Способ многопластового гидроразрыва в стволе скважины

Способ многопластового гидроразрыва в стволе скважины

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Положения в этом разделе содержат только исходную информацию, связанную с настоящим способом, и не могут относиться к предшествующему способу.

Способы обработки ствола скважины часто используются для увеличения добычи УВ, где используют составы для обработки для воздействия на подземную структуру таким образом, чтобы увеличить приток нефти или газа из пласта к стволу скважины и его вынос на поверхность. Наиболее распространенные способы обработки включают операции разрыва пласта, высокодебитные матричные обработки, кислотные гидроразрывы и закачку хелатирующих реагентов. ГРП - это закачка в пласт жидкостей, которые при достаточных давлениях образуют трещины в пласте, которые увеличивают приток от пласта к стволу скважины. В процессе химической интенсификации, мощность потока улучшается при помощи использования химических реагентов для изменения свойств пласта, включая увеличение эффективной проницаемости путем растворения материалов в пласте или вытравливание подземной структуры плавиковой кислотой. Ствол скважины может быть открытым или обсаженным металлической трубой (колонной), которая устанавливается в пробуренном стволе и часто цементируется по месту установки. В обсаженном стволе колонна (если цемент присутствует) перфорируется в специальных интервалах с целью получения притока углеводородов к стволу скважины или для того, чтобы обеспечить возможность тока жидкости от ствола к пласту.

Для того чтобы эффективно и оперативно вскрыть углеводороды, может быть желательной интенсификация составом для обработки нескольких целевых пластов подземной структуры. Такие целевые пласты могут находиться в различных подземных структурах или слоях определенного пласта, который необходимо интенсифицировать. В более ранних способах ГРП, многопластовые зоны, как правило, обрабатывались путем интенсификации одной зоны в стволе скважины за один раз. Эти способы обычно включали многочисленные этапы спуска перфоратора вниз по стволу скважины к целевому пласту, перфорацию целевого горизонта, подъем перфоратора, обработку целевого пласта жидкостью ГРП, изоляцию перфорированного целевого пласта. Этот процесс впоследствии повторялся для всех целевых горизонтов до тех пор, пока все пласты не были интенсифицированы. Возможно оценить, что такие способы обработки многопластовых зон были высоко трудоемкими, требовали значительных временных ресурсов и финансовых средств.

Соответственно, было желательно преодолеть указанные трудности с помощью способа обработки многопластовых зон подземных структур.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ многопластового гидроразрыва в стволе скважины, проводимого в подземной структуре, достигается путем выполнения этапов (а)-(d). На этапе (а) в двух или более зонах в стволе скважины создаются пропускные каналы, которые отделены друг от друга определенной длиной участка скважины. Пропускные каналы в каждой зоне, согласно этапу (а), имеют разные характеристики, учитывая ориентацию пропускного канала в пространстве каждого из двух или более пластов и ее отношение к выбранному направлению разрыва, а также учитывая разность давлений начала гидроразрыва для каждого из двух или более пластов.

На этапе (b) жидкость разрыва закачивается в ствол скважины во время проведения ГРП и далее, на этапе (с) давление жидкости разрыва во время ГРП с целью ускорения разрыва указанного одного или двух и более пластов удерживается выше давления начала разрыва для одного или двух или более пластов. На протяжении этапа (d) необходимо повторить работы этапа (с), по меньшей мере, для одного или двух и более пластов двух или более зон.

В некоторых вариантах выполнения выбранным направлением является направление основной нагрузки пласта вокруг ствола скважины. Выбранное направление может быть расположено по оси или просто параллельно направлению основной нагрузки пласта, окружающего ствол скважины. В некоторых вариантах реализации выбранным направлением может быть, по меньшей мере, одна из горизонтальных линий максимальной нагрузки, вертикальной нагрузки или плоскость разрыва.

В некоторых вариантах реализации реакционно-способная жидкость закачивается, по меньшей мере, в один пласт перед началом разрыва в той зоне, в которой необходимо повысить эффективность снижения величины давления начала разрыва. Реакционно-способная жидкость может быть кислотой. Ствол скважины может быть тампонирован при помощи цемента, который в значительной мере растворяется кислотой.

