EP0435756A1 - Méthode et dispositif pour stimuler une zone souterraine par injection différée de fluide provenant d'une zone voisine, le long de fractures faites depuis un drain foré dans une couche intermédiaire peu perméable - Google Patents

Méthode et dispositif pour stimuler une zone souterraine par injection différée de fluide provenant d'une zone voisine, le long de fractures faites depuis un drain foré dans une couche intermédiaire peu perméable Download PDF

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EP0435756A1
EP0435756A1 EP90403707A EP90403707A EP0435756A1 EP 0435756 A1 EP0435756 A1 EP 0435756A1 EP 90403707 A EP90403707 A EP 90403707A EP 90403707 A EP90403707 A EP 90403707A EP 0435756 A1 EP0435756 A1 EP 0435756A1
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EP
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zone
intermediate layer
drain
production
length
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Jacques Lessi
Gérard Renard
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    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/16—Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons
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    • E21B43/25—Methods for stimulating production
    • E21B43/26—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures

Definitions

  • the present invention relates to a method for stimulating an underground zone by delayed injection of pressurized fluid from a neighboring zone by means of a deflected drain passing through an intermediate layer which is not very permeable.
  • a deflected drain passing through an intermediate layer which is not very permeable.
  • the method according to the invention more particularly makes it possible to stimulate the production of an oil zone separated from an underlying zone containing a pressurized fluid, such as an aquiferous zone or possibly an oil zone.
  • Various techniques well known to specialists are used to stimulate the production of oil zones.
  • One of them consists essentially of injecting a pressurized fluid into the production formation, capable of draining the stagnant oil in the rocks due to its viscosity.
  • the fluid used is for example pressurized water injected by drains drilled through the formation. It can also be water existing deep in the production basin itself in the form of an underlying aquifer.
  • the aquifer In certain types of basins, the aquifer is located beneath the oil zone and separated from it by a layer which is not very permeable due in particular to the presence of heavy and very viscous hydrocarbon products ("tarmat").
  • tarmat heavy and very viscous hydrocarbon products
  • the method according to the invention makes it possible to stimulate the production of an underground zone by delayed injection of a fluid coming from a neighboring zone separated from the first by an intermediate layer which is not very permeable, avoiding the drawbacks mentioned above.
  • It is characterized in that it comprises the drilling of at least one deflected drain in said intermediate layer and the delayed opening by fracturing of the intermediate layer, of at least one communication path connecting the neighboring area to the underground area , so as to promote the drainage of said underground zone by the pressurized fluid.
  • the method includes, for example, making from drain, fracturing between an oil zone and an underlying aquifer zone.
  • the method also includes, for example, carrying out from the drain, fractures making an oil zone communicate with an underlying second oil zone.
  • the drain can be pierced in an intermediate layer which is not very permeable. It can also be drilled in a non-oil-bearing intermediate layer.
  • the device according to the invention is characterized in that it comprises a pipe disposed in a deviated drain pierced in the intermediate layer, said pipe being pierced with openings over part of its length, shutter blocks for isolating portions of the pipe on the part thereof pierced with openings, and means for applying hydraulic pressures capable of fracturing the intermediate layer and putting in communication during the production period, the two zones of share and other of said intermediate layer.
  • the oil zone Z1 produces oil by at least one production well P1.
  • This well can be vertical as shown in FIG. 1 or alternatively be horizontal.
  • a very low permeability layer L there is a neighboring zone containing a fluid under pressure.
  • the pressure of this fluid is higher than the pressure prevailing in the production zone Z1 because the neighboring zone is at a greater depth.
  • This fluid can be water or even a petroleum fluid.
  • the intermediate layer L can for example be an area made almost impermeable due to the presence of very heavy and viscous hydrocarbon products.
  • This layer L can also be of a non-oil type.
  • the method according to the invention comprises drilling from the surface S of a deviated drain D (horizontal or slightly inclined relative to the horizontal) so as to remain in the intermediate layer.
  • a deviated drain D horizontal or slightly inclined relative to the horizontal
  • the drain D is drilled, it is provided with a casing or casing C over its entire length.
  • Known sealing means make it possible to close the annular space between the casing and the drain.
  • the casing C is provided with lateral openings O putting the crossed formations in communication with the interior of the drain D.
  • the drain can be drilled at any time, before the production of the oil zone Z1 or possibly during the production period.
  • fracturing operations are carried out on the intermediate layer from the previously pierced drain D.
  • a tube (not shown) communicating the confined part with a hydraulic system, a fluid is applied under sufficient pressure to fracture the walls until the establishment of communication channels F between the two zones Z1 and Z2.
  • the previous sequence of operations may be repeated at several different points in the drain, so as to widen the fractured area.
  • a blocking block B3 is installed in the casing so as to isolate the drain from the outside environment.
  • the fluid in this case the water of zone Z2, being at a higher pressure and the drain being confined by the obturation block B3, the water enters zone Z1 by the fractures F of casing C and flushes out the oil accumulated in the formation.
  • the drain D is arranged so that it can be used as a production well.
  • the casing C is provided in its part which crosses the production zone Z1, with another portion of length d2 provided with lateral orifices.
  • This other casing portion d2 is, depending on the case, more or less distant from the portion d1 through which the water coming from the zone Z2 can enter and laterally offset with respect thereto.
  • a shutter member B4 Between the two portions d1 and d2 is disposed a shutter member B4 whose closure can be triggered from the surface installation.
  • the length portion d1 of the casing is fractured, in the same way as in the previous embodiment and the organ is closed B4 so as to isolate one from the other the two parts d1 and d2 of the casing.
  • Water from the underlying zone penetrates by fracturing into the production zone Z1 and drives the oil towards the production wells and in particular towards the part d2 of the casing C open to the external environment. The drain thus participates in production.
  • the method according to the invention thus makes it possible to best use the high pressure fluid available in situ for the purpose of stimulating oil production.
  • the position of the vertical and / or horizontal production wells relative to the deflected drains D or vice versa of the drains with respect to the wells according to the order in which they will have been drilled is chosen according to the rules of the art so as to optimize oil production .

