способы гидравлического разрыва пласта и добычи углеводородной текучей среды из пласта

Формула изобретения

1. Способ гидравлического разрыва пласта, при котором через ствол скважины, проходящий через пласт породы, размещают патрон ракетного топлива в микростволе скважины, имеющем диаметр, составляющий не более 13 см, и расположенном на радиальном расстоянии от ствола скважины, и воспламеняют ракетное топливо, расположенное в микростволе скважины, для создания давления, достаточного для осуществления гидравлического разрыва пласта.

2. Способ по п.1, в котором пласт включает в себя карбонатную породу, являющуюся нефтеносной.

3. Способ по п.1, в котором ракетное топливо имеет время увеличения давления, составляющее по меньшей мере 0,4 мс.

4. Способ по п.1, в котором ствол скважины выполнен с возможностью доступа с поверхности для каротажного инструмента.

5. Способ по п.1, в котором микроствол скважины имеет диаметр, составляющий не более 7 см.

6. Способ по п.1, в котором ракетное топливо воспламеняют с использованием сигнала с поверхности.

7. Способ по п.1, в котором ракетное топливо воспламеняют с использованием механизма замедленного высвобождения энергии воспламенения, размещаемого вместе с ракетным топливом.

8. Способ по п.1, в котором ракетное топливо является твердым, гелеобразным или жидким.

9. Способ подачи углеводородных текучих сред из пласта с сетью разрывов, при котором направляют нагретую текучую среду в пласт через сеть разрывов, увеличивают подвижность углеводородных текучих сред в нагретой текучей среде и перемещают углеводородные текучие среды на поверхность, при этом обеспечивают доступность сети разрывов пласта путем помещения через ствол скважины, проходящий через пласт, патрона ракетного топлива в микростволе скважины, имеющем диаметр, составляющий не более 13 см, и расположенном на радиальном расстоянии от ствола скважины, и воспламеняют ракетное топливо, расположенное в микростволе, для создания давления, достаточного для гидравлического разрыва пласта, обеспечивая увеличенный доступ к сети разрывов пласта.

Описание изобретения к патенту

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к способу обработки подземных пластов, в частности углеводородных пластов. Более конкретно, изобретение касается способов увеличения открытой воздействию поверхности таких пластов, в частности для увеличения извлечения углеводородов из пластов.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Давно установлено, что для увеличения извлечения углеводородов из пласта предпочтительно увеличить открытость пласта воздействию от скважины или скважин, пробуренных через него, что привело к таким способам обработки пласта, как перфорирование, разрыв пласта и кислотная обработка.

Хотя многие из этих способов не считаются относящимися к настоящему изобретению, следует заметить, что вместо гидроразрыва пласта уже использовались компоненты ракетного топлива. При обычном гидроразрыве пласта создается давление в текучей среде с поверхности, которое является достаточно высоким для образования разрывов в подземных пластах. В некоторых случаях, особенно где экономика была неблагоприятной для развертывания тяжелого насосного оборудования, использовались компоненты ракетного топлива. Спущенные в ствол скважины компоненты ракетного топлива при воспламенении с правильным нарастанием давления создают условия разрыва пласта, окружающего скважину. Таким же образом компоненты ракетного топлива использовали в качестве вспомогательного средства для других взрывчатых веществ или текучих сред в процессе разрыва.

Такое известное использование компонентов ракетного топлива описано, например, в патентах США № № 5355802, 5295545, 7073589, а также в патентах, ссылки на которые сделаны в этих патентах.

По мере старения углеводородных месторождений обнаружено, что вышеуказанные способы теряют свою эффективность для разработки пласта в степени, возможной теоретически. В связи с этим предложено множество способов для увеличения извлечения углеводородов выше пределов, обеспечиваемых указанными способами. Эти способы, в общем, именуют как «увеличение нефтеотдачи пласта» или способами повышения нефтеотдачи.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно первому аспекту изобретения создан способ гидравлического разрыва пласта, при котором через ствол скважины, проходящий через пласт, размещают компоненты ракетного топлива в полость, расположенную на радиальном расстоянии от ствола скважины, и воспламеняют их для создания давления, достаточного для осуществления разрыва пласта.