Пропускные каналы в некоторых вариантах реализации могут быть образованы в каждой зоне с использованием 0° или 180° фазирования для каждой зоны. Пропускные каналы в каждой зоне могут также лежать в одной плоскости или быть расположены на расстоянии 1 метра от одной плоскости. Пропускные каналы могут быть образованы одним зарядом перфоратора, кумулятивным перфоратором или формированием отверстий в колонне ствола скважины. Различные характеристики пропускных каналов в некоторых случаях могут быть достигнуты путем отклонения ствола скважины.

Способ также может включать изоляцию зоны разрыва в соответствии с этапом (с) перед выполнением этапа (d). Для изоляции зон разрыва в разных случаях может использоваться легко разрушаемый материал. Изоляция также может быть достигнута путем использования, по меньшей мере, одного из механических инструментов, таких как уплотняющие шарики, пакеры, цементные мосты, пропускные цементные мосты, песчаные пробки, волокно, дисперсные материалы, вязкие жидкости, пены, а также их комбинаций.

В некоторых вариантах реализации два или более пластов могут быть расположены в части ствола скважины, которая является достаточно вертикальной. В некоторых вариантах выполнения два или более пластов располагаются в искривленной части ствола скважины. В некоторых вариантах выполнения два или более пластов располагаются в части ствола скважины, отклоненной от вертикального участка. В других вариантах выполнения два или более пластов могут быть расположены в достаточно горизонтальной части ствола скважины. В других вариантах реализации два или более пластов могут быть расположены в части ствола скважин, который отклонен от вертикальной, по меньшей мере, на 30°.

В некоторых вариантах реализации пропускные каналы одного пласта могут иметь минимальный угол наклона, который на 5° или более отличается от минимального угла наклона пропускных каналов любого другого или двух и более других пластов. Пропускные каналы зоны разрыва на этапе (с) также, в некоторых случаях, могут быть ориентированы под углом, соответствующим выбранному направлению и в то же время меньшим, чем угол пропускных каналов любого другого или двух и более других пластов. В некоторых вариантах реализации пропускные каналы пластов, не подлежащих разрыву, двух или более зон впоследствии подлежат разрыву на этапе (d) и могут быть ориентированы под углом, соответствующим выбранному направлению, который на 5° или более отличается от минимального угла наклона пропускных каналов любого другого или двух и более других пластов, ранее подвергшихся разрыву. По меньшей мере, один из пропускных каналов обрабатываемого на этапе (с) пласта, может быть ориентирован под углом, соответствующим выбранному направлению некоторых вариантов реализации меньшим, чем угол любого пропускного канала, соответствующий выбранному направлению в любом другом пласте, не подвергавшемся разрыву в двух или более зонах ГРП на этапе (d).

Зона разрыва на этапе (с) может быть расположена в направлении подошвенной области ствола скважины, а зона разрыва на этапе (d) может быть расположена, в некоторых вариантах выполнения, в боковой части ствола скважины. В других вариантах выполнения, зона разрыва этапа (с) может выклиниваться в сторону боковой части ствола скважины, а зона разрыва этапа (d) может выклиниваться в сторону забоя скважины.

Жидкость разрыва на этапе (с) при ГРП может быть выбрана, по меньшей мере, из ряда растворов ГРП, реакционно-способных растворов и реагентов на водной основе. Жидкость ГРП, в некоторых вариантах реализации, также может содержать, по меньшей мере, одно из следующего: проппант, твердые частицы, волокна, добавки для борьбы с поглощением, загустители, уменьшители трения.

В некоторых вариантах реализации гидроразрыв производится при ведении постоянного мониторинга.

Каждая зона, в некоторых вариантах реализации, может содержать от 1 до 10 пучков пропускных каналов. В некоторых случаях, каждый пучок пропускных каналов может иметь длину от 0,1 до 200 метров.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР

Для более полного понимания данного изобретения и его преимуществ ниже приведены ссылки на описания, представленные в совокупности с фигурами, на которых:

Фиг.1А является схематическим изображением разреза ствола скважины с различными напряжениями вокруг ствола скважины и углом (α) перфорации в стволе скважины по отношению к таким напряжениям;

Фиг.1В представляет собой схему угла (α) перфорации по отношению к направлению максимального основного напряжения σ₁ на перпендикулярном к стволу скважины плане направлений и давление начала разрыва (ДНР);

