RU2776516C1 - Method for developing a productive low-permeability reservoir - Google Patents

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: invention relates to the oil and gas industry, in particular to the production of oil from productive low-permeability formations. A method for developing a productive low-permeability reservoir includes selecting microwave treatment parameters individually for each well, pretreating the well with hydraulic stimulation to create microfractures in the reservoir along the entire length of the horizontal well, then permanently placing a downhole tool in the horizontal well with at least one microwave emitter to heat the oil formation connected to the ground power and control unit via an umbilical. The formation is heated by microwave treatment by means of a downhole tool. The downhole tool is moved along the horizontal well in forward and reverse directions, oil is extracted from the well using a pump. Preliminary treatment of the formation is carried out in the form of a multi-stage hydraulic fracturing with injection of a material with metal-containing nanoparticles that weds and passes through the production of the formation, heated at a certain frequency, which is chosen as the parameters for microwave stimulation of the formation with a total emitter power of at least 90 kW. An oil recovery pump is also lowered into the well with a downhole tool.

EFFECT: proposed method for developing a productive low-permeability reservoir allows expanding its functionality in order to use it for the production of light oil from low-permeability reservoirs, reduce material costs by using one horizontal well for heating and production, and effectively heat the reservoir to extract hard-to-recover oil from low-permeability reservoirs. formation due to preliminary hydraulic fracturing with injection of a proppant with metal-containing nanoparticles, heated at a certain frequency.

2 cl

Description

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к добыче нефти из продуктивных низкопроницаемых пластов.The invention relates to the oil and gas industry, in particular to the production of oil from productive low-permeability formations.

Известен способ разработки продуктивного низкопроницаемого пласта (патент RU № 2732936, МПК E21B 43/18, опубл. 24.09.2020 Бюл. № 27), включающий закачку после падения пластового давления до заданного значения или ниже через скважину вытесняющего агента в газообразном состоянии под давлением, обеспечивающим максимально возможный радиус поршневого вытеснения продукции пласта до точки фазового перехода газообразного состояния в жидкость, определяемого термобарическими пластовыми условиями, с дальнейшим переходом на режим смешивающего вытеснения, причем закачку жидкости в газообразной фазе и отбор продукции осуществляют в циклическом режиме, при этом до начала эксплуатации скважины проводят исследования кернов из данного продуктивного пласта для определения граничной температуры продукции пласта, выше которой происходит увеличение процентного содержания насыщенных углеводородов в продукции пласта, а также определение заданного значения давления, при котором при температуре нагрева призабойной зоны пласта происходит фазовый переход легких фракций продукции пласта и/или связанной воды, находящейся в продукции пласта, в газообразное состояние - пар и обратно в жидкость, после чего в горизонтальный участок и/или участок с восходящим забоем скважины спускают теплообменник, через который прокачивают теплоноситель с температурой не менее граничной температуры, причем вытеснение продукции пласта к забою скважины обеспечивается парами легких фракций и/или воды, нагреваемыми теплообменником, а после снижения температуры под воздействием вакуума, создаваемого при фазовом переходе паров обратно в жидкое состояние, в призабойной зоне скважины формируется сеть трещин, увеличивающих охват пласта.A known method for the development of a productive low-permeability reservoir (patent RU No. 2732936, IPC E21B 43/18, publ. 24.09.2020 Bull. No. 27), including injection after the reservoir pressure drops to a predetermined value or lower through the well of a displacing agent in a gaseous state under pressure, ensuring the maximum possible radius of piston displacement of reservoir products up to the point of phase transition of the gaseous state into a liquid, determined by thermobaric reservoir conditions, with a further transition to the mixing displacement mode, moreover, the injection of liquid in the gaseous phase and the selection of products are carried out in a cyclic mode, while before the start of well operation study cores from this reservoir to determine the boundary temperature of the reservoir product, above which the percentage of saturated hydrocarbons in the reservoir product increases, as well as to determine the set pressure value at which, at the heating temperature, the bottomhole in the formation zone, a phase transition of light fractions of the formation production and / or bound water in the formation production occurs into a gaseous state - steam and back into a liquid, after which a heat exchanger is lowered into the horizontal section and / or section with an ascending well bottomhole, through which a coolant with a temperature not less than the boundary temperature, and the displacement of formation production to the bottom of the well is provided by vapors of light fractions and / or water heated by a heat exchanger, and after the temperature decreases under the influence of vacuum created during the phase transition of vapors back to a liquid state, a a network of fractures that increase reservoir coverage.

