способ разработки нефтяных месторождений горизонтальными скважинами

Формула изобретения

Способ разработки нефтяных месторождений горизонтальными скважинами, включающий бурение разведочных скважин с отбором керна, разбуривание месторождения горизонтальными скважинами, отличающийся тем, что бурение разведочных скважин в продуктивном интервале производят с ориентированным отбором керна, по которому определяют азимутальное направление минимальных напряжений в пласте-коллекторе, определяют толщину пласта-коллектора, разбуривают месторождение горизонтальными скважинами, причем бурение горизонтальных участков стволов скважин в пласте-коллекторе ведут при помощи геоуправления траекторией ствола скважины, причем в пластах-коллекторах с толщинами от 1 до 10 м горизонтальные участки стволов скважин бурят в азимутальном направлении, перпендикулярном направлению минимальных напряжений в пласте, а в пластах с толщинами от 10 до 100 м горизонтальные участки стволов скважин бурят в азимутальном направлении, параллельном направлению минимальных напряжений в пластах, в добывающих скважинах осуществляют гидравлический разрыв пласта, причем в пластах-коллекторах с толщинами от 1 до 10 м проводят гидравлический разрыв с созданием трещины гидравлического разрыва, плоскость которой направлена вдоль горизонтального участка ствола скважины, а в пластах-коллекторах с толщинами от 10 до 100 м проводят многократный гидравлический разрыв пласта с созданием трещин гидравлического разрыва, плоскости которых направлены перпендикулярно горизонтальному участку ствола скважины из расчета одна трещина гидравлического разрыва на каждые 100 м горизонтального участка ствола скважины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности, к способам разработки нефтяных месторождений горизонтальными скважинами с применением гидравлического разрыва пласта.

Известен способ разработки нефтяной залежи (патент RU № 2375562, МПК Е21В 43/26, опубл. 10.12.2009, Бюл. № 34), включающий бурение добывающих скважин с горизонтальным стволом и нагнетательных скважин для закачки воды в продуктивный пласт и вытеснения нефти, определение коэффициента анизотропии пород продуктивного пласта - К_а, при коэффициенте анизотропии пород продуктивного пласта 4,0 К_а 12,0, его проницаемости в горизонтальном направлении 0,001-0,048 мкм², а в вертикальном направлении - 0,001-0,000083 мкм², проведение последовательных гидравлических разрывов продуктивного пласта в горизонтальном стволе добывающей скважины за один спуско-подъем насосно-компрессорных труб, начиная от забоя скважины, принятие максимальной полудлины вертикальной трещины гидравлического разрыва, равной половине толщины продуктивного пласта, локализацию зоны последующего гидравлического разрыва от зоны действия предыдущего гидравлического разрыва.

Недостатком способа является невозможность прогнозирования траектории развития трещины гидравлического разрыва в пластах относительно горизонтального участка ствола скважины.

Также известен способ разработки нефтяной залежи горизонтальными скважинами (патент RU № 2418157, МПК Е21В 43/20, опубл. 10.05.2011, Бюл. № 13), включающий проводку в скважине основного транспортного горизонтального ствола в продуктивном пласте, бурение из основного транспортного горизонтального ствола дополнительных ответвленных восходящих стволов в работающие участки пласта и включение скважины в работу по добыче нефти.

Недостатками способа являются его сложность и трудоемкость выполнения, связанные с необходимостью бурения дополнительных восходящих стволов из основного горизонтального ствола.

Наиболее близким по технической сущности является способ разработки нефтяных месторождений горизонтальными скважинами (патент RU № 2176725, МПК Е21В 43/16, опубл. 10.12.2001 г.), включающий бурение основного горизонтального ствола и боковых стволов, причем сначала определяют по керну, отобранному из соседних (разведочных) скважин, направленность трещиноватости, затем бурят основной горизонтальный ствол параллельно направлению вертикальных трещин, а боковые стволы - перпендикулярно вертикальным трещинам.

Недостатками данного способа являются сложность и трудоемкость выполнения, связанные с необходимостью бурения радиальных стволов перпендикулярно направлению трещиноватости в пласте, а также с недостаточной эффективностью применения способа в пластах с различной толщиной.