Фиг.2 представляет собой схему угла между отверстиями перфорации ствола скважины и максимальным горизонтальным напряжением в вертикальной скважине и давление начала разрыва;

Фиг.3 схематически иллюстрирует горизонтальную часть обсаженного ствола пробуренной скважины с указанием различных отверстий перфорации, ориентированных под разными углами;

Фиг.4А схематически иллюстрирует вид сверху горизонтальной скважины с кривой траекторией с указанием различных отверстий перфорации, ориентированных под разными углами (θ) по отношению к максимальному и минимальному напряжению в месте их образования;

Фиг.4В схематически иллюстрирует вид сбоку наклонной скважины с почти вертикальной забойной частью ствола с указанием различных отверстий перфорации, ориентированных под разными углами (θ) по отношению к максимальному (давление вышезалегающих пластов) и минимальному напряжению в месте их образования;

Фиг.4С схематически иллюстрирует вид сбоку наклонной скважины с указанием различных отверстий перфорации, ориентированных под разными углами (θ) по отношению к максимальному (давление вышезалегающих пластов) и минимальному напряжению в месте их образования; и

Фиг.5 схематически иллюстрирует разрез ствола скважины - пример стратегии перфорирования, который позволяет изменять способ обработки в зависимости от зоны, с отверстиями перфорации А₁, А₂, А₃ и А₄, не расположенными по оси максимального напряжения или плоскости, на которой находится максимальное напряжение какого-либо угла (α), а отверстия перфорации В₁, В₂, … В_н… В_м не находятся на оси направления максимального напряжения большего угла.

ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Приведенное ниже описание и примеры представлены исключительно в целях иллюстрирования различных вариантов реализации изобретения и не должны быть истолкованы в качестве ограничения объемов или применимости изобретения. Поскольку любые варианты данного изобретения могут быть описаны здесь с указанием определенных материалов, необходимо понимать, что состав может включать два или более химически различных материалов. В дополнение, состав также может включать некоторые компоненты кроме тех, которые уже указаны выше. Поскольку изобретение может быть описано в терминах обработки вертикальных или горизонтальных скважин, оно в равной степени применимо к скважинам любой ориентации. Изобретение будет описано для добывающих углеводородных скважин, при этом, однако, необходимо понимать, что изобретение может быть использовано для скважин с другим типом флюида, таких как водные, углекислые, или, например, нагнетающие скважины или скважины-хранилища. Также необходимо понимать, что в отношении приведенных спецификаций, когда речь идет о полезных, применимых или примерных концентрациях или объемах диапазона, любая и каждая концентрация или объем определенного диапазона, включая граничные значения, считается установленной. Более того, каждое числовое значение нужно рассматривать как измененное термином «приблизительно» (помимо уже измененных) и затем рассматривать вновь как неизмененное, если иное не следует из контекста. Например, «диапазон от 1 до 10» должен читаться как указание каждого возможного числа по континууму между приблизительно 1 и приблизительно 10. Таким образом, даже если измерены определенные пункты данных в пределах диапазона, или даже не измерены, и явно идентифицированы или относятся только к немногим определенным данным, нужно понимать, что изобретатели оценивают и понимают, что любой или все пункты данных в пределах диапазона нужно считать указанными и что изобретатели обладают полным диапазоном и всеми пунктами в пределах диапазона.

Настоящее изобретение направлено на проведение многопластового гидроразрыва в подземных структурах при проведении ГРП. Этот способ может быть использован в обсаженном или необсаженном (открытом) стволе скважины. Как описано ниже, ГРП выполняется в одну операцию по закачке и отличается от многопластовых гидроразрывов тем, что может быть использован при обработке разных или множественных зон пласта. Термин «одна операция по закачке», указанный выше, означает проведение работ, при которых закачка жидкости разрыва начата, однако при этом не выполняется последующее применение оборудования для перфорации (или другого оборудования) с целью формирования или воздействия на перфорационные отверстия, ранее созданные в стволе скважины, а также повторная закачка жидкости в ствол скважины или ее перемещение с целью ускорения ГРП после первичной закачки жидкости разрыва. При выполнении такой операции закачки, скорость закачки, давления, характер и объем долива жидкости могут быть различными; также сама закачка может быть временно приостановлена и начата повторно с целью выполнения ГРП. В терминах, использованных в данном документе, такие способы рассматриваются как одна операция по закачке или один ГРП. В добавление, в некоторых вариантах применения, одна операция по закачке может быть проведена, когда начальное перфорационное оборудование еще не поднято из ствола скважины.

