способ контроля геометрических и гидродинамических параметров гидроразрыва пласта

Формула изобретения

Способ контроля параметров гидроразрыва пласта, включающий поверхностную радоновую съемку, радоновые индикаторные исследования, замер гамма-активности скважинным гамма-гамма-дефектомером-толщиномером (СГДТ), при этом поверхностную радоновую съемку проводят до гидроразрыва пласта в квадрате 400×400 м, с шагом 50 м, выполняют радоновые индикаторные исследования, для получения таких гидродинамических характеристик пласта, как проницаемость и профиль приемистости, проводят замер гамма-активности прибором СГДТ, осуществляют гидроразрыв пласта, повторяют радоновую съемку, радоновые индикаторные исследования, замер гамма-активности прибором СГДТ, полученные данные сопоставляют и устанавливают азимутальное расположение трещин гидроразрыва, а также проницаемость и профиль приемистости пласта.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к геофизическим методам исследования скважин и может быть использовано для обнаружения пространственного положения зон растрескивания горных пород, образовавшихся при гидроразрыве, и определения их гидродинамических характеристик.

Известен способ непрерывного контроля развития трещин во время осуществления гидроразрыва пласта). («Гидравлический разрыв пласта», RU, з. № 2006104788, Е21В 47/00 (2006.01)).

Способ основан на измерении в течение продолжительного периода времени, в процессе обработки гидроразрывом, величин физических переменных, зависящих от распространения трещины гидроразрыва, вычислении по принятой модели развития трещины гидроразрыва и сравнении вычисленных величин указанных переменных с измеренными величинами для подбора подходящих величин указанных параметров. Способ основан на измерении акустического излучения и углов наклона ствола скважины.

Недостатком данного способа является длительность проведения исследований, большой объем расчетов, отсутствие прямых определений гидродинамических характеристик трещинных систем.

Известен способ сейсмической разведки зон растрескивания горных пород в процессе гидроразрыва (пат. № 2282876, G01V 1/00 (2006.01)).

Способ основан на регистрации упругих колебаний от перфорации и гидроразрыва, моделировании упругих волн от этих источников, зашумлении их и обработки полученной информации. По выбранной схеме наблюдений регистрируют упругие волны от перфорации. Полученные данные используют для уточнения скоростной модели и определения статических и динамических поправок в пунктах приема.

Недостатком данного способа является сложность проведения исследований и последующих вычислений, а также отсутствие гидродинамических характеристик трещинных систем до и после гидроразрыва.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в получении достоверных гидродинамических характеристик, образующихся в результате гидроразрыва пласта трещинных систем, и упрощении получения модели их в пространстве.

Для достижения указанного технического результата в способе контроля параметров гидроразрыва пласта, включающем поверхностную радоновую съемку, радоновые индикаторные исследования, замер гамма-активности скважинным гамма-гамма-дефектомером-толщиномером (СГДТ), при этом поверхностную радоновую съемку проводят до гидроразрыва пласта в квадрате 400×400 м, с шагом 50 м, выполняют радоновые индикаторные исследования, для получения таких гидродинамических характеристик пласта, как проницаемость и профиль приемистости, проводят замер гамма-активности прибором СГДТ, осуществляют гидроразрыв пласта, повторяют радоновую съемку, радоновые индикаторные исследования, замер гамма-активности прибором СГДТ, полученные данные сопоставляют и устанавливают азимутальное расположение трещин гидроразрыва, а также проницаемость и профиль приемистости пласта.

При проведении радоновых индикаторных исследований используется газ - радон в качестве «трассера». Концентрация радона, применяемая в радоновых индикаторных исследованиях, должна быть не менее 10⁵ Бк/л.

В процессе радоновых индикаторных исследований проводят три замера гамма-активности в течение трех часов с одинаковым промежутком времени между ними.

Современные модификации скважинных гамма-гамма-дефектомеров-толщиномеров (СГДТ) кроме измерения гамма-активности по нескольким радиальным направлениям предусматривают регистрацию установочного угла, т.е. угла между апсидальной плоскостью (плоскостью искривления скважины) и плоскостью, проходящей через продольную ось модуля и детектора. Информацию о плоскости искривления скважины (угол искривления, магнитный азимут и дирекционный угол) получают в процессе бурения скважины по данным инклинометрических исследований. Таким образом, магнитный азимут радиального направления любого детектора СГДТ определяется суммой магнитного азимута искривления и установочного угла данного детектора.

Проведение поверхностной радоновой съемки до гидроразрыва пласта позволяет установить наличие геодинамических зон, которые связаны с трещинными системами на глубине залегания пласта. Изменение этих систем в результате гидроразрыва за счет движения радона из глубины пласта, при использовании радона в скважинных исследованиях, отражает границу воздействия гидроразрыва, недоступную для индикаторного метода по радону (ИМР) по причине его малой глубинности (30-40 см). Применение ИМР дает возможность установить техническое состояние скважины до и после гидроразрыва, профиль приемистости и проницаемости пласта, и их изменение, а использование аппаратуры СГДТ позволяет получить азимутальное расположение трещин гидроразрыва.

