Способ определения величины максимального горизонтального напряжения нефтегазового пласта

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано для определения величины максимального горизонтального напряжения в продуктивных пластах нефтегазовых месторождений для выбора оптимальной технологии бурения и эксплуатации скважин. Способ включает проведение высокоскоростного малообъемного гидравлического разрыва пласта, при этом используют две соседние вертикальные скважины, в одной из которых производят направленную перфорацию и последующий высокоскоростной малообъемный гидравлический разрыв пласта в направлении минимального горизонтального напряжения с определением давления разрыва, в другой скважине производят направленную перфорацию и последующий высокоскоростной малообъемный гидравлический разрыв пласта в направлении максимального горизонтального напряжения с определением давления разрыва и давления закрытия незакрепленной трещины, которое равно минимальному горизонтальному напряжению, после чего по данным параметрам рассчитывают величину максимального горизонтального напряжения. Способ позволяет применять стандартное оборудование для проведения операции гидроразрыва пласта, не требует проведения дополнительных исследований для определения параметров гидроразрыва пласта, в расчетах используют параметры, которые измеряют в ходе проведения соответствующих промысловых испытаний. При этом значительно снижается ограничение по глубине скважины, что расширяет функциональные возможности способа.

 

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано для определения величины максимального горизонтального напряжения в продуктивных пластах нефтегазовых месторождений.

Известен способ определения максимального горизонтального напряжения в горных породах, согласно которому по данным сейсмогеофизических исследований строят структурную карту залежи и определяют большую и малую оси месторождения, а по результатам изучения кернового материала, отобранного при бурении опорных скважин, находят минимальное горизонтальное напряжение горных пород. Максимальное горизонтальное напряжение определяют, исходя из его зависимости от соотношения величин большой и малой осей месторождения и величины минимального горизонтального напряжения (Заявка на изобретение RU 94025104, МПК Е21С 39/00, опубликовано 10.06.1996 г.).

Недостаток данного способа состоит в том, что он основан на косвенных измерениях, а точность определения большой и малой осей зависит от полноты охвата залежи сейсмогеофизическими исследованиями и качества построения структурной карты.

Также известен способ определения величины горизонтальных напряжений нефтегазового пласта по прямому замеру деформаций в пробуренных скважинах с использованием специального оборудования (Sjoberg J., Christiansson R., Hudson J.A. ISRM suggested methods for rock stress estimation - part 2: overcoring methods // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. - 2003. - T. 40. - №7. - C. 999-1010).

Недостатки способа заключаются в больших затратах по времени, а также в необходимости использования специального оборудования.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ определения величины максимального горизонтального напряжения нефтегазового пласта в результате проведения микроразрыва низкопроницаемого пласта в необсаженном стволе вертикальной скважины с определением давления разрыва и давления закрытия незакрепленной трещины. Под микроразрывом авторы подразумевают высокоскоростной малообъемный гидравлический разрыв пласта (ГРП).

Максимальное горизонтальное напряжение σmax рассчитывается по формуле:

σmax=3σmin-Pƒrac-αPe+T0,

где Pƒrac - давление на забое в момент разрыва породы, α - коэффициент пороупругости, T0 - предел прочности породы на разрыв, Ре - пластовое давление, σmin - минимальное горизонтальное напряжение (Amadei В., Stephansson О. Rock stress and its measurement. - Springer Science & Business Media, 1997, P. 147-148).

Данный способ обладает рядом недостатков. Для определения величины максимального горизонтального напряжения необходимо определить величины α, T0, Pе из результатов дополнительных исследований. Область применения данного подхода ограничена глубиной до 2 км (Zoback М.D. Reservoir geomechanics. - Cambridge University Press, 2010, P. 220-221).

Задачей заявленного изобретения является создание способа определения величины максимального горизонтального напряжения нефтегазового пласта с использованием параметров, замеряемых непосредственно в ходе проведения высокосокоростного малообъемного гидравлического разрыва пласта, без проведения предварительных исследований по определению дополнительных параметров пласта. Техническим результатом изобретения является снижение ограничений по глубине залегания пласта, в котором определяют максимальное горизонтальное напряжение.