Согласно второму аспекту изобретения создан способ улучшения доступа к подземному пласту, в котором через ствол скважины, проходящий через пласт, размещают компоненты ракетного топлива в полость, расположенную на радиальном расстоянии от упомянутого ствола скважины, и воспламеняют их для создания давления, достаточного для осуществления гидравлического разрыва пласта, тем самым создавая больше пустот для повторного размещения и воспламенения дополнительного ракетного топлива или для других способов разрыва пласта.

Еще один аспект изобретения относится к преимуществам, получаемым применением вышеупомянутых способов в пластах, несущих углеводороды. С увеличенным доступом, предоставляемым указанными способами, могут практически применяться многие известные способы увеличения нефтеотдачи пласта с более высокой эффективностью, приводящей к улучшенному извлечению углеводородов из пластов. В предпочтительном варианте осуществления такие усовершенствованные способы увеличения нефтеотдачи пласта включают в себя использование нагретых текучих сред, закачиваемых через сеть природных разрывов пласта, находящихся во многих, большей частью карбонатных породах. Доступ и радиус действия такой сети увеличивается использованием разрывов пласта, созданных компонентами ракетного топлива, согласно способам настоящего изобретения.

Согласно указанным аспектам настоящего изобретения пласт, являющийся предпочтительно карбонатной породой с извлекаемым содержимым из углеводородной текучей среды, разрывают в местах, отстоящих от основной скважины. В результате практического применения способов, согласно изобретению, поверхность пласта, доступная через макроскопические каналы прохождения потока, такие как разрывы пласта, увеличивается. Увеличение доступного пласта может использоваться для увеличения количества дренируемой или добываемой текучей среды из пласта или, альтернативно, открытия большей поверхности пласта текучим средам обработки.

Скважина, согласно настоящему изобретению, определена как пробуренный ствол скважины и выполненный с возможностью доступа стандартных скважинных инструментов, таких как спускаемые на каротажном кабеле или насосно-компрессорной трубе инструменты, или оборудования заканчивания и добычи. Полости, как определено в данном описании, не являются достаточно широкими для предоставления возможности такого доступа. Вместо этого создание полостей и/или доступа к ним требует специализированных инструментов сравнительно малого диаметра, таких как спускаемые на каротажном кабеле или насосно-компрессорной трубе инструменты бокового бурения. Альтернативно, полости могут образовываться силой или потоком текучей среды под давлением или предварительным воспламенением компонентов ракетного топлива.

Следовательно, полости, согласно настоящему изобретению, имеют максимальный эффективный диаметр, составляющий 13 см (4 дюйма) или даже 7 см (2 дюйма) или менее. Эффективный диаметр задается как сечение отверстия неправильной формы, достаточно широкое для обеспечения возможности прохода цилиндрического предмета такого диаметра.

Полость или полости для ракетного топлива могут представлять собой любой проем на некотором радиальном расстоянии от скважины. Полость может быть естественного происхождения или созданной искусственно. Полости включают в себя трещины, разрывы пласта, каналы или стволы скважины. Для увеличения точности размещения и общего управления технологическим процессом предпочтительным вариантом осуществления изобретения является использование микростволов скважины в качестве полости.

Такие микростволы скважины известны сами по себе применением с целью извлечения образцов керна или для размещения датчиков в пласте. Устройство для бурения микростволов скважины и известные примеры практического применения микростволов скважины описаны, например, в патентах США № № 4226288, 5692565, 6896074, 7191831.

Ракетное топливо является источником энергии и рабочей текучей среды. Обычно оно может различаться дополнительно от взрывчатых веществ по времени нарастания давления после воспламенения. Это время нарастания давления составляет порядка от 0 до 0,4 мс для взрывчатых веществ и порядка от 0,4 до 1 мс или даже 5 мс для компонентов ракетного топлива. Время нарастания давления для гидравлического разрыва пласта составляет величину, по меньшей мере, на порядок большую.

