RU2135750C1

RU2135750C1 - Method for developing oil-gas deposit with application of hydraulic fracturing of bed

Info

Publication number: RU2135750C1
Application number: RU98123533A
Authority: RU
Inventors: Ю.Е. Батурин; А.Г. Малышев; В.П. Сонич; Г.А. Малышев
Original assignee: Батурин Юрий Ефремович; Малышев Александр Григорьевич; Сонич Владимир Павлович; Малышев Григорий Александрович
Priority date: 1998-12-28
Filing date: 1998-12-28
Publication date: 1999-08-27

Abstract

FIELD: oil production industry. SUBSTANCE: according to method, injected through injection wells is water and/or gas and/or other displacing agent. Hydraulic fracturing of bed is effected by artificial inside-contour treatment of object under development. Hydraulic fracturing of bed is performed through entire combination of injection and producing wells. Bed fluid is withdrawn through producing wells. Studying and realization of hydraulic fracturing of bed are made on basis of continuous information about mechanical properties of rock matter in cross-cuts of injection and producing wells. This information is correlated with geophysical investigations. Direction of fissures resulted from hydraulic fracturing of bed is preset by selection of zenith and azimuth angles of injection and producing wells with no account of non-uniformity of filtration flows. Period of effective functioning of fissures resulted from hydraulic fracturing of bed is prolonged by injecting into fissures of compositions of materials with physical and chemical properties for solving clayey and other mineral substances which fill fissures produced by hydraulic fracturing of bed. EFFECT: higher efficiency. 1 cl

Description

Изобретение относится к области разработки нефтегазовых месторождений и может быть использовано в нефтяной промышленности. The invention relates to the development of oil and gas fields and can be used in the oil industry.

Способ разработки нефтегазовых залежей с применением гидравлического разрыва пласта (ГРП) получил, как известно, широкое распространение как в мировой, так и в отечественной практике нефтедобычи /1/. The method of developing oil and gas deposits using hydraulic fracturing (Fracturing) has received, as is known, widespread both in world and in domestic practice of oil production / 1 /.

Недостатком известного способа является низкая технико-экономическая эффективность, обусловленная выборочным проведением ГРП в отдельных скважинах системы разработки. Как показывает промысловая практика /2/, дебиты скважин после ГРП непрерывно понижаются по экспоненте и через период времени от нескольких месяцев до нескольких лет возвращаются к исходному состоянию. Часто затраты на проведение ГРП не окупаются дополнительно добытой нефтью. ГРП в известном способе применяется, в основном, для увеличения производительности скважин. Прироста коэффициента нефтеизвлечения практически не наблюдается. The disadvantage of this method is the low technical and economic efficiency due to selective hydraulic fracturing in individual wells of the development system. As field practice / 2 / shows, well flow rates after hydraulic fracturing are continuously decreasing exponentially and after a period of time from several months to several years return to their original state. Often the costs of hydraulic fracturing do not pay off with additionally extracted oil. In the known method, hydraulic fracturing is used mainly to increase well productivity. An increase in the oil recovery coefficient is practically not observed.

Наиболее близким аналогом изобретения является способ разработки нефтегазовой залежи с применением гидравлического разрыва пласта путем искусственного внутриконтурного воздействия на объект разработки закачкой через нагнетательные скважины воды и/или газа, и/или иного вытесняющего агента, отбор пластовых флюидов через эксплутационные скважины и осуществление гидравлического разрыва /3/. The closest analogue of the invention is a method of developing an oil and gas reservoir using hydraulic fracturing by artificially contouring the development site by injecting water and / or gas and / or another displacing agent through injection wells, selecting reservoir fluids through production wells and performing hydraulic fracturing / 3 /.

