RU2733840C1 - Способ инициации трещин гидроразрыва в прискважинной зоне геологического пласта - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к способам проведения гидроразрыва пласта. Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в обеспечении улучшенной проводимости создаваемых трещин ГРП, сниженной извилистости и искривленности трещин в прискважинной зоне, снижении потерь давления, обеспечении более однородного покрытия продуктивного пласта сетью трещин ГРП. В соответствии со способом в обсаженной скважине, содержащей по меньшей мере один интервал с префорационными отверстиями или портами в обсадной колонне, для создания и распространения трещины гидравлического разрыва пласта размещают по меньшей мере один энергетический источник с инициирующим устройством. Выше энергетического источника по направлению к устью скважины размещают одностороннее изолирующее устройство, препятствующее течению жидкостей в направлении устья скважины. В контролируемый момент времени инициируют посредством инициирующего устройства энергетический источник, что приводит к локальному выделению энергии и созданию объема сжатого газа в скважине, закачивающего жидкость инициации гидравлического разрыва пласта под давлением в геологический пласт, обеспечивая создание по меньшей мере одной трещины гидроразрыва в геологическом пласте. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Данное изобретение относится к способам проведения гидроразрыва пласта, являющегося наиболее эффективной технологией повышения продуктивности нефтегазовых скважин.

В последнее десятилетие, по мере того как мировая добыча углеводородных ресурсов сдвигается в сторону нетрадиционных коллекторов и трудноизвлекаемых запасов с очень низкой проводимостью пластов, значимость гидроразрыва пласта увеличивается. Ранее способы гидроразрыва пласта (ГРП) в основном рассматривались как способы интенсификации добычи, то есть повышения продуктивности и экономической эффективности скважины относительно уже достигнутой продуктивности. В настоящее время гидроразрыв пласта все больше рассматривается как практически безальтернативная технология, открывающая возможность рентабельно разрабатывать пласты с низкой проницаемостью, увеличивая приток с практически нулевых значений до экономически привлекательных уровней, тем самым вовлекая в разработку ранее недоступные запасы.

Из уровня техники известна концептуальная идея создания трещин в пласте или воздействия на пласт с помощью импульса высокого давления, который создает движущую силу большой величины для закачки жидкости в пласт с высокой скоростью и/или растрескивает геологическую породу за счет динамической ударной нагрузки перед тем как происходит заметное перемещение жидкости, предлагалась ранее в нескольких публикациях.

Например, в В.

et al, "Well-Productivity Improvement by Use of Rapid Overbalance Perforation Extension: Case History," SPE 30527, Journal of Petroleum Technology, vol. 48, №2, февраль 1996, стр. 154-159, приведены примеры и рассмотрен полевой опыт инициации ГРП с использованием экстремально высокого избыточного давления в скважине в рамках метода «быстрого продолжения перфораций избыточным давлением» (Rapid Overpressured Perforation Extension, ROPE). Данный метод позволяет создавать трещины ГРП с выскокой скоростью закачки в пластах с частым переслаиванием и с высокими потерями давления в прискважинной зоне, а также в пластах, где требуется ограничить размер трещин ГРП. Метод ROPE использует инертный газ высокого давления, заранее компримированный в насосно-компрессорной трубе (НКТ), находящейся в скважине, с помощью поверхностного газового компрессора. Затем инициируется закачка жидкости ГРП в пласт путем разрыва разрывной диафрагмы, расположенной в нижней части НКТ и разделяющей область высокого давления, представленную сжатым газом, и область, заполненную жидкостью ГРП при забойном давлении, находящуюся в контакте с пластом. Описанный метод использовался в одностадийных вертикальных или слабо наклоненных скважинах. Метод предполагает наличие НКТ между забоем и поверхностью, которая может создавать значительное гидродинамическое сопротивление, если требуется закачать жикость ГРП с проппантом с поверхности с большим расходом. Кроме того, в случае проведения многостадийного ГРП, где требуется закачка больших объемов жидкости с проппантом с поверхности, процедура спуска-подъема НКТ и сжатия газа в НКТ занимает очень длительный промежуток времени, что непривлекательно по сравнению с индустриально применяемыми методами ГРП.