Техническими задачами изобретения являются:

- повышение эффективности разработки нефтяных месторождений горизонтальными скважинами за счет применения метода гидравлического разрыва пласта с созданием трещин гидравлического разрыва с требуемым азимутальным направлением в продуктивных пластах с различной толщиной;

- сокращение сроков разработки месторождения за счет максимального вовлечения в разработку продуктивных отложений;

- упрощение способа и повышение эффективности применения способа разработки нефтяных месторождений в пластах с различной толщиной.

Поставленные технические задачи решаются способом разработки нефтяных месторождений горизонтальными скважинами, включающим бурение разведочных скважин с отбором керна, разбуривание месторождения горизонтальными скважинами.

Новым является то, что бурение разведочных скважин в продуктивном интервале производят с ориентированным отбором керна, по которому определяют азимутальное направление минимальных напряжений в пласте-коллекторе, определяют толщину пласта-коллектора, разбуривают месторождение горизонтальными скважинами, причем бурение горизонтальных участков стволов скважин в пласте-коллекторе ведут при помощи геоуправления траекторией ствола скважины, причем в пластах-коллекторах с толщинами от 1 до 10 м горизонтальные участки стволов скважин бурят в азимутальном направлении, перпендикулярном направлению минимальных напряжений в пласте, а в пластах с толщинами от 10 до 100 м горизонтальные участки стволов скважин бурят в азимутальном направлении, параллельном направлению минимальных напряжений в пластах, в добывающих скважинах осуществляют гидравлический разрыв пласта, причем в пластах-коллекторах с толщинами от 1 до 10 м проводят гидравлический разрыв с созданием трещины гидравлического разрыва, плоскость которой направлена вдоль горизонтального участка ствола скважины, а в пластах-коллекторах с толщинами от 10 до 100 м проводят многократный гидравлический разрыв пласта с созданием трещин гидравлического разрыва, плоскости которых направлены перпендикулярно горизонтальному участку ствола скважины из расчета одна трещина гидравлического разрыва на каждые 100 м горизонтального участка ствола скважины.

На фиг.1, 2 схематично изображен предлагаемый способ. На фиг.1 - предлагаемый способ в пластах-коллекторах с толщинами от 1 до 10 м, на фиг.2 - в пластах-коллекторах с толщинами от 10 до 100 м.

Предлагаемый способ реализуют следующим образом.

Первоначально на месторождении бурят разведочные скважины, в которых проводят комплекс геофизических и гидродинамических исследований с определением таких параметров, как толщина пласта, его пористость, проницаемость и т.п. Причем бурение разведочных скважин в продуктивных интервалах ведут с ориентированным отбором керна, по которому определяют азимутальное (относительно сторон света) направление минимальных напряжений в пласте-коллекторе, например, методом оверкоринга, английский термин "overcoring methods".

Метод оверкоринга заключается в первоначальном измерении деформации в массиве горных пород непосредственно в стволе бурящейся скважины, отборе ориентированного керна из скважины, измерении в лабораторных условиях на отобранном из скважины ориентированном керне величины и направления напряжения в массиве горных пород (см., например, патенты: US 4813278, US 5517854, US 5381690, US 5353637, US 3961524).

После получения данных геофизических и гидродинамических исследований, а также данных о распределении минимальных напряжений в продуктивных пластах-коллекторах относительно сторон света, приступают к бурению горизонтальных добывающих скважин.

С целью сохранения положения долота на оптимальной глубине вблизи кровли продуктивного пласта-коллектора бурение горизонтальных участков 1 стволов скважин 2 производят с геоуправлением траекторией ствола скважины, представляющим собой управление направлением ствола скважины в близких пределах границ продуктивной зоны бурения (см., например, патент US 8149132), причем горизонтальный участок 1 скважины 2 располагают в центральной части продуктивного пласта-коллектора 3 и 3' (см. фиг.1,2).

Согласно последним теоретическим и практическим исследованиям в области гидравлического разрыва пластов (см., например: монография - M.J. Economides, K.G. Nolte, Reservoir stimulation: Schlumberger Educational Services, 3^rd edition, 1998 г.) первоначальные трещины гидравлического разрыва развиваются в плоскости, перпендикулярной направлению минимальных напряжений в породах, слагающих нефтегазовый пласт. Следовательно, управляя ориентацией ствола скважины относительно распределения направления минимальных напряжений в пласте-коллекторе, можно задавать ориентацию плоскости трещин гидравлического разрыва.

