RU2798003C1

RU2798003C1 - Method for hydraulic fracturing of an oil-saturated carbonate formation

Info

Publication number: RU2798003C1
Application number: RU2022114653A
Authority: RU
Inventors: Алексей Владимирович Лысенков; Ильдар Зафирович Денисламов; Регина Фавилевна Шакирова; Владислав Радикович Иксанов; Элина Маратовна Сунагатова
Filing date: 2022-05-30
Publication date: 2023-06-13

Abstract

FIELD: oil production.

SUBSTANCE: invention relates to methods for intensifying oil production from carbonate reservoirs by performing acid fracturing and can be used to increase the flow of oil to wells operating high-water cut carbonate reservoirs. The method for performing acid hydraulic fracturing includes lowering a string of injection pipes into the zone of hydraulic fracturing of a productive formation, sealing the annular space with a packer, pumping a self-diverting acid composition as a fracturing fluid under pressure through the injection string. In this case, a vibratory unit of a hydraulic principle of operation is preliminarily mounted in the lower part of the injection pipe string, the process of pumping a self-diverting acid composition to create a hydraulic fracturing is carried out through an existing vibratory unit. The technical result is a significant increase in the permeability of the bottomhole formation zone and the interwell space and, as a result, an increase in the current oil production and an increase in the final oil recovery of the carbonate formation, due to the creation of multiple secondary fractures, into which the self-diverting acid composition penetrates at high speed, due to reduced viscosity.

EFFECT: significant increase in the permeability of the bottomhole formation zone and the interwell space, increase in the current oil production and final oil recovery of the carbonate formation

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к методам интенсификации добычи нефти из карбонатных коллекторов путем проведения кислотного гидроразрыва пласта и может быть использовано для увеличения притока нефти к скважинам, эксплуатирующих высокообводненные карбонатные пласты. The invention relates to methods for intensifying oil production from carbonate reservoirs by performing acid fracturing and can be used to increase the flow of oil to wells operating in high-water cut carbonate reservoirs.

В призабойной зоне пласта вертикальной скважины существует радиальное движение флюидов, поэтому через фильтрационные каналы этой зоны наблюдается наибольший приток пластовых флюидов, приходящийся на единицу объема пласта. Тяжелые компоненты нефти: асфальтены, смолы, часто парафины, а также механические примеси интенсивно адсорбируются на поверхности фильтрационных каналов, следствием этого становится снижение притока флюидов в скважину. Одним из эффективных методов восстановления или увеличения проницаемости ПЗП является проведение гидравлического разрыва пласта. Появляются трещины горизонтального или вертикального расположения, приток жидкости в нефтедобывающую скважину значительно возрастает. Для карбонатного продуктивного пласта необходимо обеспечить разветвленную сеть трещин различной длины и толщины в нефтенасыщенных поровых матрицах коллектора. Для решения этой технической задачи разработан соляно-кислотный вид гидравлического разрыва пласта (ГРП).In the bottomhole formation zone of a vertical well, there is a radial movement of fluids, therefore, through the filtration channels of this zone, the largest influx of formation fluids per unit volume of the formation is observed. Heavy oil components: asphaltenes, resins, often paraffins, as well as mechanical impurities are intensively adsorbed on the surface of the filtration channels, resulting in a decrease in fluid inflow into the well. One of the effective methods of restoring or increasing the permeability of the bottomhole zone is hydraulic fracturing. Horizontal or vertical cracks appear, fluid inflow into the oil well increases significantly. For a carbonate reservoir, it is necessary to provide an extensive network of fractures of various lengths and thicknesses in the oil-saturated pore matrix of the reservoir. To solve this technical problem, a hydrochloric acid type of hydraulic fracturing (HF) has been developed.

Основные положения кислотного ГРП опубликованы в статье Е.М. Дзюбенко «Метод кислотного гидроразрыва пласта: применяемые жидкости и химреагенты, расчет основных параметров трещин» (Сборник научных трудов АО «Зарубежнефть», АО «ВНИИнефть». - Вып.155. - М: Изд-во «Техносфера», 2016, стр. 120-179).The main provisions of acid fracturing are published in the article by E.M. Dzyubenko "Method of acid hydraulic fracturing: applied fluids and chemicals, calculation of the main parameters of fractures" (Collected scientific papers of Zarubezhneft JSC, VNIIneft JSC. - Issue 155. - M: Tekhnosfera Publishing House, 2016, p. 120-179).