Патент США 4,049,056 описывает способ, использующий взрывчатую смесь газов, содержащуюся в перемещаемой НКТ, сообщающейся с обрабатываемой зоной пласта. НКТ может перемещаться вверх/вниз по скважине, чтобы открыть/закрыть клапан, позволяющий заполнить рабочую зону жидкостью ГРП. Химическая реакция во взрывчатой газовой смеси толкает НКТ вверх, закрывает клапан и создает ударный импульс выского давления, чтобы растрекать породу. Данный способ также требует наличия НКТ между поверхностью и забоем, что может приводить к значительному гидродинамическому сопротивлению в случае закачки с поверхности с большим расходом. Закачка жидкости ГРП призводится по затрубному пространству, что не позволяет достичь таких же высоких расходов, как в случае общепринятого в нефтегазовой индустрии метода plug-and-perf.

Заявка US 20130161007 А1 описывает скважинное устройство детонационного воздействия, включая описание системы клапанов и системы зажигания, помещенное в горизонтальную секцию скважины. Подобное устройство импульсной детонации необходимо вынимать из скважины вместе с линиями подачи горючего вещества и окислителя, многократно устанавливаемым пакером, расположенным над устройством перед каждой последующей стадией ГРП. Подобное оборудование не может быть переустановлено в скважине с той же легкостью и безаварийностью, что и существующие сборки забойного оборудования, как, например, перфораторы и пакер-пробки, спускаемые на кабеле или тросовом канате при проведении многостадийного ГРП методом plug-and-perf.

Общая методология по использованию процессов и жидкостей с интенсивным энерговыделением описана в заявке US 20180087363 А1. Описанные способы позволяют организовать преобразование энергии, выделяемой в этих процессах, в движущую силу, которая закачивает жидкость ГРП в прискважинную зону геологического пласта, создавая в ней трещины ГРП с улучшенной геометрией благодаря уменьшению негативного влияния неоднородностей пласта, таких, как тонкие прослои с контрастирующими механическими свойствами, естественные трещины и др. (rock fabric). Геометрия трещин ГРП, создаваемая традиционными методами закачки с использованием поверхностных насосов, с учетом ограничений по скорости закачки, зачастую подвержена влиянию неоднородностей пласта, которые приводят к существенным отклонениям от планарной геометрии трещины и снижают ее гидродинамическую проводимость.

Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в обеспечении улучшенной проводимости создаваемых трещин ГРП, сниженной извилистости и искривленности трещин в прискважинной зоне, снижении потерь давления и частоты стопов (преждевременных остановок ГРП по высокому давлению), обеспечении более однородного покрытия продуктивного пласта сетью трещин ГРП благодаря снижению перепадов в проводимости прискважинных участков трещин, одновременно распространяющихся в ходе одной стадии ГРП, несмотря на вариативность в неоднородностях пласта за обсадной колонной, а также более равномерному приему жидкости ГРП одновременно растущими трещинами. Кроме того, обеспечивается более эффективное использование проппанта, увеличение продуктивности скважин на единицу закачанного проппанта благодаря равномерному покрытию пласта сетью трещин ГРП, а также улучшенное вертикальное покрытие продуктивных пластов с частым переслоением, создание гидродинамического контакта и включение дополнительных продуктивных пропластков за счет улучшенного пересечения субгоризонтальных прослоев, улучшенная вертикальная проводимость трещины за счет уменьшения заклинивания на смыкющихся субгоризонтальных прослоях.