Например, на нефтяных месторождениях, продуктивные пласты 3 (см. фиг.1) которых сложены пластами-коллекторами толщиной от 1 до 10 м, горизонтальные участки стволов 1 бурят в азимутальном направлении, перпендикулярном направлению минимальных напряжений, а на нефтяных месторождениях, продуктивные пласты 3' (см. фиг.2) которых сложены пластами-коллекторами толщиной от 10 до 100 м, горизонтальные участки стволов скважин бурят в азимутальном направлении, параллельном направлению минимальных напряжений.

Для интенсификации добычи нефти в добывающих скважинах проводят гидравлический разрыв пласта (ГРП) любым известным способом (см., например, патенты:

RU 2362010, RU 2397319), причем в пластах-коллекторах с толщинами от 1 до 10 м проводят ГРП с созданием трещины гидравлического разрыва 4, плоскость которой направлена вдоль горизонтального участка ствола скважины (см. фиг.1), а в пластах-коллекторах с толщинами от 10 до 100 м проводят многократный ГРП с созданием нескольких трещин гидравлического разрыва 4' (см. фиг.2), плоскости которых направлены перпендикулярно горизонтальному участку ствола скважины из расчета одна трещина гидравлического разрыва на каждые 100 м горизонтального участка.

Примеры практического выполнения способа.

Пример 1.

На месторождении пробурили разведочные скважины, в которых провели комплекс геофизических и гидродинамических исследований с определением таких параметров, как толщина пласта, его пористость, проницаемость и т.п. Причем бурение разведочных скважин в продуктивных интервалах вели с ориентированным отбором керна по методу оверкоринга, по которому определили азимутальное (относительно сторон света) направление минимальных напряжений в пласте-коллекторе.

По результатам исследований установили: толщина пласта-коллектора составляет 5 м, минимальные напряжения в пласте-коллекторе распределены в азимутальном направлении с севера на юг.

После получения данных геофизических и гидродинамических исследований, а также данных о распределении минимальных напряжений в продуктивных пластах-коллекторах относительно сторон света приступили к бурению горизонтальных добывающих скважин. Причем бурение горизонтальных участков стволов скважин вели с геоуправлением траекторией ствола скважины, горизонтальные участки стволов скважин располагали в центральной части пласта-коллектора. Азимутальное направление горизонтальных участков стволов скважин задавали перпендикулярно направлению минимальных напряжений в породе-коллекторе, т.е. в направлении с запада на восток, причем длина горизонтальных участков стволов скважин составляла от 100 до 300 м.

Для интенсификации добычи нефти в добывающих скважинах проводили гидравлический разрыв пласта с образованием трещины гидравлического разрыва, плоскость которой была направлена вдоль горизонтального участка ствола скважины без выхода краев трещины гидравлического разрыва в выше и нижележащие породы-покрышки - породы-неколлекторы (см. фиг.1).

Пример 2.

На месторождении пробурили разведочные скважины, в которых провели комплекс геофизических и гидродинамических исследований с определением таких параметров, как толщина пласта, его пористость, проницаемость и т.п. Причем бурение разведочных скважин в продуктивных интервалах вели с ориентированным отбором керна по методу оверкоринга, по которому определили азимутальное (относительно сторон света) направление минимальных напряжений в пласте-коллекторе.

По результатам исследований установили: толщина пласта-коллектора составляет 24 м, минимальные напряжения в пласте-коллекторе распределены в азимутальном направлении с севера на юг.

После получения данных геофизических и гидродинамических исследований, а также данных о распределении минимальных напряжений в продуктивных пластах-коллекторах относительно сторон света приступили к бурению горизонтальных добывающих скважин. Причем бурение горизонтальных участков стволов скважин вели с геоуправлением траекторией ствола скважины, горизонтальные участки стволов скважин располагали в центральной части пласта-коллектора. Азимутальное направление горизонтальных участков стволов скважин задавали параллельно направлению минимальных напряжений в породе-коллекторе, т.е. в направлении с севера на юг соответственно, причем длина горизонтальных участков стволов скважин составляла от 100 до 300 м.