Недостатками данного способа являются большие затраты энергии, так как невозможно осуществлять прогрев по выбранным зонам, и необходим постоянный контроль за фазовым переходом пар-жидкость и наоборот, что при выходе из строя одного их датчиков может привести к резкому снижению эффективности его применения.The disadvantages of this method are high energy costs, since it is impossible to carry out heating in selected zones, and constant monitoring of the vapor-liquid phase transition is necessary and vice versa, which, if one of the sensors fails, can lead to a sharp decrease in the efficiency of its use.

Наиболее близким по технической сущности является способ и устройство комплексного воздействия для добычи тяжелой нефти и битумов с помощью волновой технологии (патент RU № 2696740, МПК E21B 43/26, E21B 43/25, E21B 28/00, E21B 43/24, опубл. 05.08.2019 Бюл. № 22), в котором осуществляется способ комплексного воздействия и добычи высоковязкой, тяжелой нефти или битумов, включающий подбор параметров электрогидравлического, микроволнового и плазменного воздействия индивидуально для каждой скважины, предварительную обработку низкочастотным электрогидравлическим воздействием горизонтальной скважины электрогидравлическим прибором с плазменным разрядником направленного действия для создания микротрещин в пласте в верхнем и боковом направлениях по всей длине скважины, последующее размещение на постоянной основе в горизонтальной скважине скважинного прибора с попеременно чередующимися микроволновыми и акустическими излучателями для нагрева нефтяного пласта, соединенного с наземным блоком питания и управления посредством шлангокабеля, осуществляют нагрев пласта обработкой микроволнами и акустическими волнами, посредством скважинного прибора с чередующимися микроволновыми и акустическими излучателями, при этом скважинный прибор последовательно перемещают вдоль горизонтальной скважины в прямом и обратном направлении, и извлекают нефть или битумы из скважины с помощью насоса и шлангокабеля после прогрева пласта до температуры 60 - 80°С, и прекращают микроволновое и акустическое воздействие при достижении температуры 120 - 130°С.The closest in technical essence is a method and device for complex impact for the production of heavy oil and bitumen using wave technology (patent RU No. 08/05/2019 Bull. No. 22), in which the method of complex stimulation and production of high-viscosity, heavy oil or bitumen is carried out, including the selection of parameters of electro-hydraulic, microwave and plasma effects individually for each well, pre-treatment with low-frequency electro-hydraulic effects of a horizontal well with an electro-hydraulic device with a plasma discharger directional action to create microcracks in the reservoir in the upper and lateral directions along the entire length of the well, subsequent placement on a permanent basis in a horizontal well of a downhole tool with alternating microwave and acoustic emitters for heating the oil reservoir, connected to a ground power unit and control by means of an umbilical, the formation is heated by treatment with microwaves and acoustic waves, by means of a downhole tool with alternating microwave and acoustic emitters, while the downhole tool is sequentially moved along a horizontal well in the forward and reverse direction, and oil or bitumen is extracted from the well using a pump and umbilical after heating the formation to a temperature of 60 - 80°C, and stop the microwave and acoustic impact when the temperature reaches 120 - 130°C.