Указанный технический результат достигается тем, что в соответствии с предлагаемым способом инициации трещин гидроразрыва в прискважинной зоне геологического пласта в обсаженной скважине, содержащей по меньшей мере один интервал с префорационными отверстиями или портами в обсадной колонне для создания и распространения трещины гидравлического разрыва пласта, размещают по меньшей мере один энергетический источник с инициирующим устройством. Выше энергетического источника по направлению к устью скважины размещают одностороннее изолирующее устройство, препятствующее течению жидкостей в направлении устья скважины. В контролируемый момент времени инициируют посредством инициирующего устройства энергетический источник, что приводит к локальному выделению энергии и созданию объема сжатого газа в скважине, закачивающего жидкость инициации гидравлического разрыва пласта под давлением в геологический пласт, обеспечивая создание по меньшей мере одной трещины гидроразрыва в геологическом пласте.

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения энергетический источник с инициирующим устройством размещают напротив или выше интервала с перфорационными отверстиями или портами в обсадной колонне, а в качестве жидкости инициации гидравлического разрыва пласта используют жидкость, содержащуюся в скважине.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения энергетический источник с инициирующим устройством размещают выше интервала с перфорационными отверстиями или портами в обсадной колонне, а в качестве жидкости инициации гидравлического разрыва пласта используют жидкость, которую предварительно размещают в скважине напротив интервала с перфорационными отверстиями или портами. При этом в одном из вариантов осуществления изобретения предварительно отделяют энергетический источник от жидкости инициации гидравлического разрыва пласта путем размещения разделительной жидкости или разделительного устройства между энергетическим источником и жидкостью инициации гидравлического разрыва пласта.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения для инициации многостадийных трещин гидравлического разрыва пласта в скважине ниже интервала с перфорационными отверстиями или портами в обсадной колонне предварительно устанавливают пакер, обеспечивающий изоляцию по давлению и потоку с предыдущей стадией многостадийного гидравлического разрыва пласта, а также уменьшающий общую сжимаемость объема жидкости в контакте с геологическим пластом.

Изобретение поясняется чертежами, где на Фиг. 1 показано начальное размещение материалов и элементов оборудования в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения; на Фиг. 2 показано начальное размещение материалов и элементов оборудования в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения.

Данное изобретение описывает способ инициации трещин ГРП с улучшенной геометрией в скважинах, в том числе и с множественными стадиями ГРП. За счет того, что жидкость ГРП закачивается в пласт благодаря локальному источнику энергии, размещенному в скважине, при инициации трещины достигается высокая скорость закачки, а, следовательно, естественные барьеры для роста трещины в пласте в виде геологических неоднородностей пересекаются без или со сниженным влиянием на геометрию трещины и негативное влияние неоднородностей пласта уменьшается.

На Фиг. 1 и Фиг. 2 показана обсаженная горизонтальная скважина 1 перед инициацией трещин ГРП. Устье скважины 1 находится в направлении слева (не показано); течение жидкости во время закачки основной массы проппанта происходит слева направо. Описываемый способ может быть также применен в вертикальной скважине, в этом случае вся схема должна быть повернута на 90 градусов по часовой стрелке.

