RU2790471C1 - Method for determining the spatial position and geometric parameters of a hydraulic fracture - Google Patents

Method for determining the spatial position and geometric parameters of a hydraulic fracture Download PDF

Info

Publication number
RU2790471C1
RU2790471C1 RU2022116654A RU2022116654A RU2790471C1 RU 2790471 C1 RU2790471 C1 RU 2790471C1 RU 2022116654 A RU2022116654 A RU 2022116654A RU 2022116654 A RU2022116654 A RU 2022116654A RU 2790471 C1 RU2790471 C1 RU 2790471C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
well
hydraulic fracture
hydraulic
spatial position
determining
Prior art date
Application number
RU2022116654A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Павлович Хмелинин
Антон Игоревич Конурин
Кирилл Сергеевич Есин
Николай Александрович Жернаков
Николай Константинович Щербатенко
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук ИГД СО РАН
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук ИГД СО РАН filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук ИГД СО РАН
Application granted granted Critical
Publication of RU2790471C1 publication Critical patent/RU2790471C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: oil and gas.
SUBSTANCE: invention relates to methods for controlling the development of a hydraulic fracture and its geometry, used in the oil and gas field and mining. Immersion and installation in the well in the interval of the hydraulic fracturing formation of a geophysical instrument is carried out, through which its logging is carried out at an angle of 360° along with determination of the spatial position of the hydraulic fracture. An electrical well logging is performed using an antenna unit, from both sides of which the well surfaces are simultaneously scanned with microwave electromagnetic signals, providing scanning zones: on one side of the antenna unit from 0 to 180°, on the other hand from 180 to 360°. The geometrical parameters of the hydraulic fracture are determined.
EFFECT: simplification of the technical implementation system, increase in the accuracy of determining the spatial position and geometric parameters of hydraulic fractures, as well as a significant increase in the efficiency of the method.
1 cl, 1 dwg

Description

Техническое решение относится к способам контроля развития трещины гидроразрыва пласта и ее геометрии посредством измерения электромагнитного поля, излучаемого на краях трещины, и может найти применение в нефтегазовой области, а также в горном деле.The technical solution relates to methods for controlling the development of a hydraulic fracture and its geometry by measuring the electromagnetic field emitted at the edges of the fracture, and can be used in the oil and gas field, as well as in mining.

Известен способ контроля развития трещины гидроразрыва пласта и ее геометрии по патенту РФ № 2374438, кл. Е21В 43/26, опубл. 27.11.2009 г., Бюл № 33, включающий использование, по меньшей мере, одной скважины, нагнетание в ствол одной из скважин жидкости гидроразрыва под давлением, причем в качестве жидкости гидроразрыва используют жидкость с высокой проводимостью электрического тока в отношении к пласту как слабо проводящему электрический ток, приложение в процессе гидроразрыва электрического напряжения к жидкости гидроразрыва посредством двух электродов, один из которых находится в контакте с жидкостью гидроразрыва, а другой - заземлен, и определение геометрии трещины по данным системы датчиков. К жидкости гидроразрыва прикладывают серию импульсов напряжения, причем заземленный электрод установлен на расстоянии от электрода, находящегося в контакте с жидкостью гидроразрыва, достаточном, чтобы избежать электрической разрядки системы «жидкость гидроразрыва - заземленный электрод» в первые моменты времени после поступления импульса напряжения от скважины на стадии, соответствующей окончанию зарядки жидкости гидроразрыва, по меньшей мере, в одной скважине измеряют параметры электромагнитного поля и/или акустических сигналов, возникающих в результате приложения импульсов напряжения к жидкости гидроразрыва, и дополнительно определяют координаты краев трещины.A known method for controlling the development of a hydraulic fracture and its geometry according to the patent of the Russian Federation No. 2374438, cl. E21B 43/26, publ. November 27, 2009, Bulletin No. 33, which includes the use of at least one well, the injection of a hydraulic fracturing fluid under pressure into the wellbore of one of the wells, and a fluid with high electrical conductivity is used as a hydraulic fracturing fluid in relation to the formation as weakly conductive electric current, applying electrical voltage to the hydraulic fracturing fluid during hydraulic fracturing by means of two electrodes, one of which is in contact with the hydraulic fracturing fluid, and the other is grounded, and determining the fracture geometry according to the sensor system data. A series of voltage pulses is applied to the fracturing fluid, and the grounded electrode is installed at a distance from the electrode in contact with the fracturing fluid, sufficient to avoid electrical discharge of the "fracturing fluid - grounded electrode" system in the first moments of time after the voltage pulse arrives from the well at the stage corresponding to the end of the charging of the hydraulic fracturing fluid, at least in one well the parameters of the electromagnetic field and/or acoustic signals resulting from the application of voltage pulses to the hydraulic fracturing fluid are measured, and the coordinates of the fracture edges are additionally determined.