Радон - инертный радиоактивный газ, который не образует устойчивых химических соединений, поэтому он легко переносится с больших глубин по геодинамическим зонам. Закачивая радон в пласт, с одной стороны, исследуют профиль приемистости и проницаемости пласта до и после гидроразрыва, а с другой стороны, инжектируя радон в геодинамическую зону как «трассер», способствуют доставке его в короткий срок в поверхностный слой, где он скапливается, создавая повышенную концентрацию. Проведя поверхностную радоновую съемку, определяют направление развития трещинных систем азимутально и расстояние воздействия гидроразрывом. Используя аппаратуру СГДТ, показания которой привязаны к апсидальной плоскости, получают информацию по распространению трещинных систем от гидроразрыва в пространстве.

Способ осуществляют следующим образом. Перед проведением гидроразрыва пласта на поверхности в квадрате 400×400 м с центром, совпадающим с устьем скважины, проводят определение концентрации радона в шурфах глубиной 50-70 см по сетке с шагом 50 м. По данным поверхностной съемки проводят линии геодинамических зон, которые могут быть связаны со вновь образующимися трещинными системами в пласте в результате гидроразрыва (так как развиваются большие давления). В скважине перед гидроразрывом проводят радоновые индикаторные исследования и определяют ее техническое состояние: заколонные перетоки, если таковые имеются, их направление, долевое распределение по ним закачиваемой жидкости, профиль приемистости коллектора по данным трех временных замеров и проницаемость.

Профиль приемистости для случая гидрофильной породы определяется по формуле

где - интенсивность гамма-излучения по данным первого замера от i-того пласта из имеющихся по разбивке после закачки радона, мкр/ч;

- интенсивность гамма-излучения по данным третьего замера от i-того пласта, выполненного через три часа после первого, мкр/ч;

- разность, пропорциональная эффекту короткоживущих продуктов распада радона, накопившихся на фильтрующей поверхности пласта, и пропорциональная объему зашедшей в пласт воды;

h_i - толщина i-того пласта.

Для случая гидрофобной породы профиль приемистости определяется по формуле

Вследствие малого объема индикатора глубина его проникновения в пласты-коллекторы не превышает 1-2 см, при этом интенсивность против пласта не зависит от приемистости, а определяется, главным образом, объемом зашедшего в пласт раствора радона.

Проницаемость i-того пласта определяется формулой на основе уравнения Дюпюи

где Q - объемная скорость продавки индикаторной жидкости в пласты, м³/ч;

Р - изменение давления в процессе продавки индикатора в пласты, атм;

R_k - радиус контура питания скважины (100-150 м);

r_c - радиус ствола скважины против проницаемых пластов, м;

t - время закачки индикатора в пласты, ч;

С₁ - поправка, характеризующая гидродинамическое несовершенство скважин по характеру вскрытия;

С₂ - поправка на совершенство скважины по степени вскрытия.

С₁ и С₂ определяют по графикам В.И.Щурова (Щуров В.И. Влияние перфорации на приток жидкости в скважину. Труды совещания по вторичным методам. Изд-во А.Н.Азерб. ССР, 1953 г.).

На основании этих исследований принимается решение о проведении гидроразрыва. Концентрация радона в активированной жидкости должна быть не менее 10⁵ Бк/л для того, чтобы по достижению поверхности она была выше фоновой на порядок. Известно, что максимальная фоновая концентрация достигает 10 Бк/л. После подъема колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) проводят измерение гамма-активности прибором СГДТ против пласта, а также выше и ниже его, что служит в дальнейшем базой сравнения пластов-коллекторов с радоном до и после гидроразрыва.

После гидроразрыва пласта повторяют исследования с использованием радона по тому же плану с использованием той же концентрации, проводят измерение гамма-активности прибором СГДТ, затем выполняют радоновую съемку по тем же точкам, что и ранее. В случае отсутствия значимых изменений по точкам с наибольшей концентрацией радона измерения повторяют до превышения в три раза первоначальных значений (хотя бы в одной точке).

Сопоставление результатов радоновой съемки до и после гидроразрыва дает представление об азимутальном направлении трещинных систем.

Сопоставление радоновых индикаторных исследований до и после гидроразрыва дает информацию об изменении гидродинамических характеристик пласта (проницаемости и приемистости).

Сопоставление данных измерений прибором СГДТ до и после гидроразрыва позволяет развернуть картину воздействия гидроразрыва по азимутальным направлениям на глубине залегания пласта.

На чертеже схематично представлены результаты использования предлагаемого изобретения. На поверхности приводится сетка, в соответствии с которой проводится радоновая съемка, а также результаты определения концентрации радона (Бк/м³) - порядок величин в почвенном воздухе.

Против пласта (на глубине залегания) приводятся результаты определения профиля приемистости (ПП, %) по пропласткам (разностям) и проницаемости (К пр, мД) по ним же.

Секторами показано наиболее вероятное направление распределения проницаемости в пространстве по данным СГДТ, что совпадает с распределением концентрации радона в почвенном воздухе.