Недостатком известного способа является низкая технико-экономическая эффективность, обусловленная быстрым затуханием дебитов скважин после ГРП. The disadvantage of this method is the low technical and economic efficiency due to the rapid attenuation of the flow rates of the wells after hydraulic fracturing.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности известного способа разработки путем продления периода эффективной работы скважин после проведения в них ГРП. Необходимый технический результат достигается тем, что в способе разработки нефтегазовой залежи с применением гидравлического разрыва пласта путем искусственного внутриконтурного воздействия на объект разработки закачкой через нагнетательные скважины воды и/или газа, и/или иного вытесняющего агента, отбор пластовых флюидов через эксплуатационные скважины и осуществление гидравлического разрыва пласта, согласно изобретению, гидравлический разрыв пласта проводят комплексно на всей совокупности нагнетательных и эксплутационных скважин, проектирование и реализацию гидравлического разрыва пласта проводят на базе непрерывной информации о механических свойствах пород разрезов нагнетательных и эксплуатационных скважин, которую согласуют с геофизическими исследованиями, при этом направление трещин гидроразрыва задают подбором зенитных и азимутальных углов проводки нагнетательных и эксплуатационных скважин из расчета исключения неоднородности фильтрационных потоков, а период эффективной работы трещин гидроразрыва увеличивают закачкой в них композиций физико-химических веществ, растворяющих глинистых и иные минеральные вещества, заполняющих трещины гидроразрыва. The technical result of the invention is to increase the efficiency of the known development method by extending the period of effective operation of wells after hydraulic fracturing. The necessary technical result is achieved by the fact that in the method of developing an oil and gas reservoir using hydraulic fracturing by artificially contouring an object of development by injecting water and / or gas and / or another displacing agent through injection wells, selecting reservoir fluids through production wells and performing hydraulic fracturing, according to the invention, hydraulic fracturing is carried out comprehensively on the entire set of injection and production azhin, the design and implementation of hydraulic fracturing is carried out on the basis of continuous information on the mechanical properties of the rocks of the sections of injection and production wells, which is consistent with geophysical studies, while the direction of hydraulic fractures is set by the selection of anti-aircraft and azimuthal angles of the injection and production wells from the calculation of eliminating filtering heterogeneity flows, and the period of effective operation of hydraulic fractures is increased by the injection of compositions of physical imicheskih substances dissolving clay and other mineral substances, filling the hydraulic fracture.

Кроме того, в сложно построенных залежах с газовой шапкой изолируют низ и/или верх трещин гидроразрыва от подошвенной воды и/или газа газовой шапки. In addition, in complexly constructed gas cap deposits, the bottom and / or top of the fractures are isolated from bottom water and / or gas cap gas.

Как следует из работы /4/, эффективность вытеснения повышается с увеличением градиента давления на пласт (с увеличением линейной скорости фильтрации). ГРП в единичных скважинах увеличивает их коэффициенты продуктивности, мало меняя фильтрационное поле во всей совокупности скважин. Градиенты давления по объему продуктивных отложений меняются незначительно, остаточная нефтенасыщенность практически не снижается, то есть имеет место низкая эффективность нефтеизвлечения. В случае проведения ГРП во всех нагнетательных и добывающих скважинах системы разработки ее производительность увеличивается многократно. Резко возрастают градиенты давления во всем объеме продуктивных отложений, существенно понижается остаточная нефтенасыщенность, то есть в дополнение к возрастанию производительности залежи увеличивается и коэффициент нефтеизвлечения. Повышенные скорости фильтрации в пласте при реализации предложенного технического решения интенсивнее выносят с фильтрационным потоком глинистые частицы. По этой причине образованные гидроразрывом трещины заиливаются менее быстрыми темпами, то есть эффекты от проведения ГРП удерживаются более длительное время. Проводят ГРП во всех скважинах за возможно кратчайший период времени. В пластах с проницаемостью выше средней результат достижим проведением ГРП на части совокупности добывающих и нагнетательных скважин. As follows from the work / 4 /, the displacement efficiency increases with an increase in the pressure gradient on the formation (with an increase in the linear filtration rate). Hydraulic fracturing in single wells increases their productivity coefficients by slightly changing the filtration field in the entire population of wells. The pressure gradients in the volume of productive deposits vary insignificantly, the residual oil saturation practically does not decrease, that is, there is a low oil recovery efficiency. In the case of hydraulic fracturing in all injection and production wells of the development system, its productivity increases many times. The pressure gradients sharply increase in the entire volume of productive deposits, the residual oil saturation decreases significantly, that is, in addition to increasing the productivity of the reservoir, the oil recovery coefficient also increases. The increased filtration rates in the formation during the implementation of the proposed technical solution more intensively carry clay particles with the filtration stream. For this reason, fractures formed by hydraulic fracturing are silted up at a slower pace, that is, the effects of hydraulic fracturing are held for a longer time. Hydraulic fracturing is carried out in all wells for the shortest possible period of time. In reservoirs with a permeability higher than average, the result is achievable by hydraulic fracturing on a part of the aggregate of production and injection wells.