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Abstract

La zone souterraine et la zone voisine sont par exemple l'une un gisement pétrolifère (Z1) et l'autre une nappe aquifère (Z2) sous-jacente à une pression supérieure à celle régnant dans cette zone (Z1). La méthode consiste essentiellement à percer au moins un drain (D) dévié (horizontal ou presque, de préférence) dans la couche intermédiaire (L) qui est par exemple une zone rendue peu perméable en raison de la présence de produits hydrocarbonés lourds et visqueux et à relier les deux zones par des fractures de la couche intermédiaire faites depuis le drain. Le drain peut être équipé d'une conduite (C) percée d'orifices sur une partie de sa longueur, de blocs d'obturation (B1 à B3) permettant le confinement total ou partiel du drain et de moyens de pression pour provoquer des fractures dans la couche intermédiaire au niveau de ces portions confinées. Par des fractures faites en cours de production, on peut injecter de l'eau sous pression de la zone (Z2) dans la zone pétrolifère et mieux drainer la formation. Application à l'exploitation des gisements pétroliers par exemple. <IMAGE>

Description

  • La présente invention concerne une méthode pour stimuler une zone souterraine par injection différée de fluide sous pression provenant d'une zone voisine au moyen d'un drain dévié traversant une couche intermédiaire très peu perméable. Dans toute la suite de ce texte, on désignera par drain dévié tout forage dont une partie au moins est horizontale ou relativement peu inclinée par rapport à l'horizontale.
  • La méthode selon l'invention permet plus particulièrement de stimuler la production d'une zone pétrolifère séparée d'une zone sous-jacente contenant un fluide sous pression, telle qu'une zone aquifère ou éventuellement pétrolifère.
  • Diverses techniques bien connues des spécialistes sont utilisées pour stimuler la production des zones pétrolifères. L'une d'entre elles consiste essentiellement à injecter un fluide sous pression dans la formation en production, capable de drainer le pétrole stagnant dans les roches en raison de sa viscosité. Le fluide employé est par exemple de l'eau sous pression injectée par des drains forés au travers de la formation. Il peut s'agir aussi d'eau existant en profondeur, dans le bassin en production lui-même sous la forme d'une nappe aquifère sous-jacente.
  • Dans certains type de bassins, la nappe aquifère se trouve sous la zone pétrolifère et séparée d'elle par une couche très peu perméable en raison notamment de la présence de produits hydrocarbonés lourds et très visqueux ("tarmat").
  • On peut envisager d'utiliser cette eau sous-jacente pour stimuler la production d'une zone pétrolifère. La nappe d'eau étant localisée à une profondeur supérieure à celle de la zone pétrolifère, sa pression interne est supérieure. L'épuisement au moins partiel de la zone en production a pour effet d'accroître la surpression de l'eau dans la nappe sous-jacente par rapport aux fluides de la formation supérieure. L'injection éventuelle dans la formation pétrolière de cette eau en surpression doit permettre de drainer l'huile et de favoriser la production.
  • Les tentatives de stimulation des zones de production surmontant des nappes aquifères n'ont pas donné jusqu'ici les résultats escomptés. Des puits ou des drains verticaux ont été percés au travers de la zone pétrolifère, de manière à mettre le gisement pétrolifère en communication avec la nappe d'eau. Mais on a constaté que ce type de puits produisait essentiellement de l'eau. On peut expliquer ce résultat négatif par le fait que l'eau de la nappe a tendance à s'échapper directement vers la surface par le puits ainsi créé au lieu de pénéter dans la formation pétrolifère. Ce phénomène persiste si l'on descend dans le puits un organe d'obturation car l'eau de la nappe à tendance à le contourner au travers des formations environnantes. Une obturation éventuelle près de la surface amène une certaine diffusion de l'eau dans la zone pétrolifère. Mais les résultants ne sont pas très significatifs car le volume du gisement pénétré par l'eau reste relativement faible.
