способ направленного гидравлического разрыва пласта

Формула изобретения

Способ направленного гидравлического разрыва пласта, включающий спуск в скважину устройства для прорезания щелей в обсадной трубе, закачку абразивной жидкости разрыва, суспензии жидкости-носителя с закрепляющим материалом и продавочной жидкости с темпом, обеспечивающим давление на забое выше давления разрыва пласта, технологическую выдержку и ввод скважины в эксплуатацию, отличающийся тем, что в обсадной колонне прорезают щель, имеющую кольцевое сечение и конусоидальный профиль для обеспечения гидромониторного эффекта при закачке жидкостей через щель в обсадной колонне, прорезают жидкостью кольцевую щель конической формы в цементном камне и горной породе в плоскости, перпендикулярной оси обсадной трубы, затем эту щель углубляют, после чего приступают к закачке жидкости разрыва.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано для повышения производительности как вновь вводимых, так и действующих добывающих и нагнетательных скважин.

Известен способ гидроразрыва пласта, включающий спуск в скважину колонны насосно-компрессорных труб с пакером и его установку, последовательную закачку в колонну насосно-компрессорных труб жидкости разрыва, суспензии жидкости-носителя с закрепляющим материалом и продавочной жидкости с темпом закачки, обеспечивающим давление на забое скважины выше давления разрыва пласта, технологическую выдержку и ввод скважины в эксплуатацию [1].

Использование этого способа приводит к образованию трещин, преимущественно вертикального направления, которые могут пересекать водоносные горизонты и тем самым не дать положительных результатов.

Более эффективным является направленный гидравлический разрыв пласта, обеспечивающий образование трещин внутри продуктивного пласта.

Известен способ создания трещины гидроразрыва в заданном интервале пласта и устройство для его осуществления [2], заключающийся в том, что в скважину опускают гидроабразивный перфоратор с насадками и шаровым клапаном, устанавливают клапанный шар, опрессовывают колонну насосно-компрессорных труб, проводят прорезание перфорированных каналов, извлекают клапанный шар, спускают в скважину пакер, производят его посадку над пластом и затем гидроразрыв пласта, причем спуск в скважину перфоратора и пакера осуществляют одновременно, при этом опрессовку колонны насосно-компрессорных труб проводят на давлении гидроразрыва.

Известен также способ направленного гидроразрыва горных пород [3], заключающийся в бурении скважины до уровня гидроразрыва и подаче в нее жидкости под давлением, причем в районе гидроразрыва размещают не менее двух когерентных источников энергии на некотором расстоянии от центра и вызывают колебания массива источниками по достижении давления в скважине на уровне не менее 90% от предела прочности горных пород на разрыв с учетом веса толщи вышележащих пород.

Недостатками указанных способов является сложность реализации и недостаточная эффективность проведения операций.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по совокупности признаков (прототипом) является способ гидравлического разрыва пласта [4], включающий спуск в скважину на заданную глубину гидропескоструйного перфоратора с вращателем, прорезание щелей в горизонтальной плоскости продуктивного пласта, подъем перфоратора с вращателем, спуск в скважину колонны насосно-компрессорных труб с пакером и его установку, последовательную закачку в колонну насосно-компрессорных труб жидкости разрыва, суспензии жидкости-носителя с закрепляющим материалом и продавочной жидкости с темпом закачки, обеспечивающим давление на забое скважины выше давления разрыва пласта, технологическую выдержку и ввод скважины в эксплуатацию, при этом жидкость разрыва закачивают в объеме, обеспечивающем создание трещины гидрорразрыва длиной, равной предварительно определенному радиусу прискважинной зоны пласта сниженной проницаемости, затем уменьшением темпа закачки снижают забойное давление ниже давления разрыва пласта и при этом темпе закачивают в колонну насосно-компрессорных труб суспензию жидкости-носителя с закрепляющим материалом в объеме созданной трещины, после чего увеличением темпа закачки поднимают забойное давление выше давления разрыва пласта и закачивают продавочную жидкость в объеме, равном объему колонны насосно-компрессорных труб и части обсадной колонны от низа насосно-компрессорных труб до прорезанных щелей.

Недостатком указанного способа является недостаточная эффективность проведенных операций.

Цель данного изобретения - устранение указанных недостатков.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе щель, прорезанная в обсадной колонне, имеет кольцевое сечение и конусоидальный профиль, обеспечивающий гидромониторный эффект при закачке жидкостей.