Жидкость разрыва горной породы под высоким давлением создает трещины и заполняет их, следом идущая кислота проникает в пространство между жидкостью разрыва и горной породы, реагирует с карбонатной породой, увеличивая матричную проницаемость коллектора.High-pressure fracturing fluid creates and fills fractures, followed by acid penetrating the space between the fracturing fluid and rock, reacting with carbonate rock, increasing the matrix permeability of the reservoir.

Для создания разветвленной сети трещин в карбонатной продуктивной породе по патенту РФ на изобретение №2734892 Способ проведения гидравлического разрыва пласта (опубл. 26.10.2020, бюл. 30) в качестве жидкости разрыва горной породы пласта используют самоотклоняющийся кислотный состав (СКС), характеристики которого и технология использования приведены в статье «Самоотклоняющиеся кислотные системы на основе вязкоупругих ПАВ: эксперимент и модель» (авторы: Пестриков А.В., Политов М.Е., электронный научный журнал Нефтегазовое дело. - 2013. - №4. - С. 529-562). Самоотклоняющийся кислотный состав заполняет природные трещины пласта, загеливается, густеет, что стимулирует гидроразрыв пласта и образование вторичных и далее третичных трещин. Способ имеет два недостатка:To create an extensive network of fractures in a carbonate productive rock according to the RF patent for the invention No. 2734892 Method for hydraulic fracturing (publ. 10/26/2020, bull. 30), a self-diverting acid composition (SCS) is used as a rock fracturing fluid, the characteristics of which and the technology of use is given in the article "Self-deflecting acid systems based on viscoelastic surfactants: experiment and model" (authors: Pestrikov A.V., Politov M.E., electronic scientific journal Oil and Gas Business. - 2013. - No. 4. - P. 529 -562). The self-diverting acid composition fills natural formation fractures, gels, thickens, which stimulates hydraulic fracturing and the formation of secondary and then tertiary fractures. The method has two drawbacks:

- трещины при создании ГРП образуются в местах с естественной трещиноватостью карбонатного коллектора, мало затрагивая нефтенасыщенные поровые матрицы продуктивного коллектора;- cracks during the creation of hydraulic fracturing are formed in places with natural fracturing of the carbonate reservoir, little affecting the oil-saturated pore matrices of the productive reservoir;

- при закачке на первом этапе и движении СКС по естественным межблоковым трещинам карбонатного пласта происходит определенное повышение вязкости состава, поэтому не происходит проникновения состава в трещины малой проницаемости, что в последующем снижает при ГРП создание разветвленной сети новых трещин в поровых блоках коллектора.- during the injection at the first stage and the movement of the SCS along the natural inter-block fractures of the carbonate reservoir, a certain increase in the viscosity of the composition occurs, therefore, the composition does not penetrate into low-permeability fractures, which subsequently reduces the creation of an extensive network of new fractures in the pore blocks of the reservoir during hydraulic fracturing.

Анализ существующего положения формирует техническую задачу по изобретению - способ проведения гидравлического разрыва карбонатного пласта путем последовательного нагнетания в пласт сомоотклоняющегося кислотного состава должен развивать обширную пространственную сеть трещин различных размеров не только в зоне естественной трещиноватости породы, но и в зоне нефтенасыщенных поровых матриц карбонатного коллектора.An analysis of the current situation forms the technical problem according to the invention - a method for hydraulic fracturing of a carbonate reservoir by sequentially injecting a self-deviating acid composition into the reservoir should develop an extensive spatial network of fractures of various sizes not only in the zone of natural rock fracturing, but also in the zone of oil-saturated pore matrices of the carbonate reservoir.

Существующая техническая задача решается по способу проведения соляно-кислотного гидравлического разрыва пласта, включающему спуск колонны нагнетательных труб (НТ) в зону гидроразрыва продуктивного пласта, герметизацию межтрубного пространства пакером, закачку самоотклоняющегося кислотного состава (СКС) в качестве жидкости разрыва под давлением по колонне НТ, осуществление гидроразрыва горной породы пласта, при этом согласно изобретению предварительно в нижней части колонны нагнетательных труб монтируют вибрационную установку гидравлического принципа действия, процесс закачки самоотклоняющегося кислотного состава для создания гидравлического разрыва пласта осуществляют через действующую вибрационную установку.The existing technical problem is solved according to the method of carrying out hydrochloric acid hydraulic fracturing, which includes running a string of injection pipes (IT) into the hydraulic fracturing zone of a productive formation, sealing the annular space with a packer, pumping a self-diverting acid composition (SCS) as a fracturing fluid under pressure along the HT string, implementation of hydraulic fracturing of the formation rock, while according to the invention, a vibration installation of a hydraulic principle of operation is first mounted in the lower part of the injection pipe string, the process of pumping a self-diverting acid composition to create a hydraulic fracturing is carried out through an operating vibration installation.