На основе проведенных лабораторных исследований, опытно-промышленных работ установлены мероприятия, еще более повышающие эффективность изобретения. Скважины после ГРП периодически обрабатывают композициями физико-химических веществ. Последние подбирают из условия растворения ими глинистых и иных минеральных веществ, постепенно заполняющих трещины гидроразрыва. Продолжительность эффективной работы трещин за счет этого возрастает, увеличивая тем самым технико-экономические показатели предложенного технического решения. On the basis of laboratory studies, pilot works, measures have been established that further increase the effectiveness of the invention. Wells after hydraulic fracturing are periodically treated with compositions of physical and chemical substances. The latter are selected from the conditions of dissolution by them of clay and other mineral substances, gradually filling hydraulic fractures. The duration of the effective operation of the cracks due to this increases, thereby increasing the technical and economic indicators of the proposed technical solution.

Эффективность изобретения можно повысить, если заранее задать направления образования трещин гидроразрыва. Это особенно важно в пластах с неравномерной напряженностью горных пород, в которых неконтролируемое образование трещин гидроразрыва может привести к существенной неравномерности фильтрационных потоков (например, в случае направления трещин от нагнетательной скважины к добывающей скважине навстречу друг к другу). Заранее задав направление трещин гидроразрыва, возможно создать например, галерейное вытеснение нефти, эффективность которого, как известно, выше эффективности разработки залежи при точечном размещении нагнетательных и добывающих скважин за счет исключения неоднородности фильтрационных потоков из-за геометрии их размещения. The effectiveness of the invention can be improved if you set in advance the direction of formation of hydraulic fractures. This is especially important in formations with uneven rock tension, in which the uncontrolled formation of hydraulic fractures can lead to significant unevenness of the filtration flows (for example, in the case of the direction of cracks from the injection well to the producing well towards each other). By specifying the direction of hydraulic fractures in advance, it is possible to create, for example, a gallery displacement of oil, the efficiency of which, as is known, is higher than the efficiency of reservoir development for the point placement of injection and production wells by eliminating the heterogeneity of the filtration flows due to the geometry of their placement.

В вертикальной скважине направление трещин определяется состоянием напряженности горных пород - она проходит по наиболее напряженным участкам пласта, то есть ее направление заранее не известно. При проведении ГРП в наклонно-направленной или горизонтальной скважине направление трещин известно точно в случае превышения зенитным углом величины 45^o (при зенитном угле 90^o скважина горизонтальна). В этих случаях направление трещины совпадает с азимутальным углом проводки скважины. При зенитных углах скважины менее 45^o вероятность совпадения направления трещины с азимутальным углом снижается тем более, чем меньше зенитный угол.In a vertical well, the direction of the cracks is determined by the state of rock tension - it passes through the most stressed sections of the formation, that is, its direction is not known in advance. When conducting hydraulic fracturing in a directional or horizontal well, the direction of the cracks is known exactly if the zenith angle exceeds 45 ^o (at a zenith angle of 90 ^{o, the} well is horizontal). In these cases, the direction of the fracture coincides with the azimuthal angle of the borehole. When the zenith angle of the well is less than 45 ^{o, the} probability of coincidence of the direction of the fracture with the azimuth angle decreases the more, the smaller the zenith angle.

