THIERCELIN MARC (FR)
SCHLUMBERGER TECHNOLOGY BV (NL)
SCHLUMBERGER CA LTD (CA)
SCHLUMBERGER SERVICES PETROL (FR)
PRAD RES & DEV NV (NL)
MAKSIMENKO ANTON ALEKSANDROVIC (RU)
THIERCELIN MARC (FR)
SU1298376A1 | 1987-03-23 | |||
SU662891A1 | 1979-05-15 | |||
RU2081315C1 | 1997-06-10 | |||
RU2004112559A | 2005-10-10 | |||
US5005643A | 1991-04-09 |
формула изобретения
1. способ определения размеров трещины гидроразрыва пласта, включающий процесс создания в околоскваженной зоне трещины гидроразрыва, при котором часть жидкости гидроразрыва проникает через поверхность трещины в пласт, образуя зону фильтрата вокруг трещины, отличающийся тем, что предварительно создают численную модель вытеснения жидкости гидроразрыва из трещины и из зоны фильтрата пластовым флюидом для заданных параметров пласта, данных гидроразрыва и предполагаемых размеров трещины с целью расчета изменения содержания жидкости разрыва в общей добыче во время пуска скважины в эксплуатацию после гидроразрыва, также во время пуска скважины в течение всего периода выкачивания жидкости гидроразрыва производят периодический отбор образцов добываемого флюида из устья скважины, осуществляют измерение содержания жидкости гидроразрыва в отобранных образцах, а затем сравнивают результаты измерений с модельными расчетами и определяют длину трещины на основе обеспечения наилучшего совпадения результатов измерений и модельных расчетов.
2. способ по п.l, в котором в качестве жидкости гидроразрыва используют жидкость на основе полимера, при численном моделировании рассчитывают также изменение концентрации полимера в извлекаемой жидкости гидроразрыва в зависимости от времени, в отобранных образцах дополнительно измеряют концентрацию полимера и путем сравнения результатов измерений с модельными расчетами определяют ширину трещины.
3. способ по п.l и 2, в котором жидкость разрыва содержит индикатор, позволяющий отличить ее от пластовой воды, в случае присутствия значительного количества пластовой воды в общей добыче после гидрогазрыва. |
способ определения размеров трещины гидроразрыва
пласта
изобретение относится к способам контроля параметров гидроразрыва пласта и, в частности, предназначено для определения размеров трещин, образующихся в результате гидроразрыва горных пород, и может найти применение на нефтяных и газовых месторождениях.
гидроразрыв пласта - это хорошо известный способ интенсификации добычи углеводородов из скважины путем увеличения проницаемости призабойной зоны продуктивного пласта за счет образования трещин. в ходе операции по гидроразрыву пласта высоковязкая жидкость (называемая также жидкостью гидроразрыва), несущая расклинивающий наполнитель (пропант), закачивается в пласт с целью создания трещины в продуктивном интервале и заполнения трещины пропантом. для эффективного использования трещина должна располагаться внутри продуктивного интервала и не выходить в прилегающие слои, а также иметь достаточные длину и ширину. таким образом, определение размеров трещины является важным этапом обеспечения оптимизации процесса гидроразрыва.
в настоящее время геометрию образовавшихся трещин определяют, применяя различные технологии и методики. наиболее широко известны способы (так называемая визуализация гидроразрыва), обеспечивающие оценку пространственной ориентации трещины и ее длины во время операций по гидроразрыву и опирающиеся главным образом на локализацию сейсмических явлений с использованием пассивной акустической эмиссии. такая локализация обеспечивается "облаком" акустических явлений, указывающим на объем, в пределах ко которого можно позиционировать трещину. эти акустические эмиссии представляют собой микросейсмы,
обусловленные либо высокой концентрацией напряжений перед разрывом, либо снижением действующего напряжения вокруг трещины с последующим затеканием жидкости разрыва в породу. в лучших случаях эти явления анализируются в целях получения информации о механизме источника (энергия, поле смещений, падение напряжений, размеры источника и т.п.). по результатам анализа подобных явлений невозможно получить прямую количественную информацию относительно основной трещины. другие способы основаны на измерении наклономерами незначительной деформации почвы либо с поверхности, либо из ствола скважины. все эти способы достаточно дорогостоящи из-за необходимости надлежащего размещения датчиков в заданном месте с учетом соответствующей механической сцепки между пластом и измерительными приборами. другие способы дают приблизительную оценку высоты трещины в скважине, основываясь либо на колебаниях температуры, либо на данных, полученных с помощью изотопных индикаторов (меченых атомов). обзор вышеуказаннных способов визуализации представлен, например, в публикации ваrrее R.D., Fishеr м.к. и Wооdгооf R.а. (2002) а рrасtiсаl Guidе tо нуdrаuliс Frасturе Diаgпоstiс тесhпоlоgiеs, материал SPE рареr 77442, представленный на ежегодной технической конференции и выставке в сан- антонио, штат техас, 29 сентября - 2 октября 2002 г.
