OSIPTSOV ANDREI ALEKSANDROVICH (RU)
SIEBRITS EDUARD (RU)
OSIPTSOV ANDREI ALEKSANDROVICH (RU)
SIEBRITS EDUARD (RU)
SCHLUMBERGER HOLDINGS
SCHLUMBERGER TECHNOLOGY BV (NL)
SCHLUMBERGER CA LTD (CA)
SCHLUMBERGER SERVICES PETROL (FR)
PRAD RES & DEV LTD
| US6776235B1 | 2004-08-17 | |||
| US7302849B2 | 2007-12-04 |
АРХИПОВА Вера Николаевна (RU)
| ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ гидроразрыва подземного пласта, включающий закачку в трещину, созданную в пласте, гидроразрывной жидкости, содержащей частицы расклинивающего агента, отличающийся тем, что в процессе закачки осуществляют контроль за равитием трещины гидроразрыва и при необходимости осуществляют изменение скорости поперечной миграции частиц расклинивающего агента в трещине в реальном времени посредством закачки в трещину гидроразрывной жидкости и/или расклинивающего агента со свойствами, обеспечивающими ускорение или замедление поперечной миграции частиц расклинивающего агента. 2. Способ гидроразрыва подземного пласта по п. 1, отличающийся тем, что для ускорения поперечной миграции частиц расклинивающего агента в трещине используют гидроразрывную жидкость с вязкостью менее О, 01 Па-с. 3. Способ гидроразрыва подземного пласта по п.l, отличающийся тем, что для ускорения поперечной миграции частиц расклинивающего агента в трещине используют расклинивающей агент с частицами размером более 0,3 мм. 4. Способ гидроразрыва подземного пласта по п.l, отличающийся тем, что для ускоренич поперечной миграции частиц расклинивающего агента в трещине используют расклинивающей агент с плотностью более 1500 кг/м3 . 5. Способ гидроразрыва подземного пласта по п.l, отличающийся тем, что для ускоренич поперечной миграции частиц расклинивающего агента в трещине используют расклинивающий агент с плотностью менее 900 кг/м3 . 6. Способ гидроразрыва подземного пласта по п.2, отличающийся тем, что дополнительно для ускорения поперечной миграции частиц расклинивающего агента в трещине используют расклинивающей агент с частицами размером более 0,3 мм. 7. Способ гидроразрыва подземного пласта по п.2, отличающийся тем, что дополнительно для ускорения поперечной миграции частиц расклинивающего агента в трещине используют расклинивающей агент с плотностью более 1500 кг/м3 . 8 . Способ гидроразрыва подземного пласта по п.2, отличающийся тем, что дополнительно для ускорения поперечной миграции частиц расклинивающего агента в трещине используют расклинивающей агент с плотностью менее 900 кг/м3. 9. Способ гидроразрыва подземного пласта по п.З, отличающийся тем, что дополнительно для ускорения поперечной миграции частиц расклинивающего агента в трещине используют расклинивающей агент с плотностью более 1500 кг/м3. 10. Способ гидроразрыва подземного пласта по п.З, отличающийся тем, что дополнительно для ускорения поперечной миграции частиц расклинивающего агента в трещине используют расклинивающей агент с плотностью менее 900 кг/м3 . 11. Способ гидроразрыва подземного пласта по п. 1 , отличающийся тем, что для замедления поперечной миграции частиц расклинивающего агента используют гидроразрывную жидкость с вязкостью более 0, 2 Па-с. 12. Способ гидроразрыва подземного пласта по п. 1, отличающийся тем, что для замедления поперечной миграции частиц расклинивающего агента используют расклинивающей агент с частицами размером менее 0,08 мм. 13. Способ гидроразрыва подземного пласта по п. 1, отличающийся тем, что для замедления поперечной миграции частиц расклинивающего агента используют расклинивающей агент с плотностью в диапазоне между 900 кг/м3 и l l00 кг/м3. 14. Способ гидроразрыва подземного пласта по п. 11, отличающийся тем, что для замедления поперечной миграции частиц расклинивающего агента дополнительно используют расклинивающей агент с частицами размером менее 0,08 мм. 15. Способ гидроразрыва подземного пласта по п. 1, отличающийся тем, что для замедления поперечной миграции частиц расклинивающего агента дополнительно используют расклинивающей агент с плотностью в диапазоне между 900 кг/м3 и 1100 кг/м3. 16. Способ гидроразрыва подземного пласта по п. 12, отличающийся тем, что для замедления поперечной миграции частиц расклинивающего агента дополнительно используют расклинивающей агент с плотностью в диапазоне между 900 кг/м3 и 1100 кг/м3. |
Настоящее изобретение относится к области реализации технологии гидравлического разрыва в подземных пластах и, в частности, к способу регулирования скорости поперечной миграции частиц расклинивающего агента по мере его перемещения вдоль трещины.