Недостатками данного способа являются узкая область применения (только для добычи тяжелой нефти и битумов), большие материальные затраты, связанные с необходимостью строительства двух скважин, низкая эффективность и, как следствие, большие затраты энергии из-за большого рассеивания волновой энергии, связанное с большой неравомерностью продуктивного пласта как по составу, так и по плотности.The disadvantages of this method are a narrow scope (only for the production of heavy oil and bitumen), high material costs associated with the need to build two wells, low efficiency and, as a result, high energy costs due to the large dissipation of wave energy associated with a large unevenness reservoir both in terms of composition and density.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание способа разработки продуктивного низкопроницаемого пласта, позволяющего расширить его функциональные возможности, чтобы применять его для добычи в том числе и легкой нефти из низкопроницаемых пластов, снизить материальные затраты за счет использования для прогрева и добычи одной горизонтальной скважины, и эффективно прогревать пласт для извлечения трудноизвлекаемой нефти из низкопроницаемого пласта за счет предварительных гидроразрывов пласта с закачкой расклинивающего материала с металлосодержащими наночастицами, нагревающимся при определенной частоте.The technical objective of the invention is to create a method for developing a productive low-permeability reservoir, which allows expanding its functionality in order to use it for the production of light oil from low-permeability reservoirs, to reduce material costs by using one horizontal well for heating and production, and to effectively heat reservoir for extracting hard-to-recover oil from a low-permeability reservoir due to preliminary hydraulic fracturing with injection of a proppant with metal-containing nanoparticles, heated at a certain frequency.

Техническая задача решается способом разработки продуктивного низкопроницаемого пласта, включающим подбор параметров микроволнового воздействия индивидуально для каждой скважины, предварительную обработку гидравлическим воздействием скважины для создания микротрещин в пласте по всей длине горизонтальной скважины, последующее размещение на постоянной основе в горизонтальной скважине скважинного прибора с как минимум одним микроволновым излучателем для нагрева нефтяного пласта, соединенного с наземным блоком питания и управления посредством шлангокабеля, осуществляют нагрев пласта обработкой микроволнами, посредством скважинного прибора, при этом скважинный прибор перемещение вдоль горизонтальной скважины в прямом и обратном направлении, и извлечение нефти из скважины с помощью насоса.The technical problem is solved by a method for developing a productive low-permeability formation, including the selection of microwave exposure parameters individually for each well, pre-treatment with hydraulic impact of the well to create microfractures in the formation along the entire length of the horizontal well, and subsequent placement on a permanent basis in a horizontal well of a downhole tool with at least one microwave with an emitter for heating an oil formation connected to a ground power and control unit via an umbilical, the formation is heated by microwave treatment by means of a downhole tool, while the downhole tool is moved along a horizontal well in the forward and reverse direction, and oil is extracted from the well using a pump.

Новым является то, что предварительную обработку пласта осуществляют в виде многостадийного гидравлического разрыва пласта с закачкой в образующие трещины расклинивающего и пропускающего через себя продукцию пласта материала с металлосодержащими наночастицами, нагревающегося при определенной частоте, которую и выбирают в качестве параметров для микроволнового воздействия на пласт с общей мощностью излучателей не менее 90 кВт, при этом насос для извлечения нефти также спускают в скважину с скважинным прибором.What is new is that the pre-treatment of the formation is carried out in the form of a multi-stage hydraulic fracturing with injection of a material with metal-containing nanoparticles that weds and passes through the formation, which is heated at a certain frequency, which is chosen as the parameters for microwave stimulation of the formation with a total emitters with a power of at least 90 kW, while the oil recovery pump is also lowered into the well with a downhole tool.

Новым является также то, что в качестве расклинивающего материала используют кварцевый песок или проппант с 10 - 30 % металлосодержащих наночастиц.It is also new that quartz sand or proppant with 10–30% metal-containing nanoparticles is used as proppant.

Способ реализуется в следующей последовательности.The method is implemented in the following sequence.

