraulic fracturing of a subsurface formation
US10030491B2 (en) Method for increasing gas recovery in fractures proximate fracture treated wellbores
US8061427B2 (en) Well product recovery process
US7401652B2 (en) Multi-perf fracturing process
RU2526937C1 (ru) Способ разработки низкопроницаемой нефтяной залежи
US9840900B2 (en) Process for inhibiting flow of fracturing fluid in an offset wellbore
US10087737B2 (en) Enhanced secondary recovery of oil and gas in tight hydrocarbon reservoirs
WO2019191349A1 (en) An integrated data driven platform for completion optimization and reservoir characterization
Pandey et al. New fracture-stimulation designs and completion techniques result in better performance of shallow Chittim Ranch wells
US6135205A (en) Apparatus for and method of hydraulic fracturing utilizing controlled azumith perforating
US3612608A (en) Process to establish communication between wells in mineral formations
RU2592582C1 (ru) Способ гидравлического разрыва пласта
RU2772626C1 (ru) Способ гидроразрыва пласта
Serdyuk et al. Multistage Stimulation of Sidetrack Wellbores Utilizing Fiber-Enhanced Plugs Proves Efficient for Brown Oil Fields Development
Humoodi et al. Implementation of Hydraulic Fracturing Operation for a Reservoir in KRG
CA2517497C (en) Well product recovery process
RU2733869C1 (ru) Способ разработки доманикового нефтяного пласта
RU2657052C1 (ru) Способ испытания и освоения флюидонасыщенного пласта-коллектора трещинного типа (варианты)
RU2726694C1 (ru) Способ разработки многопластовой нефтяной залежи с применением гидравлического разрыва пласта
CN112360424B (zh) 穿层压裂方法、装置、设备及可读存储介质
RU2549942C1 (ru) Способ разработки многократным гидроразрывом низкопроницаемого нефтяного пласта
Das et al. A review on effective hydraulic fracturing design: route to the enhanced recovery from unconventional reservoirs