Гидравлический разрыв является основным технологическим решением, направленным на увеличение проницаемости призабойной зоны продуктивного пласта за счет образования, расширения и углубления в нем трещин. Для этого в ствол скважины, пересекающей подземный пласт, закачивается гидроразрывная жидкость под высоким давлением, под влиянием которой в породе образуется трещина. Для предотвращения смыкания разлома, которое происходит после снятия давления на пласт, вместе с гидроразрывной жидкостью в разлом закачивают расклинивающий агент. Сохранение трещины раскрытой за счет наличия расклинивающего агента обеспечивает улучшение добычи текучей среды (нефти, газа или воды).
Таким образом, расклинивающий агент используется для удержания стенок трещины на расстоянии друг от друга, что создает проводящий канал в стволе скважины. Во время закачки гидроразрывной жидкости с расклинивающим агентом наряду с транспортом частиц вдоль трещины происходит также их поперечная миграция, приводящая к неравномерному распределению расклинивающего агента поперек течения. На возникновение поперечного движения частиц в трещине влияет целый ряд причин: наличие стенок канала, осаждение частиц на дно трещины, неоднородность поперечного профиля скорости несущего потока и ненулевая скорость проскальзывания частиц относительно жидкости. В патенте US7299875 был предложен метод гидроразрыва участка подземного месторождения с возможностью контролировать движение частиц. Этот метод включает в себя закачку в подземное месторождение (а) промывающей жидкости; (б) отвердевающей жидкости, включающей смолу и водные растворы; (в) гидроразрывной жидкости под давлением, достаточным для создания или увеличения разрыва в грунте.
Патент US 4478282 также описывает метод гидроразрыва подземного месторождения, вскрытого скважиной. Суть метода заключается в том, что сначала в месторождение закачивается порция гидроразрывной жидкости, затем жидкая фаза без пропанта, содержащая транспортирующую жидкость и материал, блокирующий течение. Этот материал состоит из песка и кварцевой муки, размер частиц которых составляет 10-20, 20-40 и 100 ячеек для песка 200 для кварцевой муки. На последней стадии происходит закачка гидросмеси, обогащенной проппантом.
В патенте US4549608 к заглубленному нефтяному или газовому резервуару применяется технология гидроразрыва, в которой жидкость закачивается через перфорацию в трубе скважины, внедренной в этот резервуар. Используемая гидроразрывная жидкость содержит глинистый стабилизатор, необходимый для упрочнения частиц глины или мелких фракций на поверхности получившейся трещины. Затем в трещину закачивается пропант, состоящий из песка и гравия. Добыча нефти или газ в скважину происходит из резервуара через трещину.
Все вышеперечисленные патенты описывают методы контроля движения частиц и фактически предлагают возможности для управления движением частиц после закрытия трещины, но не позволяют регулировать скорость поперечной миграции частиц расклинивающего агента во время закачки. Миграция частиц поперек трещины происходит на фоне транспорта смеси частиц и гидроразрывной жидкости вдоль трещины. Техническим результатом настоящего изобретения является управление скоростью поперечной миграции частиц расклинивающего агента в реальном времени. Этот результат достигается за счет использования гидроразрывной жидкости и/или расклинивающего агента со специальными свойствами, обеспечивающими необходимую скорость поперечной миграции.