В лабораторных условиях металлосодержащие (железо, никель, кальций, медь и т.п., а также их солей) наночастицы производят подбор параметров микроволнового воздействия, а именно: определяют частоту микроволнового излучения, при которой происходит максимальный нагрев этих частиц при минимальных затратах энергии. После чего производят настройку одного или нескольких микроволновых излучателей, входящих в состав скважинного прибора, на определенную в лабораторных условиях частоту. Скважный прибор собирают из одного микроволнового излучателя или нескольких последовательно соединенных излучателей, чтобы обеспечить суммарную мощность излучателя не менее 90 кВт, так как эмпирическим путем определили, что при меньшей мощности невозможно добиться прогрева продуктивного пласта для обеспечения промышленной добычи его продукции. Также определяют процент объемного количества металлических наночастиц в расклинивающем материале: 10 - 30%, так как при более 30% значительно повышается стоимость этого материала и снижается его проницаемость, а ниже 10 % - снижается эффективность прогрева пласта скважинным прибором. Любое промежуточное значение от 10 % до 30 % металлических наночастиц в расклинивающем материале не влияют на процессы, происходящие в пласте под действием волнового воздействия скважинным прибором, что очень важно при закачке расклинивающего материала в образующиеся при гидроразрывах трещины, суммарный объем которых точно в каждом конкретном случае невозможно определить (только вероятностные значения, что достаточно для поучения необходимой эффективной концентрации наночастиц в расклинивающем материала при таком разбросе параметров). В качестве носителя в расклинивающем материале на месторождениях Республики Татарстан (РТ) используют кварцевый песок или проппант, которые доказали свою эффективность при гидроразрывах пласта.Under laboratory conditions, metal-containing (iron, nickel, calcium, copper, etc., as well as their salts) nanoparticles select the parameters of microwave exposure, namely: they determine the frequency of microwave radiation at which the maximum heating of these particles occurs with minimal energy consumption. After that, one or more microwave emitters, which are part of the downhole tool, are tuned to a frequency determined in laboratory conditions. The downhole tool is assembled from one microwave emitter or several series-connected emitters to provide a total emitter power of at least 90 kW, since it was empirically determined that with a lower power it is impossible to achieve heating of the productive formation to ensure the industrial production of its products. The percentage of the volumetric amount of metal nanoparticles in the proppant is also determined: 10 - 30%, since at more than 30% the cost of this material increases significantly and its permeability decreases, and below 10%, the efficiency of formation heating by a downhole tool decreases. Any intermediate value from 10% to 30% of metal nanoparticles in the proppant does not affect the processes occurring in the reservoir under the action of the wave action of the downhole tool, which is very important when pumping the proppant into the fractures formed during hydraulic fracturing, the total volume of which is exactly in each specific case impossible to determine (only probabilistic values, which is sufficient to obtain the necessary effective concentration of nanoparticles in the proppant with such a spread of parameters). As a proppant carrier in the fields of the Republic of Tatarstan (RT), quartz sand or proppant is used, which have proven their effectiveness in hydraulic fracturing.

Для воздействия и разрушения (деструкции) на тяжелые фракции нефти и/или креоген (если они по анализам кернов находятся в продукции пласта), которые незначительно повышают текучесть при прогреве не растворяются обычными органическими растворителями благодаря своей высокой молекулярной массе (более 1000 г/моль), на них необходимо воздействие определенными частотами (авторы на это не претендуют). Наиболее эффективной для деструкции длинных цепочек малоподвижной фракции нефти и/или керогена является частота 2,45 ГГц (Bogdashov A. A., Krapivnitskaya T. O., Peskov N. Yu. Simulation of microwave pyrolysis of peat // Proceedings of the 28th International Conference "Microwave and Telecommunication Technology",v.6, p. 1381-1387). Такая частота является эффективной для нагрева наночастиц Fe и Ni (железа и никеля) в составе металла или сплава с небольшим содержанием (до 10%) их оксидов (Achinta Bera, Tayfun Babadagli Effect of native and injected nano-particles on the efficiency of heavy oil recovery by radio frequency electromagnetic heating Journal of Petroleum Science and Engineering 153 (2017) 244-256), которые и выбирают в таких случаях (авторы на это не претендуют).For impact and destruction (destruction) on heavy fractions of oil and/or creogen (if they are in the reservoir production according to core analysis), which slightly increase fluidity during heating, they are not dissolved by conventional organic solvents due to their high molecular weight (more than 1000 g/mol) , they need to be affected by certain frequencies (the authors do not pretend to do this). The most effective for the destruction of long chains of a low-mobility fraction of oil and / or kerogen is a frequency of 2.45 GHz (Bogdashov A. A., Krapivnitskaya T. O., Peskov N. Yu. Simulation of microwave pyrolysis of peat // Proceedings of the 28th International Conference "Microwave and Telecommunication Technology ", v.6, p. 1381-1387). This frequency is effective for heating Fe and Ni nanoparticles (iron and nickel) in the composition of a metal or alloy with a low content (up to 10%) of their oxides (Achinta Bera, Tayfun Babadagli Effect of native and injected nano-particles on the efficiency of heavy oil recovery by radio frequency electromagnetic heating Journal of Petroleum Science and Engineering 153 (2017) 244-256), which are chosen in such cases (the authors do not pretend to do so).

