RU2656054C1

RU2656054C1 - Method of hydraulic fracturing of a reservoir

Info

Publication number: RU2656054C1
Application number: RU2016152683A
Authority: RU
Inventors: Григорий Александрович Малышев; Алексей Викторович Желудков; Александр Григорьевич Малышев; Александр Юрьевич Попов; Сергей Александрович Калистратов; Виталий Юрьевич Олискевич
Original assignee: Открытое акционерное общество "Сургутнефтегаз"
Priority date: 2016-06-14
Filing date: 2016-06-14
Publication date: 2018-05-30

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: invention relates to methods for controlling, monitoring and optimizing the parameters of hydraulic fracturing of formation (HFF) fractures during HFF performance in target formations separated by thin screens from external formations with high activity of fluids contained therein, as well as in low-productive low-thickness formations. Under conditions of formations with thin screens and in low-productive low-thickness formations, the main task is to limit the height of the fracture development and increase in their length. This is achieved through the successive injection of the process fluids rims with different rheological characteristics into the fracture with periodic short-term stops. Fracture development height restriction is achieved by placing the most viscous rims at the periphery of the fracture, and an increase in the fracture length is due to a reduction in the pressure loss for friction during the fluid motion in the fracture central (widest) section and the pressure redistribution along its length. Frequency and duration of stops, as well as the modes of subsequent injections, are determined by the properties of the formation, the current parameters of the formed fracture, and the rheological characteristics of the rims.

EFFECT: technical result is in increase of the efficiency of oil, gas and gas condensate fields development of the corresponding structure.

4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к способам управления, контроля и оптимизации параметров трещин гидроразрыва пласта (ГРП) при проведении ГРП в целевых пластах, отделенных от внешних пластов с высокой активностью содержащихся в них флюидов тонкими экранами, а также в низкопродуктивных пластах малой мощности, и может найти применение в нефтегазодобывающей промышленности для повышения эффективности разработки нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений соответствующего строения.The invention relates to methods for controlling, monitoring and optimizing fracturing parameters of hydraulic fracturing during hydraulic fracturing in target formations separated from external formations with high activity of fluids contained in them by thin screens, as well as in low-productivity formations of low power, and can be used in oil and gas industry to improve the development of oil, gas and gas condensate fields of the corresponding structure.

Проведение ГРП в пластах с тонкими экранами сопряжено с высокой опасностью нарушения их герметичности, создаваемой вертикальной трещиной, и вовлечения в процесс дренирования флюидов, содержащихся в ниже- или вышележащих пропластках. Проведение ГРП в низкопродуктивных пластах малой мощности приводит к созданию вертикальных трещин, близких по геометрии к радиальным, что снижает эффективность и рентабельность воздействия из-за не рационального расходования материалов и реагентов. В этих условиях основной задачей является ограничение высоты развития трещины и увеличение их протяженности.Hydraulic fracturing in formations with thin screens is associated with a high risk of their leakage caused by a vertical crack and the involvement of fluids contained in lower- or overlying strata in the drainage process. Hydraulic fracturing in low-productive low-power formations leads to the creation of vertical fractures, close in geometry to radial, which reduces the effectiveness and profitability of the impact due to the non-rational use of materials and reagents. Under these conditions, the main task is to limit the height of crack development and increase their length.

Известен способ гидравлического разрыва пласта в условиях близкого расположения подошвенных вод с развитием вертикальной трещины как в целевых (нефтенасыщенных), так и в водонасыщенных интервалах пласта. Положительный эффект достигается за счет организации одновременной подачи в трещину в процессе ее развития технологической жидкости с расклинивающим материалом в верхнюю зону трещины, находящуюся в нефтенасыщенной части пласта и водоизолирующего цемента - в нижнюю зону, находящуюся в водоносной части пласта (патент RU 2483209 С1, 27.02.2013).A known method of hydraulic fracturing in a close location of bottom water with the development of a vertical fracture in both target (oil-saturated) and water-saturated intervals of the formation. A positive effect is achieved by organizing the simultaneous supply of a process fluid with proppant into the fracture during its development into the upper zone of the fracture located in the oil-saturated part of the reservoir and water-insulating cement into the lower zone located in the aquifer of the reservoir (patent RU 2483209 C1, 27.02. 2013).

Недостатками данного способа являются: изоляция только нижележащих пропластков и сложность обеспечения одинаковых условий отверждения цемента по длине трещины для исключения перетоков.The disadvantages of this method are: isolation of only the underlying interlayers and the difficulty of providing the same conditions for cement hardening along the length of the crack to prevent overflows.