В левой части Фиг. 1 и Фиг. 2 изображена сборка 2 скважинного оборудования (ССО), которую используют для установки и подготовки элементов оборудования и материалов в скважине 1. ССО 2 расположена слева от одностороннего изолирующего устройства 3, которое препятствует течению жидкости в направлении устья скважины. ССО 2 расположена в скважине в непосредственной близости от одностороннего изолирующего устройства 3 только в случае инициации энергетического процесса, приводящего к локальному выделению энергии и созданию объема сжатого газа в скважине, который перемещает жидкость ГРП через перфорационные отверстия или порты в обсадной колонне в пласт, с использованием прямого контакта, например, электрического, между ССО и зоной энергетического процесса. При использовании других способов инициации энергетического процесса, например, с помощью беспроводной передачи сигнала различными физическими способами, или с использованием таймера, ССО может быть перемещена в направление поверхности или поднята на поверхность в момент инициации энергетического процесса. В некоторых случая ССО может являться закачиваемой сборкой, спускаемой на кабеле или канатном тросе, аналогично традиционно используемой при проведении многостадийного ГРП методом plug-and-perf. В таком случае ССО удобно спускать к целевой глубине скважины с использованием поверхностных насосов. При использовании традиционной закачиваемой plug-and-perf ССО, которая включает изолирующий пакер и скважинные перфораторы (SPE 100139, Blanton,E.M, Mackenzie,G., 2006), система дополнительно содержит контейнеры с материалами, устройства для сброса (и потенциально перемешивания) материалов (таких, как описанные ниже энергетический источник 4, разделитель 6 и жидкость 7 инициации ГРП 7), механизмы для крепления отделяемых устройств и их размещения в скважине (например, описанные ниже одностороннее изолирующее устройство 3, инициирующее устройство 5, разделитель 6). ССО используют для спуска оборудования к целевому интервалу инициации ГРП, создания перфорационных отверстий в обсадной колонне и размещения в скважине всех элементов, необходимых для реализации изобретения согласно изображениям на Фиг. 1 и Фиг 2.

В некоторых случаях ССО может являться сборкой скважинного оборудования, спускаемого на гибкой насосно-компрессорной трубе (ГНКТ, coil-tubing). В этом случае ССО также включает компоненты, требуемые для размещения материалов и устройств в скважине на глубине целевого интервала для создания трещины (энергетический источник 4, разделитель или разделительное устройство 6, жидкость 7 инициации ГРП, одностороннее изолирующее устройство 3, инициирующее устройство 5). В отличие от закачиваемой ССО для метода plug-and-perf, которая включает перфораторы для создания перфорационных отверстий в обсадной колонне, ССО на ГНКТ включает в себя устройство для открытия портов в обсадной колонне, подобное, например, описанному в US Patent 8141648. Кроме того, изолирующий пакер для отсечения ранее созданных трещин ГРП становится опциональным, если ранее созданные трещины ГРП изолируются от скважины с помощью закрытия портов. В то же время, даже в случае закрытия портов с созданными ГРП, изолирующий пакер может устанавливаться для понижения общей сжимаемости жидкости, находящейся в контакте с пластом при инициации трещины, что повышает давление на стенки трещины при инициации ГРП при той же величине энергии, выделяемой источником.

Как показано на Фиг. 1 и Фиг. 2, одностороннее изолирующее устройство 3 обеспечивает разделение области повышенного давления в зоне энергетического процесса, приводящего к локальному выделению энергии и созданию объема сжатого газа в скважине, и верхней по течению в направлении устья части скважины 1, чтобы не допустить течения жидкостей к устью скважины и направить поток жидкости ГРП внутрь пласта. В то же время после завершения энергетического процесса, приводящего к локальному выделению энергии и созданию объема сжатого газа в скважине, который перемещает жидкость ГРП через перфорационные отверстия или порты в пласт во время инициации, изолирующее устройство 3 не препятствует закачке жидкости ГРП с проппантом с поверхности во время основной работы ГРП. Поддержание высокого перепада давления происходит в течении ~10-50 секунд, за которое жидкость закачивается в пласт.