После строительства в пласте горизонтальной скважины, в ней по всей длине размещают на оптоволоконном кабеле датчиков температуры (авторы не претендуют). Осуществляют предварительную обработку пласта в виде многостадийного гидравлического разрыва пласта с закачкой в образующие трещины расклинивающего и пропускающего через себя продукцию пласта материала с подобранными в лабораторных условиях металлосодержащими наночастицами в объеме 10 - 30 % от материала носителя расклинивающего материала. Для этого в носитель расклинивающего материала при помощи смесителя вводят в необходимом количестве выбранные металлосодержащие наночастицы. Последующее размещение на постоянной основе в горизонтальной скважине насоса совместно со скважинным прибором, имеющим с как минимум один микроволновый излучатель суммарной мощности не менее 90 кВт для нагрева продуктивного пласта. При этом скважинный прибор соединен с наземным блоком питания и управления посредством шлангокабеля. Осуществляют нагрев пласта металлосодержащими наночастицами обработкой микроволнами, посредством скважинного прибора, при этом скважинный прибор перемещают в горизонтальной скважине в прямом и обратном направлении, а извлечение продукции из этой скважины осуществляют с помощью насоса. Перемещение скважинного прибора производят в наименее нагретые интервалы горизонтальной скважины, определяемые датчиками температуры в добывающей скважине (авторы на это не претендуют).After the construction of a horizontal well in the reservoir, temperature sensors are placed along the entire length of the well on a fiber optic cable (the authors do not claim). The formation is pre-treated in the form of a multi-stage hydraulic fracturing with injection of a wedging material and a material passing through itself into the formation cracks with metal-containing nanoparticles selected in laboratory conditions in a volume of 10-30% of the material of the proppant carrier material. To do this, the selected metal-containing nanoparticles are introduced into the proppant carrier using a mixer in the required amount. Subsequent placement on a permanent basis in a horizontal well of a pump together with a downhole tool having at least one microwave emitter with a total power of at least 90 kW to heat the productive formation. At the same time, the downhole tool is connected to the ground power and control unit via an umbilical. The formation is heated with metal-containing nanoparticles by microwave treatment, by means of a downhole tool, while the downhole tool is moved in a horizontal well in the forward and reverse direction, and the extraction of products from this well is carried out using a pump. The downhole tool is moved to the least heated intervals of the horizontal well, determined by temperature sensors in the production well (the authors do not claim this).

Как показали практические исследования: затраты на строительство скважин снизились в 2,25 - 2,5 раза (так как строительство параллельной скважины требует использования дорогого навигационного оборудования при бурении, снижая при этом скорость проходки), нагрев выбранного интервала пласта за счет металлических наночастиц скважинным прибором в прискважинной зоне, напротив которого прибор установлен в скважине, достигает в зависимости от металла и солей в наночастицах 145°С за 15 - 30 мин, 230°С - за 60 - 90 мин (чем более магнитомягкий материал - особенно металлы и сплавы с содержанием Fe, тем быстрее идет прогрев). При нагреве выше температуры кипения фракций продукции пласта, резко повышается давления в изолированных порах, разрушая их стенки увеличивая охват пласта и, как следствие, повышая коэффициент извлечения нефти из него. При этом увеличивается содержание легких алканов С10-С16 относительно высокомолекулярных гомологов С23-С29 до 30% при обработке частотой 2,45±5% ГГц. По сравнению с наиболее близким аналогом для достижения аналогичных результатов при предлагаемом способе затрачивается в 4 - 6 раз меньше электрической энергии.As practical studies have shown: well construction costs have decreased by 2.25 - 2.5 times (since the construction of a parallel well requires the use of expensive navigation equipment during drilling, while reducing the rate of penetration), heating the selected reservoir interval due to metal nanoparticles with a downhole tool in the near-wellbore zone, opposite which the device is installed in the well, it reaches, depending on the metal and salts in the nanoparticles, 145°C in 15–30 min, 230°C in 60–90 min (than a softer magnetic material, especially metals and alloys containing Fe, the faster the heating goes). When heated above the boiling point of the formation product fractions, the pressure in the isolated pores increases sharply, destroying their walls, increasing the coverage of the formation and, as a result, increasing the oil recovery factor from it. This increases the content of light alkanes C10-C16 relative to high-molecular homologues C23-C29 up to 30% when treated with a frequency of 2.45±5% GHz. In comparison with the closest analogue, to achieve similar results, the proposed method consumes 4 to 6 times less electrical energy.