Из результатов теоретических исследований и промысловых работ известно, что в подавляющем большинстве средне- и глубокозалегающих залежей трещины гидроразрыва практически вертикальны. Это обстоятельство препятствует применению ГРП в залежах сложного строения: водонефтяных, нефтегазовых, водонефтегазовых. From the results of theoretical studies and field work, it is known that in the vast majority of medium- and deep-seated deposits, hydraulic fractures are almost vertical. This circumstance prevents the use of hydraulic fracturing in deposits of complex structure: oil and water, oil and gas, oil and gas.

Области применения ГРП можно существенно расширить, если перед выполнением типовых операций ГРП по развитию и закреплению трещин закачать в скважину тампонирующие составы, например, на цементной основе. Последние типовыми операциями оттесняются на периферию трещины, создавая после затвердевания изолирующий экран на ВНК и/или ГНК, препятствуя проникновению на забой скважины подошвенной воды и/или газа газовой шапки по трещине разрыва. Fields of application of hydraulic fracturing can be significantly expanded if, before performing typical hydraulic fracturing operations for the development and consolidation of fractures, plugging compositions, for example, cement-based, are pumped into the well. The latter are pushed to the periphery of the crack by typical operations, creating, after hardening, an insulating screen on the OWC and / or OWC, preventing the penetration of bottom water and / or gas of the gas cap through the fracture to the bottom of the well.

Для проектирования ГРП, как известно, нужна информация о механических свойствах горных пород. Последнюю получают по результатам лабораторных исследований образцов керна. В условиях дефицита и непредставительности кернового материала, трудоемкости лабораторных работ информация о механических свойствах пород используется, как правило, в усредненном виде. Проектируемые на ее основе ГРП не являются оптимальными, особенно в залежах сложного строения (водонефтяные, нефтегазовые, водонефтегазовые), в которых вообще велика вероятность получения отрицательных результатов. Проектирование ГРП с максимальной эффективностью возможно в случае использования непрерывной информации о механических свойствах пород разрезов нагнетательных и эксплуатационных скважин. Получают такую информацию на основе геофизических исследований скважин путем согласования результатов лабораторных исследований керна и геофизической информации. For the design of hydraulic fracturing, as you know, we need information on the mechanical properties of rocks. The latter is obtained from laboratory tests of core samples. In conditions of scarcity and unrepresentation of core material, the complexity of laboratory work, information on the mechanical properties of rocks is used, as a rule, in an averaged form. Hydraulic fracturing designed on its basis is not optimal, especially in deposits of complex structure (oil and water, oil and gas, oil and gas), in which the probability of obtaining negative results is generally high. The design of hydraulic fracturing with maximum efficiency is possible if continuous information on the mechanical properties of the rocks of the sections of injection and production wells is used. Such information is obtained on the basis of geophysical studies of wells by agreeing on the results of laboratory core studies and geophysical information.

Осуществляют предложенный способ разработки следующим образом. Выбирают эксплуатационный объект или его отдельную часть, технико-экономические показатели разработки которого (которой) требуют улучшения. Проводят ревизию и ремонт фонда скважин с тем, чтобы в каждой из них было возможно выполнить ГРП. Технологии его проведения в настоящее время общеизвестны. С применением работы /5/ проектируют режимы проведения ГРП в каждой скважине. С помощью этой же работы оценивают базовые показатели разработки эксплуатационного объекта с проведением ГРП в выборочных скважинах и вариант с проведением ГРП в каждой скважине. Рассчитывают экономические показатели разработки обоих технологических вариантов. Оценивают их технико-экономические показатели разработки по методике /6/. Если показатели варианта по предлагаемому способу лучше, его реализуют на практике. Carry out the proposed development method as follows. A production facility or its separate part is selected whose technical and economic development indicators (of which) require improvement. The well stock is audited and repaired so that it is possible to perform hydraulic fracturing in each of them. The technology of its implementation is currently well known. Using work / 5 /, hydraulic fracturing regimes are designed in each well. Using the same work, the basic indicators of the development of the production facility with hydraulic fracturing in selected wells and the variant with hydraulic fracturing in each well are evaluated. Calculate the economic indicators of the development of both technological options. Assess their technical and economic development indicators according to the methodology / 6 /. If the indicators of the variant according to the proposed method are better, it will be implemented in practice.