Скважинный энергетический источник 4 может представлять собой химический источник энергии, основанный на реакции окисления-восстановления, подготовленный в виде жидкости, газа, суспензии, геля, твердого или гранулированного материала, с заранее заданной формой; источник может быть снабжен оболочкой. Источник 4 может быть, в частности, твердым ракетным топливом (solid propellant) или пороховым зарядом. После инициации энергетического процесса, например горения, скважинный энергетический источник 4 трансформируется с локальным выделением энергии в виде тепла и продуктов реакции, что приводит к созданию в скважине объема сжатого газа. Использование локального энергетического источника на основе ядерных или термоядерных реакций не представляется практичным в связи с соображениями безопасности, риском загрязнения окружающей среды и риском повреждения скважинного оборудования и прискважинной зоны геологического пласта. Использование электрического источника энергии для создания локального объема сжатого газа теоретически возможно, но представляется недостаточно эффективным на текущем этапе технологического развития с точки зрения удельной стоимости создания локального объема сжатого газа с учетом потерь на подвод электричской энергии. Источник 4 может быть, в частности комбинированным, с использованием реакций окисления-восстановления и электрической энергии, где электричество используется для управления скоростью протекания химической реакции (см., например, https://dssptech.com/, или патенты США 8464640, 9382168, 9182207, 8888935). После завершения инициации трещин, энергетический процесс не создает значимого количества отходов и остаточных материалов, которые могут препятствовать течению жидкости и не оказывает воздействия, которое может существенно понизить механическую прочность окружающих конструкций.

Внутри энергетического источника 4 установлено инициирующее устройство 5, которое инициирует энергетический процесс в контролируемый момент времени. Спусковое воздействие может контролироваться с ССО 2 с помощью коннектора, проходящего через изолирующее устройство 3, или через коннектор за обсадной колонной, с использованием дистанционного спускового устройства активируемого, например, с помощью акустического или другого беспроводного сигнала, или с использованием таймера.

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, показанном на Фиг. 1, в скважине 1 размещают разделитель 6, представляющий собой жидкость и/или устройство, для отделения энергетического источника 4 от жидкости 7 инициации ГРП, В некоторых вариантах осуществления способа разделитель 6 дезинтегрируется или самоуничтожается в результате приложения большого дифференциала статического давления, действующего слева направо и приложенного с поверхности. В некоторых вариантах осуществления изолирующее устройство 3 сгорает или растворяется в результате или спустя некоторое время после завершения энергетического процесса. Например, в качестве такого устройства может быть диск или конический разделитель, изготовленный из композитного материала, связующее вещество в котором воспламеняется и затем сгорает со скоростью существенно меньшей, чем процесс закачки. Или же может применятся композитный материал, подобный используемому в растворимых пакерах (см., например, https://www.slb.com/completions/well-completions/frac-plugs-and-sleeves/franc-plugs/infinity-dissolvable-frac-plug, или патент США 8276670).

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, показанном на Фиг. 1, в скважине 1 размещают жидкость 7 инициации ГРП, назначение которой заключается в том, чтобы обеспечить контролируемую реологию жидкости, оптимальную для инициации трещин 8 ГРП с улучшенной геометрией с учетом особенностей геологического пласта, параметров отверстий 9 в обсадной колонне, с учетом изменения вышеупомянутых свойств вдоль скважины, расположения отверстий 9, высоких пиковых значений и значительного изменения скорости закачки жидкости во время энергетического процесса. Отверстия 9 в обсадной колонне могут представлять собой перфорационные отверстия, создаваемые скважинными перфораторами, или заранее созданные в обсадной колонне порты, которые могут открываться с помощью специального инструмента, спускаемого, например, на ГНКТ. В случае, если предполагается одновременное создание нескольких трещин в рамках одной стадии, одно из важных требований к созданию трещин ГРП с улучшенной геометрией в многостадийной скважине заключается в равномерном росте трещин из разных групп (кластеров) отверстий в ходе одной стадии закачки. Жидкость 7 инициации ГРП выбирают исходя из требования балансировки роста трещин 8 из разных групп (кластеров) отверстий с учетом заранее определенной вариативности свойств пласта и горных напряжений и выбранного дизайна перфораций с ограниченным доступом для ГРП. В случае, если предполагается создание одной трещины ГРП на стадию, например, с использованием одной локализованной группы (кластера) перфорационных отверстий или портов, жидкость инициации ГРП выбирают с учетом планируемой эффективности пересечения неоднородностей пласта в прискважинной зоне. Жидкость 7 инициации ГРП может быть, например, создана на основе существующих вариантов химического и композиционного состава жидкостей ГРП, включая жидкости на водной или углеводородной основе, линейный или кросс-линкованный гель, файберов, проппантов, кислот, и т.д.