Общими признаками аналога и предлагаемого технического решения являются: погружение и установка в скважину геофизического прибора, ее каротаж с помощью этого прибора для определения пространственного положения трещины гидроразрыва и ее геометрии.The common features of the analogue and the proposed technical solution are: immersion and installation of a geophysical instrument in the well, its logging using this instrument to determine the spatial position of the hydraulic fracture and its geometry.

Недостатками указанного способа являются: сложная обработка полученных данных, ограничение возможностей реализации в глубоких скважинах (более 500 м) из-за сложности установки геофизического прибора, что существенно снижает эффективность способа. Необходимость наличия второй скважины при каротаже на больших глубинах для размещения приборов значительно повышает трудо- и энергозатраты, стоимость, увеличивая срок работ, осложняет процесс, и как следствие, ведет к снижению надежности и эффективности способа.The disadvantages of this method are: complex processing of the data obtained, limited implementation in deep wells (more than 500 m) due to the complexity of installing a geophysical instrument, which significantly reduces the effectiveness of the method. The need for a second well when logging at great depths to accommodate tools significantly increases labor and energy costs, the cost, increasing the period of work, complicates the process, and as a result, leads to a decrease in the reliability and efficiency of the method.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является способ определения пространственной ориентации трещины гидроразрыва по патенту РФ № 2626502, кл. Е21В 43/267, G01V 5/10, опубл. 28.07.2017 г., Бюл. № 22, включающий проведение гидроразрыва пласта с образованием трещины гидроразрыва и определение ее пространственной ориентации после проведения гидроразрыва пласта. Перед проведением гидроразрыва пласта в скважину в интервал пласта, подлежащий гидроразрыву, на колонне труб спускают геофизический прибор, вращением колонны труб с геофизическим прибором на угол 360° производят импульсно-нейтронный каротаж скважины путем замера нейтронно-поглощающей способности породы пласта, извлекают колонну труб с геофизическим прибором из скважины, производят гидроразрыв пласта с образованием и креплением трещины гидроразрыва проппантом, причем в процессе крепления трещины проппант закачивают двумя порциями, первой порцией закачивают проппант в 4/5 части от его общей массы, а второй порцией закачивают маркированный проппант, содержащий 0,4% мас. гадолиния (Gd64 157,25), в 1/5 части от общей массы проппанта, при этом фракции проппанта одинаковы в обеих порциях, по окончании крепления трещины стравливают давление из скважины и промывают забой скважины от излишков маркированного проппанта, извлекают колонну труб с пакером из скважины, в скважину в интервал пласта с трещиной, закрепленной в призабойной зоне маркированным проппантом, на колонне труб спускают геофизический прибор, вращением колонны труб с геофизическим прибором на угол 360° производят импульсно-нейтронный каротаж путем замера нейтронно-поглощающей способности породы пласта и трещины гидроразрыва и определяют пространственную ориентацию трещины гидроразрыва.The closest in technical essence and set of essential features is a method for determining the spatial orientation of a hydraulic fracture according to RF patent No. 2626502, class. E21B 43/267, G01V 5/10, publ. July 28, 2017, Bull. No. 22, which includes hydraulic fracturing with the formation of a hydraulic fracture and determining its spatial orientation after hydraulic fracturing. Prior to hydraulic fracturing, a geophysical instrument is lowered into the well into the formation interval to be hydraulically fractured; using a tool from the well, hydraulic fracturing is performed with the formation and fixation of a hydraulic fracture with proppant, and in the process of fixing the fracture, the proppant is pumped in two portions, the first portion is pumped proppant in 4/5 of its total mass, and the second portion is pumped marked proppant containing 0.4 % wt. gadolinium (Gd 64 157.25 ), in 1/5 of the total proppant mass, while the proppant fractions are the same in both portions, after the completion of the fixing, the fracture is depressurized from the well and the well bottom is flushed from excess marked proppant, the pipe string with the packer is removed a geophysical instrument is lowered from the well into the well into the formation interval with a fracture fixed in the bottomhole zone with a marked proppant; hydraulic fracturing and determine the spatial orientation of the hydraulic fracture.