В качестве примера осуществления предлагаемого изобретения рассмотрена разработка участка залежи пласта БС₁₁ Западно-Сургутского месторождения, включающего 30 эксплуатационных и 16 нагнетательных скважин. На участке пласт характеризуется следующими геолого-геофизическими параметрами: глубина залегания - 2300 м, толщина общая - 10,0 м, эффективная нефтенасыщенная - 4,3 м, коэффициенты: пористости - 0,218, нефтенасыщенности - 0,448, проницаемости -0,031 мкм², песчанистости - 0,426, расчлененности - 3,7, начальные: пластовая температура - 67^oC, пластовое давление - 23,2 МПа, вязкость в пластовых условиях нефти - 3,74 МПа•с, воды - 0,46 МПа•с, плотности в пластовых условиях нефти - 0,828 т/м³, воды - 1,108 т/м³, давление насыщения нефти газом - 9,8 МПа, газовый фактор - 44 м³/т, механические свойства усредненные песчаника: коэффициент Пуансона - 0,237, модуль Юнга - 20068 МПа, глин: коэффициент Пуансона - 0,291, модуль Юнга - 25000 МПа.As an example of the implementation of the present invention, the development of the reservoir area of the BS ₁₁ reservoir of the West Surgut field, including 30 production and 16 injection wells, is considered. In the area, the reservoir is characterized by the following geological and geophysical parameters: the depth is 2300 m, the total thickness is 10.0 m, the effective oil saturation is 4.3 m, the coefficients are: porosity - 0.218, oil saturation - 0.448, permeability -0.031 μm ² , sandiness - 0.426, ruggedness - 3.7, initial: reservoir temperature - 67 ^o C, reservoir pressure - 23.2 MPa, viscosity in reservoir conditions of oil - 3.74 MPa • s, water - 0.46 MPa • s, density in reservoir oil conditions - 0.828 t / m ³ , water - 1.108 t / m ³ , oil saturation pressure with gas - 9.8 MPa, gas factor - 44 m ³ / t, mechanical These properties are averaged sandstone: Punch coefficient - 0.237, Young's modulus - 20068 MPa, clay: Punch coefficient - 0.291, Young's modulus - 25000 MPa.

ГРП во всех скважинах проведены в 1993-1995 годах. Средний дебит скважин участка по нефти до проведения ГРП составлял 3,1 т/сут. После проведения ГРП он составил 12,4 т/сут. В последующие три года он возрастает и в настоящее время составляет 14,0 т/сут. В качестве базового рассчитан вариант разработки, в котором ГРП были выборочно сделаны в 21 добывающей скважине в те же временные интервалы. Как показали расчеты, средний дебит скважин участка составил 5,6 т/сут., через три года эксплуатации средний дебит скважин участка понизился до 3,4 т/сут. Как видно из приведенного примера, предложенное техническое решение эффективнее известного по интенсивности отбора в несколько раз. За счет снижения остаточной нефтенасыщенности в предложенном изобретении по сравнению с прототипом выше на 2% коэффициент нефтеизвлечения. В других геолого-физических условиях и при использовании модификаций изобретения превышение по производительности залежей также многократно, а приросты коэффициенты нефтеизвлечения составят 1-5%. Hydraulic fracturing in all wells was carried out in 1993-1995. The average production rate of oil wells at the site before hydraulic fracturing was 3.1 tons / day. After hydraulic fracturing, it amounted to 12.4 tons / day. Over the next three years, it increases and currently stands at 14.0 tons / day. As a base case, a development option was calculated in which hydraulic fracturing was selectively performed in 21 production wells at the same time intervals. As the calculations showed, the average production rate of the wells of the site amounted to 5.6 tons / day. After three years of operation, the average production rate of the wells of the site dropped to 3.4 tons / day. As can be seen from the above example, the proposed technical solution is several times more effective than the known by the intensity of selection. By reducing the residual oil saturation in the proposed invention, compared with the prototype, the oil recovery coefficient is 2% higher. In other geological and physical conditions and when using modifications of the invention, the excess in productivity of the deposits is also manifold, and the increase in oil recovery coefficients will be 1-5%.