Возможна реализация данного варианта осуществления изобретения и без установки разделителя 6 (см. Фиг. 2). Одна из целей применения разделителя 6, показанного на Фиг. 1, заключается в предотвращении гравитационного сползания энергетического источника 4 или жидкости 7 друг под друга, в зависимости от контраста их плотностей, в горизонтальной секции скважины. В случае такого сползания эффективность выталкивания жидкости инициации 7 ГРП в пласт снижается. Вторая задача разделителя 6 - контролировать смешивание на фронте между продуктами энергетического процесса и жидкости 7 инициации ГРП во время быстрого перемещения этого фронта во время закачки жидкости 7 инициации. Разделитель 6 может представлять собой жидкость с ненулевым пределом текучести (Бингамовские жидкости, жидкости Гершеля-Балкли, например буровые растворы, шламы). Используемое в качестве разделителя 6 устройство должно быть, например, самоуничтожающимся в результате воздействия температуры, возникающей в результате энергетического процесса, в результате химического процесса, или же должно быть сконструировано таким образом, чтобы не создавать значимого гидравлического сопротивления после завершения энергетического процесса во время закачки основной массы проппанта. Например, в качестве такого устройства может быть диск или конический разделитель, изготовленный из композитного материала, связующее вещество в котором воспламеняется и затем сгорает со скоростью существенно меньшей, чем процесс закачки. Или же, может применятся композитный материал, подобный используемому в растворимых пакерах (см., например, https://www.slb.com/completions/well-completions/frac-plugs-and-sleeves/frac-plugs/infmity-dissolvable-frac-plug или патент США 8276670).

При проведении многостадийного ГРП в скважине ниже по течению в направлении устья скважины интервала с перфорационными отверстиями или портами в обсадной колонне в скважине размещают пакер 10, обеспечивающий изоляцию по давлению и потоку с предыдущей стадией ГРП, а также уменьшающий общую сжимаемость объема жидкости в контакте с геологическим пластом. Данный пакер 10 способен выдержать величину перепада давления, создаваемую в результате энергетического процесса, приводящего к локальному выделению энергии и созданию объема сжатого газа в скважине.

Способ инициации трещин гидроразрыва в прискважинной зоне геологического пласта осуществляют следующим образом.

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, показанном на Фиг. 1, в скважине 1 выше по потоку (ближе к устью скважины) размещают энергетический источник 4 с инициирующем устройством 5. В данном варианте осуществления изобретения предварительно напротив целевого интервала создания ГРП, содержащего отверстия 9 (перфорационные отверстия или открытые порты) в обсадной колонне, с помощью ССО 2 размещают жидкость 7 инициации ГРП. В частности, эта жидкость может быть закачана из ССО 2 в объем скважины, в таком случае одним из элементов ССО 2 является емкость с жидкостью ГРП для ее доставки к месту инициации и механизм, освобождающий содержимое емоксти для его перемещния в скважину. В другом варианте реализации ССО 2 может включать емкость с реагентом, механизм его сброса и, возможно, механизм способствующий перемешиванию реагента с содержимым скважины. В этом случае жидкость инициации ГРП формируется на месте, в скважине, путем химического взаиодействия реагента с содержимым скважины. Варианты реагентов и механизмы их взаиодействия с скважинными жидкостями можно найти, например в Reservoir Stimulation, Ed. Economides&Nolte, 2000, John Wiley&Sons, Chapters 7,8. Основная цель дополнительного размещения жидкости 7 инициации ГРП в скважине - возможность контроля вязкости и реологии жидкости, закачиваемой в трещину при ее инициации. Как правило, предпочтительно увеличить вязкость жидоскти для увеличения ширины трещины и лучшего пересечения естественных неоднородностей пласта. Кроме того, зачастую необходимо учесть как меняется вязкость жидкости ГРП со скоростью закачки. Возможны ситуации, когда также необходимо контролировать химический состав жидкости ГРП с учетом ее химического взаимодействия с пластом.