Общими признаками прототипа и предлагаемого технического решения являются: погружение и установка в скважину в интервале пласта гидроразрыва геофизического прибора, ее каротаж на угол 360° и определение пространственного положения трещины гидроразрыва.The common features of the prototype and the proposed technical solution are: immersion and installation of a geophysical instrument in the well in the interval of the hydraulic fracturing formation, its logging at an angle of 360° and determining the spatial position of the hydraulic fracture.

Недостатком прототипа являются обязательное применение для реализации способа радиоактивных веществ, опасных для окружающей среды, необходимость использования для погружения геофизического прибора колонны труб и привода для их вращения, что существенно усложняет конструкцию, реализующую подачу геофизического прибора в интервал пласта, подлежащий каротажу, соответственно повышая трудо- и энергозатраты, расходы на оборудование для осуществления способа, а следовательно, снижая надежность и эффективность способа.The disadvantage of the prototype is the mandatory use of radioactive substances that are hazardous to the environment for the implementation of the method, the need to use a string of pipes and a drive to rotate them for immersion of the geophysical instrument, which significantly complicates the design that implements the supply of the geophysical instrument to the formation interval to be logged, respectively, increasing labor and energy costs, equipment costs for the implementation of the method, and consequently, reducing the reliability and efficiency of the method.

Проблема заключается в повышении надежности способа определения пространственного положения и геометрических параметров трещины гидроразрыва за счет упрощения технической системы для его реализации путем отказа от вращения геофизического прибора приводом колонны труб, а также значительного увеличения эффективности и безопасности способа за счет отказа от радиоактивного проппанта путем реализации электрического каротажа скважины сверхвысокочастотными (далее СВЧ) электромагнитными сигналами с последующим определением геометрических параметров трещины гидроразрыва.The problem is to increase the reliability of the method for determining the spatial position and geometric parameters of a hydraulic fracture by simplifying the technical system for its implementation by refusing to rotate the geophysical instrument by the pipe string drive, as well as significantly increasing the efficiency and safety of the method by eliminating radioactive proppant by implementing electric logging wells with microwave (hereinafter microwave) electromagnetic signals with subsequent determination of the geometric parameters of the hydraulic fracture.

Проблема решается тем, что в способе определения пространственного положения и геометрических параметров трещины гидроразрыва, включающем погружение и установку в скважину в интервале пласта гидроразрыва геофизического прибора, посредством которого осуществляют ее каротаж на угол 360°, и определение пространственного положения трещины, согласно техническому решению производят электрический каротаж скважины с помощью антенного блока, с двух сторон которого осуществляют одновременно сканирование поверхностей скважины сверхвысокочастотными электромагнитными сигналами, обеспечивая зоны сканирования: с одной стороны антенного блока от 0° до 180°, с другой его стороны от 180° до 360°, и определяют геометрические параметры трещины гидроразрыва.The problem is solved by the fact that in the method for determining the spatial position and geometrical parameters of a hydraulic fracture, including immersion and installation in the well in the interval of the hydraulic fracture formation of a geophysical instrument, through which it is logged at an angle of 360 °, and the spatial position of the fracture is determined, according to the technical solution, an electrical well logging using an antenna unit, from both sides of which the well surfaces are simultaneously scanned with microwave electromagnetic signals, providing scanning zones: on one side of the antenna unit from 0° to 180°, on the other side from 180° to 360°, and determine the geometric hydraulic fracture parameters.

Отказ от применения проппанта, содержащего потенциально опасные вещества, повышает экологичность способа определения пространственного положения и геометрических параметров трещины гидроразрыва, снижает его энергозатраты, стоимость каротажа. Погружение антенного блока на фидере без необходимости применения сложной дорогостоящей колонны труб с их приводом повышает надежность и эффективность способа, поскольку исключает возможность поломки оборудования (колонна труб, механизм их погружения и вращения, соединительные элементы), обеспечивающего реализацию способа, что экспериментально подтверждено. Использование электрического каротажа СВЧ электромагнитными сигналами, широко применяемого, например, в наземной радиолокации, существенно повышает точность определения пространственного положения и геометрических параметров трещин гидроразрыва, а следовательно, значительно повышает эффективность способа.Refusal to use proppant containing potentially hazardous substances increases the environmental friendliness of the method for determining the spatial position and geometric parameters of a hydraulic fracture, reduces its energy consumption, and the cost of logging. The immersion of the antenna unit on the feeder without the need to use a complex expensive pipe string with their drive increases the reliability and efficiency of the method, since it eliminates the possibility of equipment failure (pipe string, pipe immersion and rotation mechanism, connecting elements) that ensures the implementation of the method, which is experimentally confirmed. The use of electric logging with microwave electromagnetic signals, which is widely used, for example, in ground-based radar, significantly increases the accuracy of determining the spatial position and geometric parameters of hydraulic fractures, and therefore significantly increases the efficiency of the method.