  • La méthode selon l'invention permet de stimuler la production d'une zone souterraine par injection différée d'un fluide provenant d'une zone voisine séparée de la première par une couche intermédiaire peu perméable, en évitant les inconvénients ci-dessus mentionnés.
  • Elle est caractérisée en ce qu'elle comporte le percement d'au moins un drain dévié dans ladite couche intermédiaire et l'ouverture différée par fracturation de la couche intermédiaire, d'au moins une voie de communication reliant la zone voisine à la zone souterraine, de manière à favoriser le drainage de ladite zone souterraine par le fluide sous pression.
  • La méthode comporte par exemple la réalisation à partir du drain, de fracturations faisant communiquer une zone pétrolifère et une zone aquifère sous-jacente.
  • La méthode comporte aussi par exemple la réalisation à partir du drain, de fracturations faisant communiquer une zone pétrolière et une seconde zone pétrolière sous-jacente.
  • Le drain peut être percé dans une couche intermédiaire très peu perméable. Il peut encore être percé dans une couche intermédiaire non pétrolifère.
  • Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte une conduite disposée dans un drain dévié percé dans la couche intermédiaire, ladite conduite étant percée d'ouvertures sur une partie de sa longueur, des blocs d'obturation pour isoler des portions de la conduite sur la partie de celle-ci percée d'ouvertures, et des moyens pour appliquer des pressions hydrauliques capables de fracturer la couche intermédiaire et de mettre en communication au cours de la période de production, les deux zones de part et d'autre de ladite couche intermédiaire.
  • L'injection de fluide sous pression dans une zone souterraine telle qu'un gisement pétrolier dont la pression interne est affaiblie du fait de la production, par fracturation d'une couche intermédiaire depuis un drain percé le long de celle-ci et convenablement confiné pour empêcher le fluide de s'échapper vers la surface, a pour effet de pousser l'huile vers les puits de production. L'utilisation d'un drain dévié (horizontal ou faiblement incliné sur l'horizontale) permet d'augmenter le volume de la zone envahie par le fluide injecté. Lorsque la zone voisine est une zone aquifère active c'est-à-dire réalimentée en permanence par des entrées d'eau, la pression d'injection ne subit aucune chute sensible durant toute la phase de drainage. L'effet obtenu est plus durable.
  • D'autres caractéristiques et avantages de la méthode et du dispositif selon l'invention apparaitront mieux à la lecture de la description ci-après d'un mode de réalisation décrit à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux dessins annexés où:
    • la Fig. 1 montre de facon schématique une coupe d'une zone de production pétrolière surmontant une zone contenant un fluide sous pression telle qu'une zone aquifère et un premier mode de mise en oeuvre de la méthode selon l'invention; et.
    • la Fig. 2 montre de façon schématique la même coupe avec un second mode de réalisation de la méthode.
  • La zone pétrolifère Z1 produit du pétrole par au moins un puits de production P1. Ce puits peut être vertical comme indiqué sur la Fig. 1 ou bien encore selon les cas être horizontal. Dans certains types de bassins, au-dessous de la zone pétrolifère Z1 et séparée d'elle par une couche très peu perméable L, se trouve une zone voisine renfermant un fluide sous pression. La pression de ce fluide est supérieure à la pression régnant dans la zone de production Z1 du fait que la zone voisine est à une profondeur plus grande. Ce fluide peut être de l'eau ou bien encore un fluide pétrolier. Quand la zone voisine est aquifère, elle est généralement du type actif i.e. elle est alimentée par des apports d'eau extérieurs et la pression qui y règne reste sensiblement constante. La couche intermédiaire L peut être par exemple une zone rendue presque imperméable en raison de la présence de produits hydrocarbonés très lourds et visqueux. Cette couche L peut aussi être d'un type non pétrolifère.