Затем, в случае размещения в скважине жидкости 7 инициации ГРП, посредством ССО 2 в скважине 1 дополнительно может быть установлен разделитель 6, предназначенный для отделения жидкости 7 инициации ГРП от устанавливаемого выше по течению энергетического источника 4.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, показанном на Фиг. 2, энергетический источник 4 с инициирующем устройством 5 размещают в обсаженной скважине 1 напротив отверстий 9 (перфорационных отверстий или портов) (в непосредственной близости от них) или выше (по направлению к устью скважины), без специальной жидкости ГРП 7 и разделителя 6. В этом случае в качестве жидкости инициации ГРП используется первоначальное содержимое скважины 11 и некоторая доля продуктов энергетической реакции.

Во всех вариантах реализации изобретения в качестве энергетического источника 4 может быть, в частности, использован пороховой заряд.

Во всех вариантах реализации изобретения в скважине 1 выше (в направлении устья скважины) энергетического источника 4 размещают одностороннее изолирующее устройство 3. Одностороннее изолирующее устройство 3 предотвращает течение жидкостей в направлении устья скважины и не создает значимого гидравлического сопротивления при закачке основной массы проппанта с поверхности в трещины. Изолирующее устройство 3 может быть реализовано в виде обратного клапана, аналогично створчатым клапанам, неподвижным клапанам глубинных всасывающих насосов, установленным в обратном направлении, чтобы препятствовать течению в направлении поверхности. Изолирующее устройство может 3 быть разбуриваемым или самоуничтожающимся.

В контролируемый момент времени энергетический источник 4 инициируется инициирующим устройством 5 и запускается энергетический процесс, который приводит к локальному выделению энергии и созданию объема сжатого газа в скважине, закачивающего жидкость, находящуюся в скважине (первоначально содержавшуюся в скважине, закачанную жидкость инициации ГРП или их комбинацию), под давлением в геологический пласт, обеспечивая создание по меньшей мере одной трещины гидроразрыва в геологическом пласте.

Для запуска энергетического процесса инициирующее устройство 5 находится либо в электрическом контакте со сборкой 2 скважинного оборудования, либо взаимодействует с ней или с поверхностью беспроводным способом, либо может срабатывать самостоятельно с контролируемой задержкой по внутреннему таймеру. Объем сжатого газа, создаваемый энергетическим процессом, расширяется и выталкивает находящуюся в скважине жидкость через перфорации или порты 9 в геологический пласт, создавая трещины 8 ГРП с улучшенной геометрией.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения для инициации многостадийных трещин ГРП выше (в направлении устья скважины) от энергетического источника 4 устанавливают пакер 10, обеспечивая изоляцию по давлению и потоку в ходе последующей стадии ГРП. Пакер 10 может быть установлен с помощью ССО 2 во время ее последующиего спуска после того, как энергетический процесс инициирующий трещины ГРП и закачка основной массы проппанта завершена.