Выполнение по предлагаемому способу в обсадной колонне щели обеспечивает положительный эффект за счет того, что жидкость, нагнетаемая через насосно-компрессорные трубы, попадает в пласт через щель в обсадной колонне в виде тонкой струи и вымывает в горной породе кольцевую проточку в форме конуса, вершина которого находится внутри горной породы. В зависимости от размеров щели и прочности горных пород максимальная энергия истекающей жидкости будет зависеть от расхода жидкости при скорости 50-70 м/с. Максимальная энергия будет на расстоянии 5-7 см. С увеличением скорости струи глубина щели увеличивается. При этом в вершине конуса наблюдается максимальная концентрация напряжений, приводящая к тому, что раскрытие трещины гидроразрыва будет происходить в плоскости, перпендикулярной оси трубы и проходящей через вершину конуса, а гидроразрыв пройдет при меньших давлениях, чем при традиционных способах гидроразрыва. Это позволяет исключить разрыв пластов в меридианальном направлении и получить направленный разрыв в продуктивном пласте. По сравнению с прототипом предлагаемый способ будет более эффективен, поскольку в способе-прототипе каналы в горной породе делаются только в двух противоположных направлениях, причем, как правило, полости, образованные в результате гидропескоструйной перфорации, имеют грушевидную форму. При этом отсутствуют концентрации напряжения в породе, и вероятность возникновения горизонтальных трещин резко уменьшается.

Таким образом, указанное свидетельствует о соответствии предлагаемого изобретения критерию "новизна".

Из патентной и научно-технической литературы известно использование гидромониторного эффекта для размыва горных пород и образования в них каналов. Для этого, как правило, используют насадки различного размера и формы. В то же время из литературы не известно использование для получения гидромониторного эффекта щелевых каналов, образованных в самой обсадной колонне. Это подтверждает соответствие предлагаемого изобретения критерию "изобретательский уровень".

Пример реализации изобретения

Гидроразрыв проводят в верхней части разреза продуктивного пласта толщиной 15 м, проницаемостью 50 мд со значительно загрязненной прискважинной зоной. Диаметр обсадной колонны 146 мм.

В скважину на глубину 2800 м на насосно-компрессорных трубах диаметром 50 мм спускают механический раздвижной фрезер, например [5]. Процесс резки осуществляют в течение 10 мин, в результате чего в обсадной колонне, цементном камне и горной породе прорезают кольцевую щель конической формы шириной 4 мм на наружной стенке трубы в плоскости, перпендикулярной оси трубы. После прорезания щели поднимают внутрискважинное оборудование.

В скважину спускают колонну насосно-компрессорных труб диаметром 74 мм с гидравлическим пакером. Пакер устанавливают на глубину 2750 м. Нижний конец труб, оборудованный заглушкой с боковыми отверстиями, устанавливают таким образом, чтобы отверстия находились на уровне щели в обсадной колонне. Включают насосы и при расходе 16 л/с начинают циркуляцию жидкости. При этом жидкость выходит из щели в обсадной колонне со скоростью около 100 м/с и прорезает щель в цементном камне и горной породе на глубину 40-60 мм. Через 10 мин расход жидкости увеличивают до 20 л/с, и через каждые 10 мин ступенчато доводят расход до 45 л/с, углубляя тем самым щель до 40-50 см. Затем проводят раскрытие и опрессовку пакера, после чего приступают к закачке жидкости разрыва, в качестве которой используют, например, дизельное топливо. Затем проводится закачка жидкости с пропандом, которая задавливается в пласт продавочной жидкостью.

После окончания процесса гидроразрыва закрывают устье скважины на 24 ч для перераспределения давления в пласте и трещине и ее смыкания. Затем отрабатывают скважину через штуцер в течение 2 сут, после чего заглушают скважину, срывают пакер, извлекают внутрискважинное оборудование, оборудуют скважину для фонтанной эксплуатации и запускают ее в работу.

Описанный пример выполнения предлагаемого способа свидетельствует о соответствии его критерию "практическая применимость".

Литература

1. Шуров В. И. Технология и техника добычи нефти. М.: Недра, 1983, с. 154-168.

2. Патент РФ N 2123106, E 21 B 43/26, 43/114. Бюл. 34, 1998.

3. Патент РФ N 2069261, E 21 B 43/26. Бюл. 32, 1996.

4. Патент РФ N 2055172, E 21 B 43/26. Бюл. 6, 1996 (прототип).

5. Патент РФ N 2090737, E 21 B 29/00, 29/06. Бюл. 26, 1997.