  • La méthode selon l'invention comporte le forage depuis la surface S d'un drain D dévié (horizontal ou faiblement incliné par rapport à l'horizontale) de manière à rester dans la couche intermédiaire. Quand le drain D est foré, il est pourvu d'un cuvelage ou casing C sur toute sa longueur. Des moyens connus d'obturation permettent de fermer l'espace annulaire entre le cuvelage et le drain. Sur au moins une portion d1 de sa longueur, là où il traverse la zone de production, le casing C est pourvu d'ouvertures latérales O mettant les formations traversées en communication avec l'intérieur du drain D. A ce stade aucune communication n'existe entre les deux zones Z1 et Z2. Le drain peut être foré à tout moment, avant la mise en production de la zone Z1 pétrolifère ou éventuellement au cours de la période de production.
  • Au cours de cette période, quand il s'avère que la zone Z1 nécessite une stimulation, on réalise des opérations de fracturation de la couche intermédiaire à partir du drain D préalablement percé. A cet effet et par une méthode bien connue des spécialistes, on descend dans le cuvelage C des organes d'obturation dilatables B1,B2 jusque dans la partie pourvue d'ouvertures latérales O et on les met en place de manière à confiner une portion limitée du cuvelage. Par un tube (non représenté) faisant communiquer la partie confinée avec un système hydraulique, on applique un fluide sous une pression suffisante pour fracturer les parois jusqu'à l'établissement de voies de communication F entre les deux zones Z1 et Z2. La séquence d'opérations précédente est recommencée éventuellement à plusieurs endroits différents du drain, de manière à élargir la zone fracturée.
  • Les opérations de fracturation étant achevées, on installe dans le casing un bloc d'obturation B3 de manière à isoler le drain du milieu extérieur. Le fluide, en l'occurrence l'eau de la zone Z2, se trouvant à une pression supérieure et le drain se trouvant confiné par le bloc d'obturation B3, l'eau pénètre dans la zone Z1 par les fracturations F du casing C et chasse les hydrocarbures accumulés dans la formation.
  • Suivant le mode de réalisation de la Fig.2, le drain D est agencé de manière à pouvoir être utilisé comme puits de production. A cet effet, le cuvelage C est pourvu dans sa partie qui traverse la zone de production Z1, d'une autre portion de longueur d2 pourvue d'orifices latéraux. Cette autre portion de cuvelage d2 est selon les cas plus ou moins distante de la portion d1 par où peut rentrer l'eau provenant de la zone Z2 et latéralement décalée par rapport à celle-ci. Entre les deux portions d1 et d2 est disposé un organe B4 d'obturation dont la fermeture peu être déclenchée depuis l'installation de surface.
  • Au cours de la période de production, quand une stimulation de la production est nécessaire, on procède à une fracturation de la portion de longueur d1 du cuvelage, de la même façon que dans le mode de réalisation précédent et l'on ferme l'organe B4 de manière à isoler l'une de l'autre les deux parties d1 et d2 du cuvelage. L'eau issue de la zone sous-jacente, pénètre par les fracturations dans la zone de production Z1 et chasse l'huile vers les puits de production et notamment vers la partie d2 du cuvelage C ouverte sur le milieu extérieur. Le drain participe ainsi à la production.
  • La méthode selon l'invention permet ainsi d'utiliser au mieux le fluide à haute pression disponible in situ à des fins de stimulation de production pétrolifère.
  • La position des puits de production verticaux et/ou horizontaux relativement aux drains déviés D ou inversement des drains par rapport aux puits selon l'ordre dans lequel ils auront été forés est choisie selon les règles de l'art de manière à optimiser la production pétrolière.