Рассмотрим пример с обсаженной скважиной с внутренним диаметром 11.4 cm, секцией скважины, заполненной жидкостью инициации ГРП, длиной 12 м. При этом, минимальное горизонтальное горное напряжение равно 500 бар. Энергетический источник, например, пороховой заряд, размещенный в скважине, и его свойства таковы, что после энергетической реакции, например, реакции горения, образуется секция скважины с повышенным давлением длиной 10 м и с давлением 1500 бар. Предполагая объем газов, генерируемый при сгорании энергетического материала порядка 1 м³/кг, что соответствует общеизвестной верхней границе газообразования при сгорании порохов, и адиабатическое расширение продуктов сгорания с показателем адиабаты 1.3, необходимое количество заряда можно приближенно оценить в 3 кг. Процесс горения может быть запущен инициирующим устройством в виде электродетонатора и спускового устройства, которое подает разряд на детонатор по сигналу, полученному извне, или по таймеру. Предварительно, между энергетическим источника и устьем скважины устанавливается одностороннее изолирующее устройство, например, в виде створчатого клапана или усиленного клапана глубинных всасывающих насосов с запирающим шаром. Изолирующее устройство препятствует течению жидкостей в направлении устья скважины во время закачки жидкости в пласт и инициации трещины, при перепаде давления, создаваемом энергетическим процессом. При указанных параметрах системы, энергетический процесс создаст практически радиальную трещину с радиусом 12 м. На первых 5 метрах трещины от скважины скорость закачки жидкости инициации ГРП, обеспечиваемая энергетическим процессом, будет от одного до нескольких порядков величины выше, чем в случае традиционной закачки ГРП с помощью поверхностных насосов (Chertov М, Chaplygin A., Evaluating characteristics of high-rate hydraulic fractures driven by wellbore energy source, Engineering Fracture mechanics, V.222, 2019, 106702).

Можно отметить, что в случае, если трещины, создаваемые в геологическом пласте с помощью энергетического процесса, создают достаточный в соответствии с целями интенсификации добычи гидродинамический контакт скважины с пластом, закачка дополнительной массы проппанта традиционным способом с использованием поверхностных насосов может быть необязательной.

Claims (8)

1. Способ инициации трещин гидроразрыва в прискважинной зоне геологического пласта, в соответствии с которым:

- в обсаженной скважине, содержащей по меньшей мере один интервал с префорационными отверстиями или портами в обсадной колонне для создания и распространения трещины гидравлического разрыва пласта, размещают по меньшей мере один энергетический источник с инициирующим устройством,

- выше энергетического источника по направлению к устью скважины размещают одностороннее изолирующее устройство, препятствующее течению жидкостей в направлении устья скважины,

- в контролируемый момент времени инициируют посредством инициирующего устройства энергетический источник, что приводит к локальному выделению энергии и созданию объема сжатого газа в скважине, закачивающего жидкость инициации гидравлического разрыва пласта под давлением в геологический пласт, обеспечивая создание по меньшей мере одной трещины гидроразрыва в геологическом пласте.

2. Способ инициации трещин гидроразрыва в прискважинной зоне геологического пласта по п. 1, в соответствии с которым энергетический источник с инициирующим устройством размещают напротив или выше интервала с перфорационными отверстиями или портами в обсадной колонне, а в качестве жидкости инициации гидравлического разрыва пласта используют жидкость, содержащуюся в скважине.

3. Способ инициации трещин гидроразрыва в прискважинной зоне геологического пласта по п. 1, в соответствии с которым энергетический источник с инициирующим устройством размещают выше интервала с перфорационными отверстиями или портами в обсадной колонне, а в качестве жидкости инициации гидравлического разрыва пласта используют жидкость, которую предварительно размещают в скважине напротив интервала с перфорационными отверстиями или портами.

4. Способ инициации трещин гидроразрыва в прискважинной зоне геологического пласта по п. 3, в соответствии с которым предварительно отделяют энергетический источник от жидкости инициации гидравлического разрыва пласта путем размещения разделительной жидкости или разделительного устройства между энергетическим источником и жидкостью инициации гидравлического разрыва пласта.

5. Способ инициации трещин гидроразрыва в прискважинной зоне геологического пласта по 1, в соответствии с которым для инициации многостадийных трещин гидравлического разрыва пласта в скважине ниже интервала с перфорационными отверстиями или портами в обсадной колонне предварительно устанавливают пакер, обеспечивающий изоляцию по давлению и потоку с предыдущей стадией многостадийного гидравлического разрыва пласта, а также уменьшающий общую сжимаемость объема жидкости в контакте с геологическим пластом.

Images