Предлагаемый способ разработки продуктивного низкопроницаемого пласта позволяет расширить его функциональные возможности, чтобы применять его для добычи в том числе и легкой нефти из низкопроницаемых пластов, снизить материальные затраты за счет использования для прогрева и добычи одной горизонтальной скважины, и эффективно прогревать пласт для извлечения трудноизвлекаемой нефти из низкопроницаемого пласта за счет предварительных гидроразрывов пласта с закачкой расклинивающего материала с металлосодержащими наночастицами, нагревающимся при определенной частоте.The proposed method for the development of a productive low-permeability reservoir allows expanding its functionality in order to use it for the production of light oil from low-permeability reservoirs, reduce material costs by using one horizontal well for heating and production, and effectively heat the reservoir to extract hard-to-recover oil from low-permeability reservoir due to preliminary hydraulic fracturing with injection of proppant with metal-containing nanoparticles, heated at a certain frequency.

Claims (2)

1. Способ разработки продуктивного низкопроницаемого пласта, включающий подбор параметров микроволнового воздействия индивидуально для каждой скважины, предварительную обработку гидравлическим воздействием скважины для создания микротрещин в пласте по всей длине горизонтальной скважины, последующее размещение на постоянной основе в горизонтальной скважине скважинного прибора с как минимум одним микроволновым излучателем для нагрева нефтяного пласта, соединенного с наземным блоком питания и управления посредством шлангокабеля, осуществляют нагрев пласта обработкой микроволнами посредством скважинного прибора, при этом скважинный прибор перемещают вдоль горизонтальной скважины в прямом и обратном направлении, и извлечение нефти из скважины с помощью насоса, отличающийся тем, что предварительную обработку пласта осуществляют в виде многостадийного гидравлического разрыва пласта с закачкой в образующиеся трещины расклинивающего и пропускающего через себя продукцию пласта материала с металлосодержащими наночастицами, нагревающегося при определенной частоте, которую и выбирают в качестве параметров для микроволнового воздействия на пласт с общей мощностью излучателей не менее 90 кВт, при этом насос для извлечения нефти также спускают в скважину со скважинным прибором.1. A method for developing a productive low-permeability reservoir, including selecting microwave treatment parameters individually for each well, pre-treatment with hydraulic stimulation of the well to create microfractures in the reservoir along the entire length of a horizontal well, and then permanently placing a downhole tool with at least one microwave emitter in a horizontal well to heat the oil reservoir connected to the ground power and control unit by means of an umbilical, the formation is heated by microwave treatment by means of a downhole tool, while the downhole tool is moved along a horizontal well in the forward and reverse direction, and oil is extracted from the well using a pump, characterized in that that the pre-treatment of the formation is carried out in the form of a multi-stage hydraulic fracturing with the injection of a material with a metal containing nanoparticles, heated at a certain frequency, which is chosen as the parameters for microwave stimulation of the formation with a total emitter power of at least 90 kW, while the oil recovery pump is also lowered into the well with a downhole tool. 2. Способ разработки продуктивного низкопроницаемого пласта по п. 1, отличающийся тем, что в качестве расклинивающего материала используют кварцевый песок или проппант с объемным количеством 10-30% металлосодержащих наночастиц в расклинивающем материале.2. A method for developing a productive low-permeability formation according to claim 1, characterized in that quartz sand or proppant with a volume amount of 10-30% of metal-containing nanoparticles in the proppant is used as a proppant.