Claims (10)

  1. Méthode pour stimuler la production d'une zone souterraine (Z1) par injection contrôlée d'un fluide provenant d'une zone voisine (Z2) séparée de la première par une couche intermédiaire (L) peu perméable, caractérisée en ce qu'elle comporte le percement d'un drain dévié (D) dans ladite couche intermédiaire et l'ouverture différée par fracturation de la couche intermédiaire d'au moins une voie de communication reliant la zone voisine à la zone souterraine, de manière à favoriser le drainage de ladite zone souterraine par le fluide sous pression.
  2. Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'on réalise à partir du drain, des fracturations faisant communiquer une zone pétrolifère (Z1) et une zone aquifère sous-jacente (Z2).
  3. Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'on réalise à partir du drain, des fracturations faisant communiquer une zone pétrolière (Z1) et une seconde zone pétrolière sous-jacente (Z2).
  4. Méthode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le drain (D) est percé au travers d'une couche intermédiaire très peu perméable.
  5. Méthode selon la revendication 4, caractérisée en ce que le drain (D) est percé dans une couche intermédiaire non pétrolifère.
  6. Méthode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la zone souterraine (Z1) communique avec la surface par au moins un puits de production vertical (P) dont la position relativement au drain dévié est choisie pour optimiser la production.
  7. Méthode selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la zone souterraine (Z1) communique avec la surface par au moins un puits de production dévié dont la position est choisie relativement au drain dévié pour optimiser la production.
  8. Méthode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'on obture le drain dans sa partie forée le long de la couche intermédiaire de manière à pouvoir utiliser une partie du drain comme puits de production.
  9. Dispositif pour stimuler la production d'une zone souterraine séparée d'une zone voisine contenant un fluide à une pression supérieure à celle de la zone souterraine, par une couche intermédiaire très peu perméable, caractérisé en ce qu'il comporte une conduite (C) disposée dans un drain dévié percé dans la couche intermédiaire, ladite conduite (C) comportant une portion de longueur (d1) pourvue d'ouvertures (O) sur une partie de sa longueur, des blocs d'obturation (B1 à B2) pour isoler par intermittence des portions de la conduite (C) sur ladite portion de longueur (d1), un bloc de confinement (B3) de la conduite permettant d'isoler de l'extérieur ladite portion de longueur et des moyens pour appliquer des pressions hydrauliques capables de fracturer la couche intermédiaire et de mettre en communication au cours de la période de production, les deux zones de part et d'autre de ladite couche intermédiaire.
  10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la conduite (C) comporte une deuxième portion de longueur (d2) pourvue d'ouvertures dans sa partie traversant la zone souterraine (Z1), cette portion de longueur (d2) étant latéralement décalée par rapport à la première portion de longueur (d1) dans la couche intermèdiaire (L) et un bloc d'obturation (B4) disposé dans la conduite (C) entre les deux portions de longueur (d1, d2).
EP90403707A 1989-12-29 1990-12-20 Méthode et dispositif pour stimuler une zone souterraine par injection différée de fluide provenant d'une zone voisine, le long de fractures faites depuis un drain foré dans une couche intermédiaire peu perméable Expired - Lifetime EP0435756B1 (fr)

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