Согласно изобретению способ гидроразрыва подземного пласта, включающий закачку в трещину, созданную в пласте, гидроразрывной жидкости, содержащей частицы расклинивающего агента, предусматривает осуществление контроля за равитием трещины гидроразрыва в процессе закачки и при необходимости изменение скорости поперечной миграции частиц расклинивающего агента в трещине в реальном времени посредством закачки в трещину гидроразрывной жидкости и/или расклинивающего агента со свойствами, обеспечивающими ускорение или замедление поперечной миграции частиц расклинивающего агента.
Для ускорения поперечной миграции частиц расклинивающего агента в трещине может быть использована гидроразрывная жидкость с вязкостью менее 0, 01 Па-с.
Для ускорения поперечной миграции частиц расклинивающего агента в трещине может быть использован расклинивающей агент с частицами размером более 0,3 мм.
Для ускорения поперечной миграции частиц расклинивающего агента в трещине может быть использован расклинивающей агент с плотностью более 1500 кг/м 3 .
Для ускорения поперечной миграции частиц расклинивающего агента в трещине может быть использован расклинивающий агент с плотностью менее 900 кг/м 3 . Для замедления поперечной миграции частиц расклинивающего агента может быть использована гидроразрывная жидкость с вязкостью более 0, 2 Па-с.
Для замедления поперечной миграции частиц расклинивающего агента может быть использован расклинивающей агент с частицами размером менее 0,08 мм.
Для замедления поперечной миграции частиц расклинивающего агента может быть использован расклинивающей агент с плотностью в диапазоне между 900 кг/м и 1100 кг/м .
В данном изобретении параметры жидкости и частиц при закачке суспензии в скважину задаются, исходя из требования замедления либо ускорения поперечной миграции частиц расклинивающего агента в трещине гидроразрыва. Если на основании данных, полученных оператором гидроразрыва с помощью измерительных приборов либо на основании моделирования с помощью программных комплексов, принимается решение о необходимости ускорения миграции частиц, осуществляется закачка жидкости и/или расклинивающего агента со свойствами, обеспечивающими ускорение поперечной миграции частиц. Если, напротив, исходя из данных измерений либо моделирования, требуется замедление поперечной миграции частиц, осуществляется закачка в скважину суспензии со свойствами, обеспечивающими замедление поперечной миграции частиц. Ключевой особенностью данного подхода является возможность контролировать процесс поперечной миграции частиц в реальном времени. Решения об изменении параметров закачки принимаются по ходу операции гидроразрыва, исходя из данных измерений либо моделирования, проводимых в реальном времени. Под малой скоростью поперечной миграции частиц понимается такая скорость, при которой частицы мигрируют в поперечном направлении на расстояние порядка полуширины трещины на продольной длине, превышающей длину трещины. Соответственно, скорость поперечной миграции частиц считается большой, если частицы мигрируют в поперечном направлении на расстояние порядка полуширины трещины на продольной длине, существенно меньшей, чем длина трещины.
В качестве примера ситуации, в которой может потребоваться ускорение поперечной миграции частиц, укажем непредвиденное сужение трещины (уменьшение толщины трещины), вызванное, например, прорывом трещины в прилегающие (водоносные) пласты сверху либо снизу от основного нефтеносного пласта. Замедление поперечной миграции частиц может потребоваться в случае, когда моделирование гидроразрыва в реальном времени предсказывает непредвиденное увеличение скорости осаждения проппанта на дно терщины. В данном случае замедление поперечной миграции частиц приводит к тому, что поперечный профиль концентрации частиц становится равномерным, что в свою очередь приводит к замедлению осаждения частиц.
Изобретение поясняется чертежами, на которых изображено следующее:
Фиг. 1 представляет собой график зависимости поперечной скорости миграции частиц от радиуса частиц расклинивающего агента;
Фиг. 2 представляет собой график зависимости поперечной скорости миграции частиц от плотности материала расклинивающего агента;
Фиг. 3 представляет собой график зависимости поперечной скорости миграции частиц от вязкости гидроразрывной жидкости;
Фиг. 4 иллюстрирует процесс быстрой поперечной миграции расклинивающего агента к центру трещины с образованием концентрированного слоя частиц; Фиг. 5 иллюстрирует процесс медленной поперечной миграции расклинивающего агента, когда примесь равномерно распределена в поперечном направлении.