Предпочтительными компонентами ракетного топлива для настоящего практического применения являются твердые компоненты ракетного топлива, смешанные с окислителями, такими как перхлорат аммония. Имеющиеся в продаже серии компонентов ракетного топлива Arcite®, широко применяющиеся в качестве топлива для надувания подушек безопасности и в некоторых случаях скважинного практического применения, являются наиболее безопасными и подходящими продуктами для использования в настоящем изобретении.

Эти и другие аспекты настоящего изобретения более детально описаны ниже со ссылкой на следующие чертежи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 показывает блок-схему последовательности операций способа согласно варианту настоящего изобретения.

Фиг.2 - подготовка микроствола скважины для использования согласно примеру настоящего изобретения.

Фиг.3А - микроствол скважины с размещенным зарядом компонентов ракетного топлива согласно варианту настоящего изобретения.

Фиг.3В - действие воспламенения ракетного топлива на пласт.

Фиг.4 - усовершенствованная операция увеличения нефтеотдачи пласта согласно варианту настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Следующий вариант способа, согласно настоящему изобретению, показан на блок-схеме фиг.1 и фиг.2-4.

В данном варианте способа компоненты ракетного топлива размещают во вновь пробуренном микростволе скважины на этапе 11 (фиг.1). Этот этап показан на фиг.2. На фиг.2 показана основная скважина 21, используемая для доступа на необходимую глубину в пласте 20 подвешенного на каротажном кабеле бурового блока 22. Буровой блок 22 подвешен на наземной каротажной установке 23 подъемника через оборудование 24 устья скважины, размещенное на верхнем конце скважины 21.

На необходимой глубине подвешенный на каротажном кабеле буровой блок 22 отклоняется в пласт посредством временного пакера 25 и отклоняющего клина 26 для бурения микроствола 27 скважины.

Микроствол 27 скважины бурят до проектной точки в пласте 20, на этом же этапе буровой блок 22 удаляют и в пробуренный микроствол скважины спускают блок 31 размещенного ракетного топлива. Линия 33 детонатора соединяет заряд ракетного топлива с блоком размещения и, следовательно, с поверхностью. Как альтернативу линии 33 детонатора, ракетное топливо могут воспламенять с использованием механизма замедленного действия для высвобождения энергии воспламенения, размещенного вместе с ракетным топливом.

Подходящим ракетным топливом является смесь перхлората аммония в качестве окислителя и Actite 386M в качестве топлива. Альтернативно могут использовать смесь перхлората калия и Arcite 497L. Многочисленные другие комбинации окислителя/топлива также являются применимыми в данном изобретении.

Затем заряд с ракетным топливом воспламеняют на этапе 13 (фиг.1). При воспламенении высвобождается импульс давления с временем нарастания более 0,4 мс. Импульс давления осуществляет разрыв окружающего пласта, как показано на фиг.3В. На этой фигуре показаны элементы фиг.3 после воспламенения заряда 32 ракетного топлива.

Вышеизложенные этапы, показанные на фиг.1, могут повторяться с повторным использованием, например, пробуренного микроствола скважины, бурения дополнительных микростволов скважины или использованием каскадирования группы микростволов скважины.

На фиг.4 показана вышеописанная обработка пласта, при которой создана сетка частично соединенных или пересекающихся разрывов пласта. Эта сетка может разрабатываться для совершенствования способов увеличения нефтеотдачи пласта, как показано. Вариант на фиг.4 показывает газонефтяное гравитационное дренирование с помощью подогрева, аналогичное реализованному технологическому процессу извлечения на месторождении Quarn Alam Shell/PDO в Омане. Паронагнетательная скважина 41 пробурена до глубины сетки разрывов пласта.

Для добычи из пласта 20 пар нагнетают через паронагнетательную скважину 41 через сетку 40 разрывов пласта в пласт 20. Нагрев увеличивает температуру и, тем самым, снижает вязкость нефти, заключенной в пласте. Когда пар распространяется по сетке 40 разрывов пласта, воздействию открыт больший объем пласта 20 в сравнении с обычным практическим применением газонефтяного гравитационного дренирования с помощью подогрева. Таким образом, больший объем нефти может дренироваться и выкачиваться на поверхность.