способ расщепления нефтегазового пласта

Формула изобретения

1. Способ гидравлического расщепления нефтегазового пласта в маломощных и средней мощности пластах, включающий создание из скважины сплошной дискообразной щели последовательным взрыванием пороховых зарядов, массу которых в тротиловом эквиваленте увеличивают от серии к серии по мере удлинения щели, при этом щель создают таким образом, что раскрытие щели () и ее радиус (L) связаны соотношением

/L=[0,1(1+) _эфф·L]/Ed_э,

где - коэффициент Пуассона породы пласта;

_эфф - эффективное напряжение в породе пласта, кг/см ²;

Е - модуль упругости породы пласта;

d_э - эффективный гидравлический диаметр щели,

после чего щель закрепляют.

2. Способ гидравлического расщепления по п.1, отличающийся тем, что в околоскважинном массиве по контуру пересечения поверхности скважины со срединной плоскостью нефтегазового пласта первоначально сооружают механическим путем направляющую врубовую щель на глубину разгрузки от вертикальных напряжений околоскважинного массива.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к повышению извлечения газа и нефти при разработке нефтегазовых месторождений. У нас и за рубежом преимущественное развитие получили способы гидроразрыва с вертикальными трещинами в относительно мощных пластах. Этому способствовали горно-геологические условия и легкость создания вертикальных щелей в условиях превышения вертикальных напряжений над горизонтальными. В маломощных и средней мощности нефтегазовых пластах с низкой проницаемостью и вязкой нефтью при гидростатическом распределении напряжений в недрах вертикальные, искусственно сооружаемые трещины малоэффективны и кратковременны. Ближайшим аналогом является способ гидравлического разрыва пласта струями из перфорационных труб, осуществляющих вертикальный разрыв (пат. 93/04268, 6 Е 21 В 43/26, «Способ гидравлического разрыва пласта» с приоритетом 16.04.91 г.) авторы: Jones, Lloyd, Garner и др., приспособлен и эффективен для гидроразрыва мощных пластов и в ближней зоне околоскважинного массива.

Известен гидроразрыв пласта по способу Саттарова М.Ш. (Саттаров М.Ш., пат. №2071557, 6 Е 21 В 43/27, с приоритетом 11.02.93, БИ №1, 10.01.97).

Основными недостатками его являются:

- беспорядочное образование зоны трещин с раскрытием в несколько миллиметров и, следовательно, неглубокого проникновения в массив (1-2 м);

- отсутствие непрерывности в образовании гидроразрыва, а при вертикальном гидроразрыве ограничивается еще и мощностью пласта;

- трудоемкость способа: предварительное создание давления рабочей жидкости, превышающее пластовое, попарное взрывание зарядов (дополнительного и основного).

Силой, раздвигающей берега трещин, является рабочая жидкость, разгоняемая в скважине взрывом, которая быстро гаснет из-за гидравлического сопротивления в трещинах (сужение к вершине, шероховатость стенок, изменение направления движения и т.д.). Поэтому независимо от мощности взрыва трещинообразование проникает вглубь массива на 1-2 м при раскрытии трещин в несколько миллиметров. При раскрытии трещин на порядок больше, трещины образуются на десятки метров вглубь.

Гидравлические расчеты скорости движения флюидов в полости трещин и давления на стенки скважин, обусловленного массой ВВ и его мощностью, позволили найти оптимальное соотношение этих параметров. При наличии первоначальной направляющей полости с раскрытием 5 м, трещинообразование охватывает зоны с радиусом 42 м и средним раскрытием полости 3-4 м. Трещинообразование прекращается, как только скорость флюидов в трещине не обеспечивает давления на стенки, равного эффективному напряжению в пласте. Естественно, большее раскрытие в устье направляющей трещины создает увеличенную протяженность гидроразрыва.

Целью изобретения является значительное повышение извлечения нефти и газа из недр. Поставленная цель достигается следующим.

1. Способ гидравлического расщепления нефтегазового пласта в маломощных и средней мощности пластах отличается тем, что из скважины создается сплошная дискообразная, закрепленная щель с радиусом, связанным с раскрытием щели соотношением

где - коэффициент Пуассона,

Е - модуль упругости,

_эфф - эффективное напряжение в пласте, кг/см² ,

L - радиус щели,

d_э - эффективный гидравлический диаметр щели, d_э=2.

2. Способ гидравлического расщепления по п.1 отличается тем, что в околоскважинном массиве по контуру пересечения поверхности скважины со средней плоскостью нефтегазового пласта первоначально сооружается механическим путем направляющая врубовая щель на глубину разгрузки от вертикальных напряжений околоскважинного массива.

3 Способ гидравлического расщепления по п.1 отличается тем, что щель, включая и первоначальную часть, сооружается участками, соответствующими пороховым зарядам ВВ в тротиловом эквиваленте, увеличивающимися по мере удаления щели.

Выявленные отличительные признаки не обнаружены в известных технических решениях, следовательно, предлагаемое техническое решение отвечает критерию «существенные отличия».