Сущность технического решения поясняется примером конкретной реализации способа определения пространственного положения и геометрических параметров трещины гидроразрыва и чертежом, где показана схема реализации способа.The essence of the technical solution is illustrated by an example of a specific implementation of the method for determining the spatial position and geometric parameters of a hydraulic fracture and a drawing showing a diagram of the implementation of the method.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. В вертикальную скважину 1 (см. чертеж) в интервал пласта с трещинами 2 гидроразрыва погружают на фидере 3 антенный блок 4 с помощью которого производят электрический каротаж скважины 1. Антенный блок 4 состоит, например, из двух соединенных между собой волноводно-щелевых антенных решеток - 5 и 6, осуществляющих излучение и регистрацию отраженных от краев трещины 2 гидроразрыва СВЧ электромагнитных сигналов 7 и 8 соответственно. Антенный блок 4 позволяет осуществить одновременно сканирование поверхностей скважины 1 СВЧ электромагнитными сигналами с двух сторон, обеспечивая зоны сканирования: с одной стороны антенного блока 4 от 0° до 180°, с другой его стороны от 180° до 360°. Таким образом, осуществляют сканирование поверхности вертикальной скважины 1 вокруг антенного блока 4, с высокой точностью определяя пространственное положение трещин 2 гидроразрыва и их геометрические параметры без необходимости вращения антенного блока 4. При определении геометрических параметров трещины 2 гидроразрыва отклонение главного максимума диаграммы направленности осуществляют путем изменения частоты СВЧ электромагнитных сигналов, что позволяет существенно расширить диапазон сканирования, точность проводимых геометрических измерений, а следовательно, значительно повысить эффективность способа.The proposed method is carried out as follows. In a vertical well 1 (see drawing) in the interval of the formation with fractures 2 hydraulic fracturing is immersed on the feeder 3 antenna unit 4 with which electrical logging of well 1 is performed. Antenna unit 4 consists, for example, of two interconnected waveguide-slot antenna arrays - 5 and 6, which carry out the emission and registration of microwave electromagnetic signals 7 and 8 reflected from the edges of the hydraulic fracture crack 2, respectively. Antenna unit 4 allows simultaneous scanning of well surfaces 1 with microwave electromagnetic signals from two sides, providing scanning zones: on one side of antenna unit 4 from 0° to 180°, on the other side from 180° to 360°. Thus, the surface of the vertical well 1 is scanned around the antenna unit 4, with high accuracy determining the spatial position of the hydraulic fractures 2 and their geometric parameters without the need to rotate the antenna unit 4. When determining the geometric parameters of the hydraulic fracture 2, the deviation of the main maximum of the radiation pattern is carried out by changing the frequency microwave electromagnetic signals, which can significantly expand the scanning range, the accuracy of geometric measurements, and therefore significantly improve the efficiency of the method.

Результаты электрического каротажа передают по фидеру 3 на блок 9 обработки информации.The results of electrical logging are transmitted through the feeder 3 to the block 9 of information processing.

Предлагаемый способ позволяет:The proposed method allows:

- упростить технологию определения пространственного положения трещины 2 гидроразрыва за счет сканирования скважины 1 без сложных приспособлений;- to simplify the technology for determining the spatial position of the fracture 2 hydraulic fracturing by scanning the well 1 without complex devices;

- существенно расширить эффективность способа за счет возможности определения геометрических параметров трещины 2 гидроразрыва;- significantly expand the efficiency of the method due to the possibility of determining the geometric parameters of the fracture 2 hydraulic fracturing;

- повысить точность проводимого каротажа за счет реализации электрического типа сканирования СВЧ электромагнитными сигналами 7;- improve the accuracy of the conducted logging due to the implementation of the electrical type of scanning with microwave electromagnetic signals 7;

- существенно сократить экономическую составляющую по сравнению с прототипом;- significantly reduce the economic component in comparison with the prototype;

- обеспечить повышение безопасности по сравнению с прототипом.- provide increased security compared to the prototype.