Источники информации
1. Справочная книга по добыче нефти /Под ред. Ш.К.Гиматудинова. - М.:Недра, 1974, с.451-461.Sources of information
1. Reference book on oil production / Ed. Sh.K. Gimatudinova. - M.: Nedra, 1974, p. 451-461.

2. Занкиев М. Я. Классификация и диагностирование эффективности технологии гидравлического разрыва пластов в условиях ОАО "Славнефть-Мегионнефтегаз". Автореферат дисс.на соиск.уч.степ.к.т.н. Тюмень: 1998, с.16. 2. Zankiev M. Ya. Classification and diagnosis of the effectiveness of hydraulic fracturing technology under the conditions of OAO Slavneft-Megionneftegaz. Abstract of dissertation for the degree of candidate of technical sciences Tyumen: 1998, p.16.

3. Методическое руководство по проектированию разработки нефтяных месторождений с применением гидроразрыва пластов (ГРП) на основе современных компьютерных технологий (ЭРД 153-39.2-032-З98). - М.: 1998. с.9-11. 3. Methodological guidance on the design of oil field development using hydraulic fracturing (Fracturing) based on modern computer technology (ERE 153-39.2-032-Z98). - M.: 1998.S. 9-11.

4. Черемисин Н.А. и др. Условия формирования остаточной нефтенасыщенности в полимиктовых коллекторах при их заводнении. - Нефтяное хозяйство. 1997, сентябрь, с.40-45. 4. Cheremisin N.A. et al. Conditions for the formation of residual oil saturation in polymict reservoirs during their flooding. - Oil industry. 1997, September, pp. 40-45.

5. Малышев А.Г., Сонич В.П., Малышев Г.А. Отчет о НИР: Разработка программы расчета пространственной модели гидроразрыва многослойного пласта применительно к условиям месторождений ОАО "Сургутнефтегаз". Тюмень: НИПИНЕФТЕГАЗ, 1998, 154 с. 5. Malyshev A.G., Sonic V.P., Malyshev G.A. Research report: Development of a program for calculating the spatial model of hydraulic fracturing of a multilayer formation in relation to the conditions of OJSC “Surgutneftegas” fields. Tyumen: NIPINEFTEGAZ, 1998, 154 p.

6. Регламент составления проектных технологических документов на разработку нефтяных и газонефтяных месторождений (РД 153-39-007-96). М.: 1996, 202 с. 6. The rules for the preparation of design technological documents for the development of oil and gas and oil fields (RD 153-39-007-96). M .: 1996, 202 p.

Claims

1. A method of developing an oil and gas reservoir using hydraulic fracturing by artificially contouring an object of development by injecting water and / or gas and / or another displacing agent through injection wells, selecting reservoir fluids through production wells and performing hydraulic fracturing, characterized in that hydraulic fracturing is carried out comprehensively on the entire set of injection and production wells, design and implementation of hydraulic fracturing the formation is carried out on the basis of continuous information on the mechanical properties of the rocks of the sections of injection and production wells, which is consistent with geophysical studies, while the direction of hydraulic fractures is determined by the selection of zenith and azimuthal angles of the injection and production wells from the calculation of eliminating heterogeneity of the filtration flows, and the period of effective operation hydraulic fractures are increased by pumping in them compositions of physicochemical substances that dissolve clay and other miners flax substance filling the hydraulic fracture.

2. The method according to claim 1, characterized in that the bottom and / or top of the fracture from the bottom water and / or gas of the gas cap is isolated in complexly constructed deposits with a gas cap.