Результатом вибрационного воздействия на карбонатную нефтенасыщенную породу является снижение вязкости флюидов в поровых, каверновых и трещиноватых пустотах и одновременное создание на поверхности и в объеме породы микротрещин, которые под давлением заполняются кислотным составом с последующим образованием червоточин. Оба положительных результата освящены в открытой печати, например в учебном пособии Покрепина Б.В. «Разработка нефтяных и газовых месторождений. - 2-е издание. - Министерство энергетики РФ. - С. 105-106.The result of the vibration impact on the carbonate oil-saturated rock is a decrease in the viscosity of fluids in porous, cavernous and fractured voids and the simultaneous creation of microcracks on the surface and in the volume of the rock, which are filled under pressure with an acidic composition, followed by the formation of wormholes. Both positive results are consecrated in the open press, for example, in the textbook by Pokrepin B.V. “Development of oil and gas fields. - 2nd edition. - Ministry of Energy of the Russian Federation. - S. 105-106.

Описание аналогичного положительного эффекта от низкочастотного колебания давления закачиваемой в пласт жидкости приведено и на странице 52 книги Дыбленко В.П. Волновые методы воздействия на нефтяные пласты с трудноизвлекаемыми запасами. Обзор и классификация. - М.: ОАО «ВНИИОЭНГ», 2008. - 80 с. A description of a similar positive effect from low-frequency fluctuations in the pressure of the fluid injected into the reservoir is also given on page 52 of the book by V.P. Dyblenko. Wave methods of influencing oil reservoirs with hard-to-recover reserves. Review and classification. - M.: JSC "VNIIOENG", 2008. - 80 p.

Совмещение в едином процессе ГРП двух известных явлений и технических решений: закачка самоотклоняющегося кислотного состава и одновременное изменение давления закачиваемого состава с определенной частотой в виде вибрационного воздействия на закачиваемую жидкость и продуктивный коллектор приводит к появлению нового положительного эффекта - в объеме карбонатного коллектора развиваются множественные вторичные трещины, в которые СКС со сниженной вязкостью проникает с повышенной скоростью за более короткий период времени. Совокупный технический результат от внедрения способа в нефтедобыче выражается в создании большего количества макро и микротрещин в поровой матрице карбонатного пласта, их заполнением СКС за более короткий период времени, увеличением объема трещин и созданием в них червоточин. Это приводит к большему росту проницаемости пласта, чем при применении известных способов и технологий воздействия на продуктивный пласт карбонатного типа.The combination of two well-known phenomena and technical solutions in a single hydraulic fracturing process: the injection of a self-diverting acid composition and the simultaneous change in the pressure of the injected composition with a certain frequency in the form of a vibrational effect on the injected fluid and the productive reservoir leads to the emergence of a new positive effect - multiple secondary fractures develop in the volume of the carbonate reservoir , into which SCM with reduced viscosity penetrates at an increased rate in a shorter period of time. The cumulative technical result from the introduction of the method in oil production is expressed in the creation of a larger number of macro and microcracks in the pore matrix of the carbonate reservoir, their filling with SCS in a shorter period of time, an increase in the volume of cracks and the creation of wormholes in them. This leads to a greater increase in the permeability of the formation than when using known methods and technologies for influencing a carbonate-type productive formation.

Необходимое оборудование и достигаемый эффект в схематичном виде приведены на фигуре, где позициями указаны: 1 - обсадная колонная нефтяной скважины, 2 - колонна нагнетательных труб. 3 - пакерное устройство, 4 - вибрационная установка, 5 - разветвленная сеть крупных трещин, 6 - микротрещины в объеме нефтенасыщенных матриц карбонатной породы пласта, 7 - передвижной насосный агрегат.The necessary equipment and the achieved effect are shown in a schematic form in the figure, where the positions indicate: 1 - oil well casing, 2 - injection pipe string. 3 - packer device, 4 - vibration unit, 5 - extensive network of large cracks, 6 - microcracks in the volume of oil-saturated matrices of carbonate formation rock, 7 - mobile pumping unit.