наиболее близким аналогом заявленного способа является способ определения размеров трещины гидроразрыва пласта, описанный в авторском свидетельстве ссср Ns 1298376, 1987, и предусматривающий нагнетание в ствол скважины жидкости гидроразрыва под давлением, позволяющим упомянутой жидкости создавать трещины вблизи скважины и проникать в них и далее через поверхности трещин в зону фильтрации в пласте вокруг трещины, и последующее измерение параметров потока жидкости. недостатком данного способа является необходимость использования дополнительного оборудования и сложность расчета.
целью заявленного изобретения является создание способа определения размеров трещины, образовавшейся в результате операций по гидроразрыву пласта, основанного на анализе и моделировании выкачивания жидкости гидроразрыва после гидроразрыва пласта.
указанная цель достигается тем, что создают численную модель вытеснения жидкости гидроразрыва из трещины и из зоны фильтрата вокруг трещины пластовым флюидом для заданных параметров пласта, данных гидроразрыва и предполагаемых размеров трещины с целью расчета изменения содержания жидкости гидроразрыва в общей добыче во время пуска скважины в эксплуатацию после гидроразрыва, также во время пуска скважины в течение всего периода выкачивания жидкости гидроразрыва производят периодический отбор образцов добываемого флюида из устья скважины, осуществляют измерение содержания жидкости гидроразрыва в отобранных образцах, а затем сравнивают результаты измерений с численным моделированием и определяют длину трещины на основе обеспечения наилучшего совпадения результатов измерений и модельных расчетов.
в качестве жидкости гидроразрыва может быть использована полимерная жидкость, в этом случае при создании численной модели рассчитывают также изменение концентрации полимера в извлекаемой жидкости гидроразрыва в зависимости от времени, в отобранных образцах дополнительно измеряют концентрацию полимера и путем сравнения результатов измерений с модельными расчетами определяют ширину трещины.
жидкость гидроразрыва может также содержать индикатор, позволяющий отличать ее от пластовой воды в случае присутствия значительного количества пластовой воды в общей добыче после гидроразрыва.
согласно настоящему изобретению оценка размеров трещины, а именно ее длины и ширины, основана на результатах измерения параметров извлечения жидкости гидроразрыва, анализируемых на основе моделирования очистки трещины от жидкости гидроразрыва. очистка трещины представляет собой процесс вытеснения (удаления) жидкости гидроразрыва из трещины и из зоны фильтрата вокруг трещины пластовым флюидом. анализ выкачиваемой жидкости гидроразрыва представляет собой измерение изменения со временим содержания жидкости гидроразрыва в общей добыче после гидроразрыва и, при использовании полимерной жидкости разрыва, концентрации полимера в извлеченной жидкости гидроразрыва.
в ходе операции по гидроразрыву пласта фильтрат жидкости гидроразрыва (или водная основа жидкости гидроразрыва в случае использования полимерной жидкости гидроразрыва) проникает в пласт. в то же время полимерная компонента жидкости гидроразрыва (в случае использования полимерной жидкости гидроразрыва) задерживается на поверхности пласта и остается внутри трещины. при освоении скважины после гидроразрыва жидкость гидроразрыва вытесняется из трещины и зоны фильтрата вокруг трещины пластовым флюидом. таким образом, при вводе скважины в эксплуатацию после гидроразрыва вначале будет добываться жидкость гидроразрыва, закачанная в пласт в процессе гидроразрыва.
характер изменения содержания жидкости гидроразрыва в общей добыче со временем напрямую определяется процессом очистки трещины и зоны фильтрата вокруг нее. изменение соотношения извлекаемой жидкости гидроразрыва и пластового флюида в общей добыче зависит от скорости вытеснения фильтрата жидкости гидроразрыва из зоны фильтрата, и, следовательно, от скорости попадания пластового флюида через зону фильтрата в трещину и выхода на поверхность. продолжительность
вытеснения фильтрата жидкости гидроразрыва из зоны фильтрата зависит от глубины зоны фильтрата, которая, в свою очередь, зависит от длины трещины при заданном закачанном объеме жидкости гидроразрыва. таким образом, изменение содержания жидкости гидроразрыва в общей добыче при заданном дебите скважины зависит от длины трещины. так, при одинаковом общем объеме фильтрата жидкости гидроразрыва в зоне фильтрата, в начальный период добычи после гидроразрыва уменьшение содержания жидкости гидроразрыва происходит быстрее для более протяженной трещины.