В настоящем изобретении с целью выполнения поэтапной обработки нескольких зон скважины в течение одного ГРП или операции по закачке используется разность давлений начала разрыва для разных зон ствола скважины. Разность давлений начала разрыва для различных зон создается путем формирования в стволе скважины специально ориентированных пропускных каналов. В значении, определенном здесь, термин «пропускной канал(-ы) или подобные определения означают канал, формируемый в колонне и/или стволе скважины. В большинстве случаев, пропускные каналы могут быть сформированы перфораторами, спущенными в скважину для перфорации колонны и/или ствола. Как таковые пропускные каналы также могут быть обозначены терминами «отверстия перфорации» и определениями «пропускной канал(-ы)», «отверстие(-я) перфорации», «канал(-ы) перфорации», «перфорационный тоннель(-и)» и подобными. Такие выражения могут быть использованы взаимозаменяемо, если только другое четко не обозначено контекстом. В дополнение, хотя пропускные каналы могут быть сформированы перфоратором, могут быть применены и другие способы их формирования. Они могут включать пескоструйную перфорацию, выемку грунта, фрезерование, бурение, распиливание и подобные способы. В некоторых вариантах реализации пропускные каналы могут быть сформированы в колонне на устье скважины или вне ее ствола, как описано в Международной Публикации № WO2009/001256A2, полное содержание которой включено в данный документ посредством ссылки. Пропускные каналы также могут иметь разный размер, форму и конфигурацию. Примеры некоторых форм поперечного сечения пропускных каналов включают круг, прямоугольник, многоугольник, полукруг, прорезной и т.д., а также комбинации этих и других форм. В некоторых вариантах реализации длина разреза и ось наибольшего размера могут быть ориентированы параллельно продольной оси колонны или ствола скважины. Диаметр или поперечное сечение пропускных каналов или отверстий перфорации может находиться в диапазоне от 2 до 40 мм. Длина пропускных каналов может находиться в диапазоне от 0,005 до 3 метров.

Ориентация пропускных каналов или отверстий перфорации в различных зонах выполняется таким образом, чтобы могла быть достигнута гетерогенность углов между сформированными каналами перфорации в каждой зоне и выбранном направлении, а также гетерогенность давлений начала разрыва. Жидкость разрыва затем закачивается в ствол скважины под давлением, превышающим давление начала разрыва одной из зон перфорации с целью ускорения разрыва в данной зоне. На следующем этапе проведения разрыва давление разрыва увеличивается по сравнению с давлением разрыва следующей зоны перфорации с целью ускорения разрыва в следующей зоне. Это повторяется до тех пор, пока во всех зонах не будут проведены ГРП. В некоторых вариантах реализации может быть выполнена изоляция различных зон между этапами выполнения ГРП.

Способ может быть использован при создании многопластовых разрывов в том же слое пласта или при создании многопластовых разрывов в многослойном пласте, а также применен для вертикальных, горизонтальных и наклонных скважин. Способ может комбинироваться с техниками ограниченного доступа при ГРП с целью ускорения закачки жидкости в несколько зон при заданной скорости закачки. Способ также может комбинироваться с другими существующими способами применения отклонителей и техниками изоляции пластов, хорошо известными специалистам в данной области.

Разность основных напряжений в пласте ускоряет создание разности давлений начала разрыва по стволу скважины. Например, в вертикальной скважине анизотропия между горизонтальными напряжениями вызывает формирование дополнительных растянутых напряжений в около стволовой зоне. В данном описании термин «вертикальная скважина» означает скважины с углом отклонения от вертикали менее 30°. Разность горизонтальных напряжений в вертикальных скважинах создает зависимость давления начала разрыва от положения точки начала разрыва в стволе скважины.