Способ реализуется следующей последовательностью технологических операций. В скважину спускают до кровли продуктивного карбонатного пласта колонну 2 нагнетательных труб с вибрационной установкой 4 в нижней части. Пакерным устройством 3 герметизируют кольцевое пространство между обсадной колонной 1 и колонной 2 НТ. Передвижной насосный агрегат 7 закачивает в пласт через колонну НТ и вибрационную установку 4 самоотклоняющийся кислотный состав 5. Благодаря изменению забойного давления с определенной частотой на поверхность и объем матричной зоны пласта оказывается двойное воздействие: образуются дополнительные трещины и микротрещины. Они заполняются СКС, которые со временем образуют червоточины (второй эффект) и от продуктов реакции соляной кислоты с карбонатной породой приобретают повышенную вязкость. Так как подача кислотного состава продолжается в вибрационном режиме, то динамическое жидкостное воздействие с производством ГРП производится на следующие матричные зоны пласта, где процесс формирования макро и микротрещин также повторяется. Продуктивный карбонатный пласт в течение короткого периода времени покрывается трещинами различных размеров не только вдоль естественной трещиноватости пласта, но и в объеме нефтенасыщенных поровых матриц карбонатной породы пласта.The method is implemented by the following sequence of technological operations. A column 2 of injection pipes with a vibration unit 4 in the lower part is lowered into the well to the roof of the productive carbonate formation. The packer device 3 seals the annular space between the casing string 1 and the string 2 NT. The mobile pumping unit 7 pumps into the formation through the NT string and the vibrating unit 4 the self-diverting acid composition 5. Due to the change in the bottom hole pressure with a certain frequency, the surface and the volume of the matrix zone of the formation have a double effect: additional cracks and microcracks are formed. They are filled with SCS, which eventually form wormholes (the second effect) and acquire increased viscosity from the reaction products of hydrochloric acid with carbonate rock. Since the supply of the acid composition continues in a vibrational mode, the dynamic fluid impact with the production of hydraulic fracturing is carried out on the following matrix zones of the reservoir, where the process of formation of macro and microcracks is also repeated. A productive carbonate reservoir for a short period of time is covered with cracks of various sizes, not only along the natural fracturing of the reservoir, but also in the volume of oil-saturated pore matrices of the carbonate rock of the reservoir.

Для создания колебаний давления закачиваемого кислотного состава может служить вибрационная установка по патенту РФ на изобретение №2767507 (опубл. 17.03.2022, бюл. 8). Движение кислотного состава под давлением через установку имеет колебательный характер по давлению и расходу благодаря периодическому закрытию и открытию выпускного отверстия рабочей камеры устройства с помощью затворной втулки и кривошипно-шатунного механизма, работающего от электродвигателя в кислотостойком корпусе.To create pressure fluctuations of the injected acid composition, a vibrating unit can be used according to the RF patent for invention No. 2767507 (publ. 17.03.2022, bul. 8). The movement of the acid composition under pressure through the installation has an oscillatory nature in terms of pressure and flow due to the periodic closing and opening of the outlet of the working chamber of the device using a shutter sleeve and a crank mechanism powered by an electric motor in an acid-resistant housing.

Достигаемый результат заключается в значительном повышении проницаемости продуктивного пласта и получении дополнительной нефти малой обводненности. Достигаемый конечный результат - увеличение на несколько процентов коэффициента нефтеотдачи пласта благодаря развитию трещин в межскважинном пространстве карбонатного коллектора и нефтеизвлечению из поровых матриц коллектора через образовавшиеся в породе микротрещины и червоточины.The achieved result is a significant increase in the permeability of the reservoir and obtaining additional oil with low water cut. The final result achieved is an increase in the oil recovery factor by several percent due to the development of cracks in the interwell space of the carbonate reservoir and oil recovery from the pore matrix of the reservoir through microcracks and wormholes formed in the rock.

Claims

A method for performing acid hydraulic fracturing, which includes lowering a string of injection pipes into the zone of hydraulic fracturing of a productive formation, sealing the annular space with a packer, pumping a self-diverting acid composition as a fracturing fluid under pressure through the injection string, hydraulic fracturing of the formation rock, characterized in that previously in at the bottom of the injection pipe string, a vibrating unit of a hydraulic principle of operation is mounted;