Предлагаемый способ повышения извлечения нефти и газа из недр реализуется следующим образом. Первоначально из скважины 1 (фиг.2) дискообразной пилой с телескопическими выдвинутыми резцами, по мере углубления в массив, сооружается по контуру пересечения поверхности скважины с пластом 2 направляющая врубовая щель 4, показанная на фиг.2, глубиной до 0,2 м и шириной раскрытия в несколько сантиметров, например 5 см. Если скважина перпендикулярна горизонтальному пласту, то врубовая щель в плане будет иметь форму круга, в противном случае - форму эллипса. Направляющая врубовая щель сооружается примерно в середине мощности пласта, поэтому скважина пересекается со срединной плоскостью пласта. Вруб 4 (фиг.2) является направляющим для последующего сооружения щели 3, изображенной на фиг.1, участками 5, 6 и 7 (фиг.2).

Следующим этапом в скважину опускается полусферический экран в виде кольца разового действия с равномерно размещенным на нем пороховым зарядом ВВ. Экран служит концентратором взрывных энергий и в комплексе с готовой врубовой щелью определяет направление дальнейшего разрушения массива путем расщепления и раздвигания берегов трещины флюидами до расчетных параметров. Если скважина, подготавливаемая к взрывным работам не заполнена водой, то она заполняется до устья скважины. Последовательное взрывание пороховых зарядов, увеличивающихся от серии к серии, позволяют сооружать щель 3 (фиг.1) участками по 15 м каждый до предельного значения зарядами массой 0,10 кг, 0,15 кг и 0,25 кг. Такая технология позволяет соорудить сплошную щель радиусом 42 м и средним расщеплением 3-4 см.

Завершающим этапом сооружения щели 3 (фиг.1) является ее закрепление против смыкания в процессе эксплуатации. Известны многочисленные способы закрепления щели, например, химическим путем посредством нагнетания быстро коагулирующих растворов с образованием прочных пористых структур. Наиболее дешевым и простым является способ размещения в щели песка крупных фракций с одинаковым размером зерен, 8 на фиг.2. В результате гидроразрыва по берегам щели возникают мелкие трещины, окружающие щель, как результат разрушения межпоровых перемычек вмещающей породы и их слияния. Возникновение этой зоны 9, изображенной на фиг.2, неизбежно и ее распространение колеблется в пределах 5-50 см. Чем совершеннее выполнена щель, с большим коэффициентом полезного действия взрывной волны, тем меньше разрушений наблюдается в ее окрестности и тем протяженнее и без перемычек она выполнена.

Практическое создание глубоких щелей в разнообразных горно-геологических условиях с помощью энергии взрыва полно изложено в монографиях д.т.н. Ю.И.Мартынова («Управление деформированием подрабатываемого массива горных пород глубокими щелями.» Стройиздат, 1983 г., и Изд. «Недра», 1995 г.).

Кроме того, техника и технология гидроразрыва полностью изучена и освоена у нас и особенно за рубежом, в США. («Нефтяная промышленность», обзорная информация «Техника и технология проведения гидравлического разрыва пластов за рубежом» вып.12(101), М., 1985 г.).

Для создания направляющей врубовой щели из скважины глубиной до 20 см механизированным путем существует специальная буровая насадка с телескопическим растущим органом.

Повышение нефтеотдачи пластом, обработанным по предлагаемому способу, оцениваем по отношению дебитов скважины до и после использования способа глубокого расщепления нефтяного пласта, взятых из конкретных месторождений. Для месторождений, залегающих горизонтально на глубине 2 км с давлением нефтяного пласта 27 МПа, с горным давлением 47 МПа, гидростатическим давлением 20 МПа, отношения дебита скважины после применения способа расщепления q к дебиту q₀ до его применения равны

согласно (Михалюк А.В. «Торпедирование и импульсивный гидроразрыв пластов», Киев: Наукова Думна, 1986 г., стр.208).

Ввиду того, что разрыв пласта принимает форму эллипса, а не прямоугольника (в вертикальном сечении пласта), то исходя из пропорциональности дебита скважины площади сечений дрены приведенный радиус дренажа будет меньше r<Rn. Он определяется из соотношения

S/S₁=Rn/r,

где S - площадь вертикального сечения щели прямоугольной формы на протяжении Rn,

Rn - радиус контура питания,

S₁ - площадь вертикального сечения щели гидроразрыва,

r - приведенный радиус скважины при гидроразрыве.

Откуда r=(S₁/S)*Rn=0,786*42=33 м.

Подставляя в упомянутое соотношение дебитов скважины данные натурных испытаний на нефтяных месторождениях Западной Сибири, получаем

Сравнительные расчеты показывают, что дебит скважины с глубоким расщеплением пласта на порядок возрастает и эффективнее любого из известных методов.

Вместо множества мелких трещин, как правило, создаваемых в ближней зоне и быстро коллиматирующихся за ее пределами, происходит расщепление пласта щелью, являющейся совершенной дреной, служащей аккумулятором и своеобразным насосом, который гонит нефть по сплошной щели под давлением в сторону скважины в условиях депрессии. Повышение давления в скважине отжимает нефть из щели во вмещающие породы. Таким образом, в результате глубокой прокачки очищаются поры и фильтрационные каналы от породной мелочи, парафина, глинистых частиц и т.п., обеспечивая высокую производительность скважины.