при использовании полимерной жидкости гидроразрыва в процессе очистки трещины также происходит смешивание фильтрата жидкости гидроразрыва с полимерной компонентой, находящейся внутри трещины, при вытекании фильтрата жидкости гидроразрыва из зоны фильтрата в трещину. изменение концентрации полимера (например, гуара) внутри трещины и, в итоге, в извлеченной жидкости гидроразрыва, зависит от объема поступления фильтрата жидкости гидроразрыва в трещину и от массы полимера в определенном месте внутри трещины. с одной стороны, объем фильтрата жидкости гидроразрыва, поступающего из зоны фильтрации, зависит от глубины зоны фильтрата и, следовательно, от длины трещины. с другой стороны, при одинаковой концентрации полимера по всему объему трещины, распределение массы полимера вдоль длины трещины пропорционально ширине трещины. поэтому изменение концентрации полимера в извлекаемой жидкости гидроразрыва в процессе очистки трещины зависит и от длины, и от ширины трещины.
изобретение поясняется чертежами.
на фиг. 1 показано изменение отношения скорости Q f извлечения жидкости гидроразрыва к суммарному дебиту Q скважины (т.е. по сути изменение обводненности) со временем (время t на оси Ox показано в часах)
для типичной работы по гидроразрыву пласта в западной сибири. сплошная линия соответствует расчету для трещины длиной 150 м и шириной 5 мм, пунктирная линия - для трещины длинной 150 м и шириной 2.5 мм, штрих- пунктирная линия - для трещины длинной 220 м и шириной 5 мм;
на фиг. 2 представлены результаты расчета изменения концентрации с полимера (в г/л) в извлекаемой жидкости гидроразрыва для тех же размеров трещины, что и на фиг. 1 (время t на оси Ox показано в часах);
на фиг. 3 приведены результаты расчета и измерения изменения отношения скорости извлечения Q f жидкости гидроразрыва к суммарному дебиту Q скважины со временем (время t на оси Ox показано в часах);
на фиг. 4 приведены результаты расчета и измерения изменения концентрации с полимера (в г/л) в извлеченной жидкости гидроразрыва (время t на оси Ox показано в часах).
заявленный способ определения размеров трещины гидроразрыва пласта осуществляется следующим образом. в ствол скважины нагнетают жидкость гидроразрыва, представляющую собой в общем случае высоковязкую жидкость на водной основе. жидкость гидроразрыва нагнетают под давлением, достаточным для создания трещины в призабойной зоне. в процессе гидроразрыва происходит также проникновение фильтрата жидкости гидроразрыва через поверхность трещины в породу вокруг трещины. жидкость гидроразрыва может также содержать индикатор, позволяющий отличить ее от пластовой воды, в случае присутствия значительного количества пластовой воды в общей добыче после гидроразрыва, в качестве которого могут быть использованы нерадиоактивные химические индикаторы, широко применяемые для оценки перетоков (прорывов воды) между скважинами.
при использовании полимерной жидкости гидроразрыва принципиально то, что в процессе закачки в пласт утекает только водная
основа жидкости гидроразрыва, а молекулы полимера из-за большого размера не могут проникать в породу и остаются внутри трещины. таким образом, на момент начала добычи жидкости гидроразрыва обратно на поверхность, весь ранее закаченный полимер находится внутри трещины, а сама трещина окружена водной основой жидкости гидроразрыва.
пробы добываемого флюида отбираются в процессе ввода скважины в эксплуатацию после проведения работ по гидроразрыву пласта. пробы отбираются у устья скважины способом, аналогичным тому, который обычно применяется для определения обводненности. пробы отбираются периодически в течение всего периода откачки жидкости гидроразрыва. например, для типовой скважины после гидроразрыва в западной сибири продолжительность периода извлечения жидкости гидроразыва обычно составляет 2-3 дня, в этот период образцы продукции предпочтительно должны отбираться через каждые 30 минут в течение первых 7-10 часов, затем каждый час в течение оставшегося времени. затем образцы отправляются в лабораторию для измерения содержания извлеченной жидкости гидроразрыва в добываемой жидкости и концентрации полимера (для полимерных жидкостей гидроразрыва) в извлеченной жидкости гидроразрыва.