Наиболее близким является способ гидравлического разрыва пласта в обводненных скважинах и в пластах, где после проведения процесса гидравлического разрыва пласта возможен прорыв воды и увеличение обводненности. Он основан на сочетании ГРП с изоляцией водопритоков в добывающих скважинах с применением гелеобразующих жидкостей на углеводородной и водной основах. При этом в качестве жидкости разрыва используют водоизолирующий состав - углеводородный гель на основе алюминиевых или железных солей органических ортофосфорных эфиров и нефти или нефтепродуктов, не содержащий деструктора, а последующую закачку проппанта проводят на полисахаридном водном геле, содержащем деструктор (патент RU 2256787 С1, 20.07.2005).The closest is the method of hydraulic fracturing in flooded wells and in reservoirs, where after the process of hydraulic fracturing is possible breakthrough of water and increase in water cut. It is based on a combination of hydraulic fracturing with isolation of water inflows in production wells using gelling liquids on a hydrocarbon and water basis. In this case, a water-insulating composition is used as a fracturing liquid — a hydrocarbon gel based on aluminum or iron salts of organic phosphoric ethers and oil or oil products that does not contain a destructor, and the subsequent proppant injection is carried out on a polysaccharide water gel containing a destructor (patent RU 2256787 C1, 20.07. 2005).

Недостатком данного способа является: снижение эффективности ГРП из-за создания в притрещинной зоне коллектора слоя с повышенным фильтрационным сопротивлением ввиду взаимодействия фильтрата водоизолирующего состава с пластовой водой.The disadvantage of this method is: a decrease in the efficiency of hydraulic fracturing due to the creation of a layer with increased filtration resistance in the crack zone of the reservoir due to the interaction of the filtrate of the water-insulating composition with formation water.

Технической задачей изобретения является ограничение высоты развития трещины и увеличение ее протяженности. Это обеспечивает повышение эффективности разработки месторождений углеводородов, целевые пласты которых отделены от внешних пластов с высокой активностью содержащихся в них флюидов тонкими экранами или представлены низкопродуктивными пропластками малой мощности за счет повышения эффективности применения ГРП.An object of the invention is to limit the height of the crack and increase its length. This provides an increase in the efficiency of developing hydrocarbon deposits, the target formations of which are separated from the external formations with high activity of the fluids contained in them by thin screens or are represented by low-productive interlayers of low power by increasing the efficiency of hydraulic fracturing.

Это достигается за счет закачки для создания, развития и закрепления трещины технологической жидкости, представляющей собой набор оторочек композиций технологических сред с различными реологическими характеристиками, с кратковременными остановками. Момент и продолжительность остановок, а также режим последующего нагнетания определяются на основании анализа динамики смыкания трещины по результатам проведения предварительных исследований (минифрака, анализа изменения забойного давления, лабораторных исследований и др.). Начальные оторочки должны характеризоваться малой мгновенной утечкой (для минимизации потерь жидкости) и низкой подвижностью в тонких верхней и нижней краевых зонах вертикальной трещины. С этой целью могут быть использованы газожидкостные среды или жидкости, реологическое поведение которых описывается уравнением Шведова-Бингама или степенным законом, теряющие текучесть при определенных напряжениях сдвига (например, сшитые гели, растворы цементов). Последующие оторочки должны обладать низкой взаимной растворимостью с предыдущей оторочкой, низкой динамической вязкостью и высокими песконесущими свойствами, например (низкополимерные гелевые или пенные системы, линейные гели или их жидкости-основы). Последняя оторочка должна, помимо перечисленного, обладать высокой песконесущей способностью и деструктурирующими свойствами по отношению к ранее закачанным оторочкам.This is achieved by injecting to create, develop and consolidate the crack of the process fluid, which is a set of rims of compositions of process media with various rheological characteristics, with short stops. The moment and duration of stops, as well as the mode of subsequent injection, are determined based on the analysis of the dynamics of crack closure according to the results of preliminary studies (minifrac, analysis of changes in bottomhole pressure, laboratory tests, etc.). The initial rims should be characterized by a small instantaneous leak (to minimize fluid loss) and low mobility in the thin upper and lower edge zones of the vertical crack. For this purpose, gas-liquid media or liquids whose rheological behavior is described by the Shvedov-Bingham equation or a power law that lose fluidity at certain shear stresses (for example, crosslinked gels, cement solutions) can be used. Subsequent rims should have low mutual solubility with the previous rim, low dynamic viscosity and high sand-bearing properties, for example (low-polymer gel or foam systems, linear gels or their base fluids). The last rim should, in addition to the above, have a high sand-bearing ability and destructive properties in relation to previously uploaded rims.

На изображении представлена схема распределения оторочек в трещине, а также изменение контура трещины в результате кратковременной остановки закачки.The image shows the distribution pattern of the rims in the crack, as well as the change in the crack contour as a result of a short stop of the injection.