Claims (1)

Способ определения пространственного положения и геометрических параметров трещины гидроразрыва, включающий погружение и установку в скважину в интервале пласта гидроразрыва геофизического прибора, посредством которого осуществляют её каротаж на угол 360°, и определение пространственного положения трещины гидроразрыва, отличающийся тем, что производят электрический каротаж скважины с помощью антенного блока, с двух сторон которого осуществляют одновременно сканирование поверхностей скважины сверхвысокочастотными электромагнитными сигналами, обеспечивая зоны сканирования: с одной стороны антенного блока от 0 до 180°, с другой его стороны от 180 до 360°, и определяют геометрические параметры трещины гидроразрыва. A method for determining the spatial position and geometrical parameters of a hydraulic fracture, including immersion and installation of a geophysical instrument in the well in the interval of the hydraulic fracture formation, by means of which it is logged at an angle of 360 °, and determining the spatial position of the hydraulic fracture, characterized in that the well is electrically logged using an antenna unit, from both sides of which the well surfaces are simultaneously scanned with microwave electromagnetic signals, providing scanning zones: on one side of the antenna unit from 0 to 180°, on the other side from 180 to 360°, and the geometric parameters of the hydraulic fracture are determined.
RU2022116654A 2022-06-21 Method for determining the spatial position and geometric parameters of a hydraulic fracture RU2790471C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2790471C1 true RU2790471C1 (en) 2023-02-21

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4831331A (en) * 1987-04-10 1989-05-16 Chevron Research Company Method and apparatus for interface location determination
RU2383733C2 (en) * 2004-10-04 2010-03-10 Хексион Спешелти Кемикалс, Инк. Method of estimation of rupture geometry; compositions and items used for this purpose
RU2402791C2 (en) * 2009-01-22 2010-10-27 Открытое акционерное общество НПФ "Геофизика" Method for detection of bed quantitative parametres by method of reflected waves
RU2626502C1 (en) * 2016-04-26 2017-07-28 Публичное акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина Method for determining three-dimensional orientation of hydraulic fractures

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4831331A (en) * 1987-04-10 1989-05-16 Chevron Research Company Method and apparatus for interface location determination
RU2383733C2 (en) * 2004-10-04 2010-03-10 Хексион Спешелти Кемикалс, Инк. Method of estimation of rupture geometry; compositions and items used for this purpose
RU2402791C2 (en) * 2009-01-22 2010-10-27 Открытое акционерное общество НПФ "Геофизика" Method for detection of bed quantitative parametres by method of reflected waves
RU2626502C1 (en) * 2016-04-26 2017-07-28 Публичное акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина Method for determining three-dimensional orientation of hydraulic fractures

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2984451C (en) Diagnostic lateral wellbores and methods of use
Frid Rockburst hazard forecast by electromagnetic radiation excited by rock fracture
US20180283153A1 (en) Methods and materials for evaluating and improving the production of geo-specific shale reservoirs
RU2454524C2 (en) Plant and method for electro-impulse drilling and logging and device for electro-impulse drilling (versions)
EP2661537B1 (en) Fracture detection via self-potential methods with an electrically reactive proppant
US20090166030A1 (en) Method to monitor reservoir fracture development and its geometry
WO2017035370A1 (en) Methods and materials for evaluating and improving the production of geo-specific shale reservoirs
CA2928034C (en) Fiber optic current monitoring for electromagnetic ranging
CA2957769C (en) Methods and systems for monitoring a subterranean formation and wellbore production
US11091991B1 (en) System and method for pulsed electrical reservoir stimulation
US8841914B2 (en) Electrolocation apparatus and methods for providing information about one or more subterranean feature
EP3853640A1 (en) Method and apparatus for sub-terrain chlorine ion detection in the near wellbore region in an open-hole well
RU2790471C1 (en) Method for determining the spatial position and geometric parameters of a hydraulic fracture
US11319801B2 (en) Contrast enhancement agents for subterranean treatment fluids
RU2374438C2 (en) Method to controll crack development hydraulic fracturing and it's geometry
US10570728B2 (en) Downhole fluid characterization methods and systems using multi-electrode configurations
CN113309506B (en) Advanced observation method and device based on electric dipole emission in hole
RU2769492C1 (en) Method of determining dimensions and spatial location of hydraulic fracturing based on geological and field data
RU2292457C1 (en) Method for predicting stability of shelves of quarry sides
RU2039256C1 (en) Method for evaluation of quality of cementation of rock mass
Ma et al. Transient electromagnetic pulse well logging: A promising technology
SU1157507A1 (en) Method of checking area of rock hydraulic fracture zone
Hsi-Tien Borehole directional radar system for geological mapping4
Patutin et al. SHUT-IN PRESSURE DETERMINATION FOR STRESS STATE MEASUREMENTS
Hanson et al. A field test of electromagnetic methods for the detection of conductive plumes