Для дальнейшего описания этого процесса см. Фиг.1А и 1В, которые демонстрируют поперечный разрез скважины с различными напряжениями вокруг ствола скважины. На Фиг.1А давление начала разрыва является минимальным в случае, если перфорационный тоннель расположен по оси направления максимального напряжения или на плоскости, параллельной направлению максимального напряжения (т.е. максимальное напряжение = σ₁ на Фиг.1А и 1В). Угол (α) отклонения перфорационного тоннеля от направления максимального напряжения вызывает увеличение давления начала разрыва (ДНР), как показано на Фиг.1В.

Далее, на фиг.2 показаны зависимости давления начала в вертикальной скважине от угла между перфорационным тоннелем и направлением максимального горизонтального напряжения в числовом выражении. Величина расчетного увеличения давления начала разрыва, вызванного отклонением перфорационного тоннеля, хорошо согласуется с экспериментально измеренными значениями. Для целей проведения расчетов давление начала разрыва была использована модель, описанная в Cherny и др. «2D Modeling of Hydraulic Fracture Initiationata Wellbore Withor Without Microannulus» SPE 119352 (2009), который приводится здесь полностью в качестве справочного материала. Было смоделировано три околостволовых слоя: стальная колонна, цемент, порода. В расчетах принятая длина перфорационного тоннеля составила 0,5 метра. Эффект микрозазора не был принят в расчет, а проникновением жидкости в пласт пренебрегли. Свойства породы были следующими:

Модуль упругости = 20,7 ГПа

Минимальное горизонтальное напряжение = 69 МПа

Максимальное горизонтальное напряжение = 103,5 МПа, что соответствует напряжению коэффициента анизотропии, равному 1,5

Коэффициент поперечного сжатия (Паусона) = 0,27

Разрез принят следующий:

Внутренний радиус колонны = 4,9 см

Внешний радиус колонны = 5,6 см

Радиус ствола скважины = 7,8 см

Модуль упругости колонны = 200 ГПа

Модуль упругости цемента = 8,28 ГПа

Аналогично, в идеально горизонтальных скважинах (90 градусов) разность давлений начала разрыва от различно расположенных каналов перфорации создается разностью между давлением вышезалегающих пластов и комбинацией горизонтальных напряжений (σ_{горизонтальное мин}; σ_{горизонтальное макс}). Такая комбинация горизонтальных напряжений зависит от ориентации бокового сечения пласта и направлена к σ_{горизонтальное мин} и σ_{горизонтальное макс,} когда горизонтальный участок пробурен в направлении максимального и минимального напряжения соответственно. Обычно, в горизонтальных скважинах, давление вышезалегающих пластов или вертикальное напряжение является наибольшим (т.е. давление вышезалегающих пластов = σ₁ на Фиг.1А и 1В).

Инструменты и техники измерения напряжения анизотропии хорошо известны специалистам в данной области. Подходы и практики обсуждались, например, в OilfieldReview, октябрь 1994, стр. 37-47 “The Promise of Elastic Anisotropy”. Акустический каротаж в сочетании с другими видами каротажа может определить анизотропные виды породы (например, глубокие глины). Физики для этих целей используют тип анализа, основанный на явлении сжатия волн, которые движутся быстрее в направлении применимого напряжения. Для анизотропии есть два требования - расположение в предпочтительном направлении и шкала, меньшая, чем шкала измерения (здесь длина волны). Таким образом, акустическая анизотропия (гетерогенность породы) может быть измерена с помощью ультразвука (малая шкала), звуковой волны (средняя шкала) и сейсмики (крупная шкала).

В самых простых случаях два типа расположения (горизонтальный и вертикальный), могут быть рассмотрены как вызывающие анизотропию. В самом простом горизонтальном случае эластичные свойства меняются вертикально, а не от слоя к слою. Этот тип породы называется поперечно-изотропным с вертикальной осью симметрии (ПИВ). Альтернативный вариант с горизонтальной осью симметрии называется ПИГ. В обоих случая анизотропии ее можно определить ДБФИ - двухполюсным биполярным формирователем изображения акустических волн SonicIMager^TM - разработанным по технологии Шлюмберже Технолоджи Корп., Шугарледн, Техас. ДБФИ посылает полярные акустические импульсы попеременно из двух перпендикулярных передатчиков на ряд подобно ориентированных приемников и импульс распадается на полюса. На данной шкале измерения (приблизительно размер ствола скважины) наиболее характерное подтверждение ПИВ анизотропии исходит от разных скоростей продольных волн, измеренных в вертикальных и наклонных (или горизонтальных) скважинах. Та же техника применяется для обработки поперечных волн (каротаж представляет кривые медленного и быстрого импульсов). Полевые примеры использования информации о скорости (эластичной) анизотропии представлено в SPE 110098-MS (Калибровка механических свойств и создание локальных напряжений при помощи акустических радиальных профилей) и SPE 50993-РА (Прогнозирование азимутов природных и искусственных разрывов с помощью импульсно-волновой анизотропии).