Предлагаемый способ гидравлического разрыва пласта осуществляется следующим образом. В целевой продуктивный пласт 1, отделенный от внешних газо- и/или водоносных пропластков 2 экранами малой толщины 3 через перфорационные отверстия 4 в колонне 5 производится нагнетание оторочек технологических жидкостей. Границы расположения отдельных оторочек (первой 6, второй 7 третьей 8 и т.д.) в трещине можно представить в виде системы вложенных областей, повторяющих форму трещины. После остановки закачки происходит выравнивание давления по длине трещины. В зависимости от параметров трещины и реологических свойств жидкости данный процесс может протекать от 0,5 до 30 минут, однако при этом не должно происходить полного смыкания трещины. В результате давление в трещине вблизи забоя снижается, а в удаленной зоне - возрастает, соответствующим образом изменяя геометрию трещины и, в частности, ее внешний контур 9.The proposed method of hydraulic fracturing is as follows. In the target reservoir 1, separated from the external gas and / or aquiferous layers 2 by screens of small thickness 3 through the perforation holes 4 in the column 5, the rims of the process fluids are injected. The boundaries of the location of individual rims (first 6, second 7, third 8, etc.) in a crack can be represented as a system of nested regions repeating the shape of the crack. After stopping the injection, the pressure is equalized along the length of the crack. Depending on the parameters of the crack and the rheological properties of the fluid, this process can take from 0.5 to 30 minutes, however, the crack should not completely close. As a result, the pressure in the crack near the face decreases, and in the remote zone it increases, correspondingly changing the geometry of the crack and, in particular, its external contour 9.

Последующее возобновление нагнетания с таким же или с меньшим режимом подачи (расходом, давлением) ввиду создания в трещине слоистой системы течения, обеспечивающей транспорт жидкости преимущественно по центральной, наиболее широкой зоне и образующей низкоскоростные или застойные зоны на периферии. Формируемая при этом геометрия трещины характеризуется большей, относительно стандартной, характерной для непрерывной подачи агента процедурой проведения работ, отношением длины трещины к ее высоте. Общий прирост протяженности трещины увеличивается с числом остановок. Применение на стадии закачки проппанта технологических жидкостей с пониженными реологическими и высокими деструктурирующими свойствами способствует более полному очищению притрещинной зоны коллектора и самой трещины и, следовательно, увеличивает продуктивность скважины.Subsequent resumption of injection with the same or lower flow rate (flow rate, pressure) due to the creation of a layered flow system in the fracture that provides fluid transport mainly along the central, widest zone and forms low-speed or stagnant zones on the periphery. The geometry of the crack formed in this case is characterized by a larger, relatively standard, characteristic for the continuous supply of agent agent work procedure, the ratio of the length of the crack to its height. The total increase in crack length increases with the number of stops. The use of technological fluids with reduced rheological and high destructive properties at the proppant injection stage contributes to a more complete cleansing of the fracture zone of the reservoir and the fracture itself and, therefore, increases well productivity.

Предлагаемый способ гидравлического разрыва пласта успешно испытан на 8 скважинах месторождений ОАО «Сургутнефтегаз». В качестве оторочек технологических сред с различной реологией применялись 4 типа жидкости: базовый сшитый гуаровый гель на водной основе, его маловязкая модификация с пониженным содержанием всех компонентов, линейный гель и вода. Количество технологических остановок закачки длительностью до 10 минут (в среднем 3 минуты) составляло 1-2. Длительность остановок определялась по результатам мини-ГРП на основе анализа изменения устьевого давления после остановки закачки базовой жидкости (первой оторочки). Момент первой остановки выбирался из условия закачки в трещину 3-4 оторочек, составляющих не менее 35% от общего объема смеси, второй, соответственно - не менее 65%.The proposed method of hydraulic fracturing was successfully tested in 8 wells of OJSC “Surgutneftegas” fields. Four types of liquids were used as rims of technological media with different rheology: a base cross-linked guar gel based on water, its low-viscosity modification with a low content of all components, a linear gel and water. The number of technological injection stops up to 10 minutes (average 3 minutes) was 1-2. The duration of stops was determined by the results of mini-hydraulic fracturing based on the analysis of wellhead pressure changes after stopping the injection of the base fluid (first rim). The moment of the first stop was chosen from the condition of pumping 3-4 rims into the fracture, comprising at least 35% of the total volume of the mixture, the second, respectively, at least 65%.

По результатам первых работ высота развития трещин при сохранении общего объема жидкости и массы проппанта на операцию снижена в среднем на 15% относительно скважин ближайшего окружения с ГРП по традиционным технологиям.According to the results of the first works, the height of crack development while maintaining the total volume of fluid and proppant mass per operation was reduced on average by 15% relative to the wells of the immediate environment with hydraulic fracturing using traditional technologies.

Claims

1. The method of hydraulic fracturing, including the injection of process fluid to create, develop and consolidate the crack, characterized in that the injection is carried out with short stops, the moment and duration of which is determined based on the analysis of the dynamics of the fracture closure, and the process fluid is represented by the rims of the compositions of technological environments while the initial rims are characterized by small instantaneous leakage and low mobility in the thin channels of the upper and lower edges s vertical fracture zones, subsequent rims have low mutual solubility with the previous trimmed, low viscosity and high dynamic peskonesuschimi properties, and the latter rim has high destructuring properties with respect to the previously trimmed whole downloaded.

2. The method according to claim 1, in which gas-liquid media, disperse systems or viscous-plastic fluids are used as initial rims.

3. The method according to claim 2, in which the viscous plastic fluid is a crosslinked gel or cement solution.

4. The method according to claim 1, in which low polymer gel or foam systems, linear gels, and also their base liquids are used as subsequent rims.