Способ повышения продуктивности скважин (варианты) - RU2324811C1

Описание

Изобретение относится к методам интенсификации добычи нефти.

С целью интенсификации добычи горную породу с низкой проницаемостью (каменноугольный пласт с метаном, глинистые сланцы, плотные газоносные песчаники) часто подвергают гидроразрыву с применением небольшого количества расклинивающего агента и даже без его применения. В продуктивном пласте при этом открываются существующие естественные трещины и микротрещины или создаются новые, которые могут заметно улучшить гидродинамическую связь между пластом и скважиной. Однако из-за многообразия влияющих факторов невозможно предсказать величину раскрытия трещин. Поэтому подобрать тип расклинивающего агента часто не удается. В результате большая часть трещин после снятия давления гидроразрыва закрывается. Кроме того, велики трудоемкость подготовки расклинивающего агента, его изготовление и сортировка.

Типичным примером гидроразрыва без использования расклинивающего агента является воздействие на пласт интенсивной закачкой азота, представляющее собой нагнетание чистого азота в горную породу с очень низкой проницаемостью. Ожидается, что для обеспечения эффективности полученная в результате гидроразрыва трещина сохранит достаточную степень проницаемости, принимая во внимание низкую проницаемость продуктивного пласта. Однако одной из основных проблем остается соединение между собой скважины и сети трещин за счет концентрации напряжения вокруг ствола скважины.

Известен способ повышения продуктивности скважины, при котором в качестве жидкости гидроразрыва в скважину закачивают суспензию невзрывчатого разрушающего средства, расширяющегося при твердении, с гидратационным давлением, превышающим давление оттеснения, осуществляют гидроразрыв пласта, оттесняют жидкость гидроразрыва продавочной жидкостью до образования приствольной трещиноватой зоны, свободной от жидкости гидроразрыва, и выдерживают скважину под давлением оттеснения до затвердевания жидкости разрыва в трещинах (патент РФ №2079644, 1997). Указанный способ обеспечивает появление дополнительных трещин гидроразрыва или дополнительное раскрытие существующих. При этом образовавшиеся трещины не заполняются твердым материалом, а остаются пустыми или заполняются пластовым флюидом. Таким образом, повышается проницаемость приствольной зоны, и за счет этого повышается продуктивность скважины.

Однако при этом остается нерешенной проблема в пристеночной области скважины, где напряжение, вызывающее смыкание трещин, наиболее высокое, и оно повышается по мере снижения давления в скважине. Закупоривание устья трещины препятствует оптимальной нефтедобыче и является главным недостатком как этой, так и других известных технологий.

Предлагаемый способ позволяет избежать закрытия трещин в призабойной зоне скважины, и обеспечивает надежное соединение сети трещин со стволом скважины, и может применяться как для пластов с трещинами, образовашимися или открывшимися в результате осуществления гидроразрыва, так и для пластов с естественными трещинами, для которых проведение гидроразрыва необязательно.

В соответствии со способом повышения продуктивности скважины в призабойную зону скважины, снабженной обсадными трубами, в промежуток между обсадной трубой и пластом закачивают расширяющийся в процессе отверждения или схватывания материал, после чего осуществляют перфорацию скважины. В качестве расширяющегося в процессе отверждения или схватывания материала используют материал со степенью расширения, достаточной для приложения на стенки скважины давления и сохранения по крайней мере одной трещины открытой. После перфорации осуществляют гидроразрыв пласта. Для пластов с естественными трещинами проведение гидроразрыва необязательно.

Напряжение σ_θ, вызывающее смыкание в устье трещины в отсутствие расклинивающего агента у стенки скважины, может быть рассчитано как тангенциальное напряжение на стенке скважины в отсутствие трещины

σ_θ=2σ_h-Р_w+2η(Р_w-p),

где σ_h - главное напряжение в дальней зоне на горизонтальной плоскости, P_w - давление в скважине, р - поровое давление в дальней зоне и 2η - постоянная упругости пористой среды, близкая к 0.5.

В уравнении принимается, что горная порода - пористый упругий материал, что скважина забурена параллельно главному вертикальному напряжению, и что два главных горизонтальных напряжения в дальней зоне равны.