В стволах направленных скважин эффект ориентации перфорации по отношению к давлению начала разрыва более сложен и зависит от анизотропии, относящейся к трем основным напряжениям. Прогнозирование давления начала разрыва в такой ситуации все еще основывается на расчете напряжения площади вокруг ствола скважины в зоне перфорации, а также требует знания ориентации ствола скважины в этой площади. Полный процесс начала разрыва в стволах направленных скважин при произвольных режимах напряжения представлена в работе Hossain и пр., SPE 54360 (1999), которая приведена здесь в качестве справочного материала. Патент США 4938286 раскрывает способ интенсификации путем ГРП через ствол горизонтальной скважины. Ствол горизонтальной скважины перфорируется по верхнему краю. Затем производится разрыв пласта через созданные отверстия перфорации с помощью жидкости разрыва, содержащей низкоплотностный проппант. Отверстия перфорации изолируются уплотнителем для перенаправления жидкости к следующему интервалу. Патент США 5360066 раскрывает способ контроля потока песка и прочих дисперсных материалов от ствола скважины. Этот процесс содержит несколько этапов: а. определение направления максимального горизонтального напряжения; и b. перфорацию ствола скважины с ориентацией в направлении максимального горизонтального напряжения. Патент США 5318123 раскрывает способ оптимизации ГРП скважины, который состоит из нескольких этапов: а. определение направления прохождения разрыва; b. перфорацию ствола скважины в направлении прохождения разрыва; с. закачку жидкости разрыва с целью направления указанных трещин в указанный пласт. Способы, раскрытые в указанных патентах, значительно отличаются от способов, предлагаемых в данном изобретении. Насколько известно автору, использование ориентации перфорации для последовательного разрыва между несколькими зонами вокруг ствола скважины еще не было раскрыто.

Разница углов перфорации в различных зонах необходима для обеспечения разности давлений начала разрыва в различных зонах и обеспечения индивидуального последовательного выполнения работ в каждой из зон. Способ определения угла перфорации с целью обеспечения желаемого давления начала разрыва обрабатываемого пласта может включать математическое моделирование, как описано в Cherny и пр. (SPE 119352) и Hossain и пр. (SPE 54360), как уже говорилось. Эмпирически полученные данные также могут быть использованы для определения угла перфорации, используемого при фактическом проведении работ. В таких случаях корреляция давления начала разрыва и угла перфорации может быть определена с помощью лабораторных тестов. Примеры таких эмпирических способов включают те, которые описаны у Behrmann пр. в работе «Effect of Perforations on Fracture Initiation», Journal of Petroleum Technology (Май 1991) и работе Abass пр. «Oriented Perforations - A Rock Mechanics View», SPE.28555 (1994), полное содержание каждой из которых включено в данный документ посредством ссылки. В некоторых случаях специальные знания об определенном пласте могут быть получены на основе опыта использования систем ориентации перфорации в пласте и могут предоставить достаточно информации для корреляции углов перфорации и желаемого давления начала разрыва для определенной зоны в том же или подобном пласте.