Для интенсификации добычи нефти в добывающих скважинах проводили многократный гидравлический разрыв пласта с созданием нескольких трещин гидравлического разрыва, плоскости которых были направлены поперек горизонтального участка ствола скважины из расчета одна трещина гидравлического разрыва на каждые 100 м горизонтального участка ствола скважины без выхода краев трещины в вышележащие породы-покрышки - породы-неколлекторы. Т.е. при длине горизонтального участка ствола скважины 300 м проводили поинтервальный ГРП с образованием трех трещин гидравлического разрыва (см. фиг.2).

Пример 3.

На месторождении пробурили разведочные скважины, в которых провели комплекс геофизических и гидродинамических исследований с определением таких параметров, как толщина пласта, его пористость, проницаемость и т.п. Причем бурение разведочных скважин в продуктивных интервалах вели с ориентированным отбором керна по методу оверкоринга, по которому определили азимутальное (относительно сторон света) направление минимальных напряжений в пласте-коллекторе.

По результатам исследований установили: толщина пласта-коллектора составляет 7 м, минимальные напряжения в пласте-коллекторе распределены в азимутальном направлении с севера на юг.

После получения данных геофизических и гидродинамических исследований, а также данных о распределении минимальных напряжений в продуктивных пластах-коллекторах относительно сторон света приступили к бурению горизонтальных добывающих скважин. Причем бурение горизонтальных участков стволов скважин вели с геоуправлением траекторией ствола скважины, горизонтальные участки стволов скважин располагали в центральной части пласта-коллектора. Азимутальное направление горизонтальных участков стволов скважин задавали параллельно направлению минимальных напряжений в породе-коллекторе, т.е. в направлении с севера на юг, причем длина горизонтальных участков стволов скважин составляла от 100 до 300 м.

Для интенсификации добычи нефти в одной из добывающих скважинах провели гидравлический разрыв пласта. При этом в процессе проведения ГРП образовалась трещина гидравлического разрыва, плоскость которой была направлена поперек горизонтального участка ствола скважины, что привело к прорыву выше- и нижележащих пород-покрышек и полному обводнению скважины.

Пример 4.

На месторождении пробурили разведочные скважины, в которых провели комплекс геофизических и гидродинамических исследований с определением таких параметров, как толщина пласта, его пористость, проницаемость и т.п. Причем бурение разведочных скважин в продуктивных интервалах вели с ориентированным отбором керна по методу оверкоринга, по которому определили азимутальное (относительно сторон света) направление минимальных напряжений в пласте-коллекторе.

По результатам исследований установили: толщина пласта-коллектора составляет 14 м, минимальные напряжения в пласте-коллекторе распределены в азимутальном направлении с севера на юг.

После получения данных геофизических и гидродинамических исследований, а также данных о распределении минимальных напряжений в продуктивных пластах-коллекторах относительно сторон света приступили к бурению горизонтальных добывающих скважин. Причем бурение горизонтальных участков стволов скважин вели с геоуправлением траекторией ствола скважины, горизонтальные участки стволов скважин располагали в центральной части пласта-коллектора. Азимутальное направление горизонтальных участков стволов скважин задавали перпендикулярно направлению минимальных напряжений в породе-коллекторе, т.е. в направлении с запада на восток соответственно, причем длина горизонтальных участков стволов скважин составляла от 100 до 300 м.

Для интенсификации добычи нефти в одной из добывающих скважинах провели гидравлический разрыв пласта. При этом не удалось провести процесс ГРП, так как не хватило гидравлической энергии насосных агрегатов из-за образования трещины гидравлического разрыва большого объема, что значительно увеличило утечки жидкости в пласт-коллектор.

На основании вышеприведенных примеров опытным путем было установлено, что проведение ГРП в пластах-коллекторах с толщиной продуктивной части до 10 м экономически и технологически целесообразно при образовании одной трещины гидравлического разрыва, плоскость которой направлена вдоль горизонтального участка ствола скважины, а в пластах-коллекторах с толщиной продуктивной части свыше 10 м - при образовании нескольких трещин гидравлического разрыва, из расчета одна трещина на каждые 100 м горизонтального участка ствола скважины, плоскости которых были бы направлены поперек горизонтального участка ствола скважины.

Применение предлагаемого способа позволяет повысить эффективность разработки нефтяных месторождений горизонтальными скважинами за счет применения метода гидравлического разрыва пласта с созданием трещин гидравлического разрыва с требуемым азимутальным направлением, а также сократить сроки разработки нефтяных месторождений за счет максимального вовлечения в разработку продуктивных отложений.