На фиг. 4-5 использованы следующие обозначения: 1 - ствол скважины, 2 - трещина гидроразрыва, 3 - расклинивающий агент.
Медленное поперечное движение частиц может быть полезным для обеспечения равномерного распределения частиц поперек трещины, что позволяет избежать скопления частиц около средней линии трещины и быстрого выпадения частиц в осадок. С другой стороны, быстрая миграция приводит к образованию концентрированного слоя частиц в середине трещины, что помогает избежать нежелательной закупорки трещины (сводообразования) .
Закачка в подземный пласт гидроразрывной жидкости с примесью расклинивающего агента обеспечивает продольное перемещение частиц расклинивающего агента вдоль трещины. Процесс транспорта агента (частиц) в трещине сопровождается миграцией частиц в поперечном направлении.
Если поперечная миграция частиц развивается быстро, тогда расклинивающий агент 3 скапливается возле центра трещины 2, формируя узкий вертикальный слой с высокой концентрацией частиц (Фиг. 4). Такое течение приводит к увеличению скорости осаждения расклинивающего агента и усилению роста осадка. С другой стороны, наличие в течении узкой зоны с высокой концентрацией частиц позволяет избежать нежелательной закупорки (сводообразования в гранулированном материале частиц) и остановки роста трещины (эффекта концевого экранирования).
Если поперечная миграция частиц расклинивающего агента медленная, тогда примесь распределяется равномерно по всей ширине и длине трещины 2 (Фиг. 5). Это позволяет избежать скопления частиц расклинивающего агента 3 в узком слое и предотвратить быстрое осаждение частиц.
Предлагаемое изобретение дает возможность в процессе операции гидроразрыва задавать скорость поперечной миграции частиц расклинивающего агента при транспорте вдоль трещины в процессе закачки и тем самым регулировать процесс поперечной миграции частиц посредством выбора вязкости гидроразрывной жидкости, плотности расклинивающего агента или размеров его частиц, или всех трех параметров вместе. Увеличение вязкости жидкости, снижение плотности или размеров частиц приводят к замедлению поперечной миграции. Наоборот, увеличение плотности и размера агента, снижение вязкости жидкости приводит к ускорению поперечной миграции.
Настоящее изобретение предлагает способ регулирования поперечной миграции частиц расклинивающего агента при перемещении вдоль трещины в реальном времени с помощью выбора свойств гидроразрывной жидкости и/или расклинивающего агента. При изменении вязкости жидкости, размеров частиц агента или плотности агента, поперечная миграция частиц может ускоряться либо замедляться.
Ускорение поперечной миграции частиц достигается при помощи:
• снижения вязкости гидроразрывной жидкости (менее 0.01 Па-с);
• увеличения размера расклинивающего агента (более 0.3 мм); • увеличения плотности материала расклинивающего агента (более 1500 кг/м 3 ) или снижения плотности (менее 900 кг/м 3 ).
Замедление поперечной миграции частиц достигается с помощью:
• увеличения вязкости гидроразрывной жидкости (более 0.2 Па-с);
• уменьшения размера расклинивающего агента (менее 0.08 мм);
• выбора плотности материала расклинивающего агента между значениями 900 и 1100 кг/м 3 .
Таким образом, скорость поперечной миграции частиц обратно пропорциональна вязкости гидроразрывной жидкости, прямо пропорциональна размеру частиц расклинивающего агента и прямо пропорциональна абсолютной величине разности между плотностью агента и плотностью жидкости.
Графики на Фиг. 1-3 отражают зависимость между скоростью миграции и вязкостью гидроразрывной жидкости, плотностью материала и размером частиц расклинивающего агента. На Фиг. 1 показан график зависимости скорости миграции частиц от радиуса а частицы расклинивающего агента; при этом вязкость гидроразрывной жидкости составляет 0,01 Па-с, плотность гидроразрывной жидкости - 1000 кг/ м 3 , плотность частиц расклинивающего агента - 2600 кг/ м 3 . На Фиг.2 приведен график между скоростью миграции частиц от плотности материала расклинивающего агента p s ; при этом вязкость гидроразрывной жидкости составляет 0,01 Па-с, плотность гидроразрывной жидкости 1000 кг/ м 3 , размер частиц расклинивающего агента 1 мм. На фиг.З показан график зависимости скорости миграции от вязкости гидроразрывной жидкости μ\ при этом плотность гидроразрывной жидкости составляет 1000 кг/ м 3 , плотность частиц расклинивающего агента 2600 кг/ м 3 , размер частиц расклинивающего агента 1 мм.