Как только основные напряжения вокруг ствола скважины определены для зоны, в которой будет проводиться обработка, система перфорации может быть конфигурирована так, чтобы обеспечить необходимую ориентацию пропускных каналов или параметры начала перфорации. Этого можно достичь с помощью использования техник ориентированной перфорации. Такие технологии позволяют проводить перфорацию ствола скважины в колонне под выбранными углами в направлении одного из основных напряжений. Известны различные способ ориентирования перфораторов. Ориентирование зарядов для перфорации в стволе может быть достигнуто при помощи механических роторных систем, применения устройств магнитной укладки (УМУ) или использования способов, в основе которых лежит гравитация. Подходящие инструменты могут включать перфораторы на трубах (ТСР), которые используют ориентировочные кольца, яссовые системы, механические инструменты для бурения и фрезеровки стенок колонны, лазерные системы ориентирования, и т.д. Неограниченные примеры ориентированных систем перфорации и способов выполнения включают те, которые приведены в патенте США № 6173773 и 6508307, патентных заявках США № US2009/0166035 и US2004/0144539, каждый из которых представлен здесь в качестве справочного материала. Пример коммерчески доступных систем ориентированной перфорации - это система перфорации OrientXact^TM, ШлюмбержеТекнолоджи Корп., Шугарленд, Техас, являющаяся системой ориентированной перфорации на трубах.

В настоящем изобретении система перфорации обеспечивает создание отверстий перфорации или пропускных каналов в околостволовой зоне. Такая система может обеспечить отверстия перфорации, которые проникают вглубь пласта на расстояние около 3 метров, 2 метров, 1 метра или менее. Перфорации в каждой зоне может использовать 0° или приблизительно 180° фазировки зарядов. Пучок отверстий перфорации может быть создан в каждой зоне и иметь примерно одинаковую ориентацию, а фазировка зарядов или ориентация отверстий перфорации может быть выполнена под углом перфорации с допуском ±5° по отношению отверстий друг к другу внутри одного пучка. Пропускной канал(-ы) или отверстие (-я) перфорации, которые ориентированы под углом, наиболее близким к направлению или плоскости, параллельной выбранному направлению основного или максимального напряжения, могут быть обозначены как «минимальный угол» этого пучка или зоны. В каждом пучке может быть от 1 до 500 отверстий перфорации, более точно от 10 до 20 отверстий. Длина каждого пучка перфорации может находиться в диапазоне от 0,1 до 200 метров, более точно от 0,5 до 5 метров. Расстояние между пучками может иметь диапазон от 5 до 500 метров, более точно от 10 до 150 метров. Конечно, расстояние, количество отверстий перфорации и т.д. зависит от индивидуальных характеристик каждой скважины и обрабатываемой зоны.

Разность углов пропускных каналов или отверстий перфорации в зависимости от обрабатываемой зоны типично варьируется как минимум от ± 5° до ±10° для каждой зоны. Минимальный угол каждой зоны может отличаться от минимального угла других зон на ±5° или более. Эта разница минимальных углов может также включать разницу минимальных углов различных зон, одна из которых имеет более высокое давление начала разрыва. В случае если минимальные углы разных зон отличаются поворотом минимального угла на 360°, это составляет разницу в 5° или более (т.е. минимальный угол +360°), даже если оба пропускных канала разных зон имеют приблизительно одинаковую ориентацию. В некоторых случаях разница между углами разных зон может варьироваться от ±15°, ±20°, ±25°, ±30° или более. Разница углов перфорации от зоны к зоне, однако, может зависеть от типа пласта и напряжений в пласте вокруг ствола скважины, что обеспечивает желаемую разницу давлений начала разрыва. Разность давлений начала разрыва, однако, будет зависеть от характеристик пласта так, что эти давления не обязательно будут вести к ограничению применимости изобретения. В некоторых случаях, если углы пропускных каналов в каждой зоне могут различаться или варьироваться внутри зоны, зона следующего наибольшего давления начала разрыва или зона следующего разрыва может иметь угол(-ы) пропускных каналов, соответствующие направлению или плоскости, параллельной направлению основного или максимального напряжения, по меньшей мере, на 5° меньше, чем, по меньшей мере, один пропускной канал зоны следующего наиболее низкого давления начала разрыва или зоны следующего разрыва.

Обычно, отверстия перфорации ориентированы так, чтобы зона перфорации наиболее низкого давления начала разрыва оказалась не в забойной или нижней части скважины, при этом оставшиеся зоны расположены по направлению к устьевой части ствола, так что обработка ствола идет от забоя к устью, снизу вверх по стволу скважины. Конечно, зоны перфорации могут быть расположены так, что зона наиболее низкого давления начала разрыва находится в устьевой или верхней части, а разрыв выполняется с устья к забою или сверху вниз по стволу скважины.