в лаборатории образцы подвергаются обработке в центрифуге для отделения жидкости гидроразрыва от нефти, аналогично методике стандартного измерения обводненности. это позволяет определить изменение содержания жидкости гидроразрыва в общей добыче в течение исследуемого периода отбора. если использовалась полимерная жидкость гидроразрыва, то отделенная от нефти жидкости гидроразрыва анализируется для определения концентрации полимера. при использовании гуарового полимера методика основана на известном методе с использованием фенола и серной кислоты. в результате получают
зависимость изменения концентрации полимера в извлекаемой жидкости гидроразрыва со временем.
для оценки размеров трещины используется численная модель вытеснения жидкости гидроразрыва из трещины и из зоны фильтрата пластовым флюидом (см., например, ентов B.M., турецкая ф.д., максименко а.а, скобелева а.а. «Moдeлиpoвaниe процесса очистки трещины гидpopaзpывa» 5 тезисы докладов 6-ой научно-технической конференции «Aктyaльныe проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса Poccии», посвященной 75-летию российского государственного университета нефти и газа им. и.м. губкина, 26-27 января 2005 г, секция 6 автоматизация, моделирование и энергообеспечение технологических процессов нефтегазового комплекса)), стр. 12-13).
модель рассчитывает изменение содержания жидкости гидроразрыва в добываемой жидкости, и, в случае использования полимерной жидкости гидроразрыва, изменение концентрации полимера в извлеченной жидкости гидроразрыва. входные параметры для модели выглядят следующим образом:
1. проницаемость и пористость пласта, пластовое давление, высота продуктивного интервала, вязкость пластовой нефти.
2. дебит скважины или давление на забое скважины в процессе периода откачки жидкости гидроразрыва.
3. общий объем жидкости гидроразрыва, масса полимера и масса расклинивающего наполнителя, закачанных в процессе гидроразрыва в пласт, проницаемость и пористость расклинивающего наполнителя, вязкость жидкости гидроразрыва.
4. относительные фазовые проницаемости в пласте и в спрессованном расклинивающем наполнителе в трещине.
5. предполагаемая длина и, в случае использования использования полимерной жидкости гидроразрыва, предполагаемая ширина трещины
параметры, перечисленные в пунктах 1-4, должны быть известны из свойств пласта, плана работ по гидроразрыву и данных по производительности скважины после проведения работ по гидроразрыву. длина и ширина трещины определяются путем сравнения результатов численного моделирования и лабораторных измерений образцов продукции скважины посредством построения графиков, таблиц или компьютерных расчетов .
длина и ширина трещины должны выбираться по результатам наилучшего приближения двух различных наборов данных:
1) изменение содержания жидкости гидроразрыва в общей добыче, полученное в результате численных расчетов, и измеренное в лаборатории,
2) изменение концентрации гуарового полимера, полученное в результате численных расчетов и измеренное в лаборатории.
при несопадении результатов производят коррекцию предполагаемых размеров трещины таким образом, чтобы получить наилучшее приближение результатов модельных расчетов и измерений, используя, например, метод наименьших квадратов или любой другой математический метод количественной оценки степени приближения.
в качестве иллюстрации предлагаемого способа ниже представлен пример сравнения результатов анализа извлекаемой жидкости гидроразрыва и модельных расчетов очистки трещины после типового гидроразрыва пласта в западной сибири. в анализ извлеченной жидкости гидроразрыва, проведенный в лабораторных условиях, включены измерения соотношения скорости извлечения жидкости гидроразрыва и суммарного дебита (т.е.
обводненность), показанного на фиг. 3 сплошной линией, и концентрации гуара (в г/л) в извлеченной жидкости гидроразрыва, показанного на фиг. 4 сплошной линией. результаты модельных расчетов очистки трещины от жидкости гидроразрыва для случая, когда предполагаемая геометрия трещины взята из дизайна работы по гидроразрыву, полученному с помощью типового инженерного программного обеспечения, используемого для расчетов роста трещины при проведении работ по гидроразрыву, показаны на фиг. 3 и 4 пунктирной линией, линией. как видно из фиг.3-4 (различие между сплошной и пунктирной линиями), замеренные данные и результаты моделирования недостаточно хорошо совпадают. для получения лучшего совпадения результатов измерения с модельными расчетами (см. фиг.3-4 штрих-пунктирная линия) необходимо провести коррекцию геометрии трещины следующим образом: длина трещины должна быть увеличена примерно на 40%, а ширина уменьшена на 30%. такая коррекция согласуется с постоянством массы расклинивающего наполнителя внутри трещины, т.е. общий объем трещины остается неизменным. результаты прогноза с использованием модели могут быть улучшены путем применения индикаторов, позволяющих отличать пластовую воду от фильтрата жидкости гидроразрыва в случае присутствия значительного количества пластовой воды в общей добыче после гидроразрыва.