Следует обратить внимание на то, что напряжения, возникающие в призабойной зоне, быстро уменьшаются до нуля при удалении от скважины. Значит они влияют только на призабойную зону и напряжение σ_θ, вызывающее смыкание трещины, быстро стремится к горизонтальному напряжению σ_h в дальней зоне на расстоянии от скважины, равном примерно двум диаметрам скважины. Полное уравнение можно найти в любой работе по упругости (например, Timoshenko S.P. and Goodier J.N.: Theory of Elasticity, 3rd ed., McGraw-Hill Book Company, New York (1970)).

В процессе добычи давление скважинного флюида ниже порового давления в дальней зоне и неизбежно ниже напряжения в дальней зоне, следовательно, тангенциальное напряжение в пристеночной области (напряжение, вызывающее смыкание трещины на поверхности трещины) возрастает.

Для компенсации снижения скважинного давления в призабойной зоне между обсадной трубой и породой размещают расширяющийся в процессе отверждения или схватывания материал, то есть материал, увеличивающийся в объеме в процессе отверждения или схватывания, который обеспечивает приложение радиального напряжения к стенкам скважины. Это позволяет отделить скважинное давление от радиального напряжения, приложенного к стенкам скважины на границе расширяющегося в процессе отверждения или схватывания материала и породы, в результате применима следующая формула:

где

Это радиальное напряжение должно быть достаточно высоким для того, чтобы снизить тангенциальное напряжение σ_θ (мы предполагаем сжатие положительным) в породе в призабойной зоне как минимум до значения в дальней зоне или даже еще лучше - ниже значения в дальней зоне, а в предельном случае - ниже величины прочности при растяжении.

Рассмотрим неглубоко залегающий продуктивный пласт, скажем, глубиной 1000 метров, с поровым давлением р в дальней зоне - 10 МПа и минимальным напряжением около 18 МПа. Допустим, что скважинное давление

Примером расширяющегося при твердении материала служит цемент с порообразователем D176 (оксид магния). Могут применяться другие расширяющиеся материалы, обеспечивающие достаточное давление, например, полимеры, обладающие способностью к разбуханию, и материалы с памятью формы. Некоторые из таких материалов расширяются настолько, что могут разрушить крепкую породу при нагнетании в отверстие малого диаметра и применяются, например, в горном деле. Для определения нагрузки на породу со стороны расширяющего материала может быть использована экспериментальная установка, описанная в Boukhelifa L., Moroni N., Lemaire G., James S.G., Le Roy-Delage S., Thiercelin M.J., "Evaluation of Cement Systems for Oil and Gas Well Zonal Isolation in a Full-Scale Annular Geometry", SPE 87195, Proceedings of the IADC/SPE Drilling conference, Dallas, Texas, 2-4 March 2004.

Применение расширяющегося в процессе отверждения или схватывания материала между обсадной трубой и пластом приводит к повышению нормальной нагрузки на стенку скважины. При достаточно высокой нагрузке напряжение, вызывающее смыкание в устье трещины, снижается в степени, достаточной для сохранения необходимой степени проводимости. В лучшем случае может быть создано растягивающее напряжение, при котором устье трещины остается открытым.

Таким образом, основной принцип изобретения состоит в том, чтобы до перфорации и гидроразрыва закачать в призабойную зону скважины в промежуток между обсадной трубой и пластом расширяющийся в процессе отверждения или схватывания материал, причем в качестве расширяющегося в процессе отверждения или схватывания материала используют материал со степенью расширения, достаточной для приложения на стенки скважины давления и сохранения по крайней мере одной трещины открытой.

Расширение материала может произойти до перфорации и гидроразрыва пласта, но это не обязательно, идея состоит в том, чтобы обеспечить полное расширение в процессе добычи.

Реферат

Изобретение относится к методам интенсификации добычи нефти. Обеспечивает повышение эффективности способа за счет предотвращения закрытия трещин в призабойной зоне скважины и обеспечивает надежное соединение сети трещин со стволом скважины как для пластов с трещинами, образовавшимися или открывшимися в результате осуществления гидроразрыва, так и для пластов с естественными трещинами. Сущность изобретения: способ включает закачивание в скважину материала, расширяющегося в процессе отверждения или схватывания. Этот материал закачивают в призабойную зону скважины, снабженной обсадными трубами, в промежуток между обсадной трубой и пластом с естественными трещинами или трещинами, созданными гидроразрывом. После этого осуществляют перфорацию скважины. В качестве расширяющегося в процессе отверждения или схватывания материала используют материал со степенью расширения, достаточной для приложения на стенки скважины давления и сохранения по крайней мере одной трещины открытой. 2 н. и 5 з.п. ф-лы.

Формула