Для выполнения многопластового ГРП в соответствии с изобретением забойное давление во время обработки контролируется таким образом, чтобы поддерживать его ниже давления начала разрыва для каждой зоны последовательности. Это может быть достигнуто соотношением давлений начала разрыва, представленным Формулой (1) ниже:

ДНР₁<ДНР₂ <… <ДНР_N-1<ДНР_N (1)

где N представляет собой общее число зон, подлежащих обработке во время ГРП. В случае проведения обработки первой зоны давление начала разрыва ДНР₁ ниже, чем давление начала разрыва во всех остальных зонах, которые подлежат проведению ГРП. Закачка жидкости разрыва на давлениях и дебитах, так чтобы давление оставалось равным или большим, чем ДНР₁, но меньшим, чем давления начала разрыва для других зон (т.е. зона от 2 до N) ускоряет многоэтапный ГРП. Схожим образом проводится обработка второй зоны, подлежащей обработке, давление увеличивается до или более давления начала разрыва ДНР₂ второй зоны ГРП. Давление начала разрыва второй зоны меньше, чем давление начала разрыва оставшихся зон (т.е. зон от 3 до N). Давление начала разрыва последовательно увеличивается в каждой зоне до тех пор, пока все зоны не будут последовательно обработаны. В некоторых случаях, зоны обработки могут быть предварительно изолированы для увеличения давления начала разрыва при проведении ГРП следующей зоны. Различные изолирующие техники могут быть использованы и они хорошо известны специалистам в данной области. Они могут включать использование различных механических инструментов, шарики уплотнители, отклонители с твердыми частицами, изолирующие мосты, пропускные изолирующие мосты, песчаные мосты, волокна, дисперсные материалы, отклонители с вязкими жидкостями и вспенивателями и комбинация этих способов. В других случаях изоляция различных зон не проводится.

В некоторых случаях давление начала разрыва в некоторых или всех зонах может быть искусственно занижено перед ГРП зоны. Закачка кислоты или реакционно-способных химикатов для снижения давления начала разрыва может быть использована так, как описано в SPE 118348 и SPE 114172. Такие способы могут быть использованы эффективно даже в инертных пластах. Кислота (например, HCl) может быть особенно эффективна при освоении скважин, оконченных растворимым цементов, как это описано в SPE 103232 и SPE 114759.

Фиг.3 показывает горизонтальное сечение обсаженного ствола пробуренного в направлении максимального горизонтального напряжения в гомогенном пласте с постоянным градиентом разрыва. Первым этапом, несколько зон в скважине было перфорировано с использованием перфорационной ориентировочной технологии с примерным фазированием зарядов, равным 180° для каждой зоны. Угол α между отверстиями перфорации и вертикальным направлением или плоскостью, на которой лежит горизонтальное сечение ствола, варьируется от зоны к зоне, как показано на фигуре. В этом случае вертикальное направление представляет давление вышезалегающих пластов или максимальное основное напряжение вокруг ствола скважины. На горизонтальном сечении скважины, фиг.3, угол α₁ в забойной части скважины является минимальным, так что давление начала разрыва в данной зоне находится на низшем уровне. Угол α впоследствии постепенно увеличивается по направлению к устью скважины. Согласно фиг.1А и 1В давление начала разрыва, таким образом, постепенно увеличивается вдоль ствола скважины в зависимости от зоны перфорации.

Последующий ГРП горизонтальной части скважины на Фиг.3 выполняется поэтапно. Первым этапом является интенсификация забойной или самой отдаленной части ствола зоны минимального давления начала разрыва. Давление во время обработки поддерживается на уровне ниже, чем давление начала разрыва в следующей зоне. После интенсификации первая зона может быть изолирована с помощью шариков уплотнителей, наряду с непрерывной закачкой раствора. В результате происходит увеличение давления в стволе и происходит инициация разрыва в зоне, расположенной после обработанной зоны. Последующее повторение описанных шагов позволяет проводить выборочную обработку всех интервалов перфорации за один цикл обработки.

На фиг.4А-4С показаны примеры ориентаций перфорации при многопластовом ГРП в скважинах с искривлёнными траекториями в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Многопластовые зоны могут быть расположены в длинном интервале одного продуктивного слоя. Перфорация интерва