Изобретение поясняется нижеследующими примерами.
Пример 1
В этом примере приведены диапазон вязкости гидроразрывной жидкости и величины других определяющих параметров, обеспечивающие транспорт расклинивающего агента по трещине с медленной поперечной миграцией частиц.
Длина трещины = 100 м
Скорость гидроразрывной жидкости = 0.1 м/с
Ширина трещины = 0.01 м
Плотность гидроразрывной жидкости = 1000 кг/м 3
Плотность частиц расклинивающего агента = 2600 кг/м 3
Размер частиц расклинивающего агента = 0.5 мм
Диапазон вязкости гидроразрывной жидкости: 0.2- 0.4 Па-с
Пример 2
В этом примере приведены диапазон вязкости гидроразрывной жидкости и величины других определяющих параметров, обеспечивающих транспорт расклинивающего агента по трещине с быстрой поперечной миграцией частиц.
Длина трещины = 100 м
Скорость гидроразрывной жидкости = 0.1 м/с
Ширина трещины = 0.01 м
Плотность гидроразрывной жидкости = 1000 кг/м 3
Плотность расклинивающего агента = 2600 кг/м 3 Размер расклинивающего агента = 0.5 мм
Диапазон вязкости гидроразрывной жидкости: 0.001 - 0.01 Па-с
Пример 3.
В данном примере представлено ограничение на плотность материала частиц расклинивающего агента, а также приведены величины других определяющих параметров, обеспечивающих транспорт расклинивающего агента по трещине с медленной поперечной миграцией частиц.
Длина трещины = 100 м
Скорость гидроразрывной жидкости = 0.1 м/с
Ширина трещины = 0.01 м
Плотность гидроразрывной жидкости = 1000 кгlм
Вязкость гидроразрывной жидкости = 0.01 Па-с
Размер частиц расклинивающего агента = 0.5 мм
Ограничение плотности частиц расклинивающего агента: p° < 1020 кгlм 3
Пример 4.
В данном примере приведены диапазон плотности материала частиц расклинивающего агента и величины других определяющих параметров, обеспечивающих транспорт расклинивающего агента по трещине с быстрой поперечной миграцией.
Длина трещины = 100 м
Скорость гидроразрывной жидкости = 0.1 м/с
Ширина трещины = 0.01 м
Плотность гидроразрывной жидкости = 1000 кгlм 3 Вязкость гидроразрывной жидкости = 0.01 Па-с
Размер частиц расклинивающего агента = 0.5 мм
Диапазон плотности частиц расклинивающего агента: 1500 - 4000 кг/мЗ
Пример 5.
В примере приведены диапазон размеров частиц расклинивающего агента и величины других определяющих параметров, обеспечивающих транспорт примеси по трещине с медленной поперечной миграцией частиц.
Длина трещины = 100 м
Скорость гидроразрывной жидкости = 0.1 м/с
Ширина трещины = 0.01 м
Плотность гидроразрывной жидкости = 1000 кг/мЗ
Вязкость гидроразрывной жидкости = 0.01 Па-с
Плотность частиц расклинивающего агента = 2600 кг/мЗ
Радиус частицы расклинивающего агента: 0.01 - 0.08 мм
Пример 6.
В примере приведены диапазон размеров частиц расклинивающего агента и величины других определяющих параметров, обеспечивающих транспорт примеси по трещине с быстрой поперечной миграцией.
Длина трещины = 100 м
Скорость гидроразрывной жидкости = 0.1 м/с
Ширина трещины = 0.01 м
Плотность гидроразрывной жидкости = 1000 кг/м 3
Вязкость гидроразрывной жидкости = 0.01 Па-с
Плотность частиц расклинивающего агента = 2600 кг/м 3
Радиус частицы расклинивающего агента: 0.3 - 1 мм