Поставленная задача решается способом определения величины максимального горизонтального напряжения нефтегазового пласта, включающим проведение высокоскоростного малообъемного гидравлического разрыва пласта и определение давления разрыва пласта и давления закрытия незакрепленной трещины, в котором в отличие от прототипа используют две соседние вертикальные скважины, при этом перед проведением гидравлического разрыва пласта в каждой скважине производят направленную перфорацию, причем в одной из них перфорацию производят в направлении минимального горизонтального напряжения и в процессе разрыва определяют давление разрыва, а в другой скважине перфорацию производят в направлении максимального горизонтального напряжения и в процессе разрыва определяют давление разрыва и давление закрытия незакрепленной трещины, после чего по данным параметрам рассчитывают величину максимального горизонтального напряжения по формуле:

σmin=Pсм2, где

σmax - максимальное горизонтальное напряжение;

σmin - минимальное горизонтальное напряжение;

- давление высокоскоростного малообъемного гидравлического разрыва пласта в направлении минимального горизонтального напряжения;

- давление высокоскоростного малообъемного гидравлического разрыва пласта в направлении максимального горизонтального напряжения;

Pсм2 - давление закрытия незакрепленной трещины при проведении высокоскоростного малообъемного гидравлического разрыва пласта в направлении максимального горизонтального напряжения.

Формула получена из решений задач о распределении напряжений в неограниченном пласте, подвергаемом равномерному растяжению (монография - Nolte K.G. et al. Reservoir stimulation. - New York: Wiley, 2000, P. 3.26-3.27).

При этом при определении величины максимального горизонтального напряжения по приведенной формуле учитывается известное положение, что минимальное горизонтального напряжение σmin равно - давлению закрытия незакрепленной трещины при проведении высокоскоростного малообъемного гидравлического разрыва пласта в направлении максимального горизонтального напряжение (Zoback М.D. Reservoir geomechanics. - Cambridge University Press, 2010, P. 208-219).

Предложенный способ реализуют следующим образом.

1. Производят выбор двух соседних вертикальных скважин, на которых не проводили операции гидравлического разрыва пласта (ГРП). Для повышения точности расчетов обеспечивают интервалы перфорации на одинаковой абсолютной высоте. В случае проведения перфорации на неодинаковой абсолютной высоте при определении величин напряжений необходимо вводить соответствующие поправки.

2. На одной из скважин производят направленную перфорацию и последующий высокоскоростной малообъемный ГРП в направлении минимального горизонтального напряжения.

Направления максимального и минимального горизонтального напряжения можно определить любым известным способом, например, из кривых ориентируемого многорычажного каверномера, изображения стенок скважин, обработки данных акустического широкополосного каротажа (АКШ) в наклонно-направленной скважине с ГРП и т.д. На момент реализации способа данные о направлениях максимального и минимального горизонтального напряжений известны из обобщения данных по определению максимального и минимального горизонтального напряжений на конкретных пластах исследуемого месторождения.

3. На основании показаний устьевого или забойного датчика давлений определяют давление высокоскоростного малообъемного ГРП в направлении минимального горизонтального напряжения .

4. На второй скважине производят направленную перфорацию и последующий высокоскоростной малообъемный ГРП в направлении максимального горизонтального напряжения.

5. На основании показаний устьевого или забойного датчика давлений определяется давление высокоскоростного малообъемного ГРП в направлении максимального горизонтального напряжения , а также давление закрытия незакрепленной трещины Рсм2.

6. По определенным параметрам рассчитывают величину максимального горизонтального напряжения σmax по формуле, которая является решением уравнений теории упругости:

При этом принимают во внимание, что

Этапы 2-3 и 4-5 могут быть расположены в иной последовательности.

Технический результат изобретения достигается благодаря следующему.

При реализации предложенного способа применяют стандартное оборудование для проведения операции ГРП и направленной перфорации, в отличие от прототипа не требуется привлечение дополнительных исследований для определения параметров, в расчетах используют параметры, которые измеряют в ходе проведения операций ГРП. Для проведения высокоскоростного малообъемного ГРП требуется меньше давления по сравнению со способом проведения высокоскоростного малообъемного ГРП в необсаженном стволе скважине, описанным в прототипе. Значительно снижается ограничение по глубине, которое есть в случае проведения высокоскоростного малообъемного ГРП в необсаженном стволе скважины.

Для сравнения приведены следующие расчеты. Для способа, описанного в прототипе, давление на забое в момент разрыва породы составляет Pƒrac=3σminmax-αPe+T0, в предлагаемом способе давление разрыва в направлении минимального горизонтального напряжения составляет:

,

где давление вышележащих пород (горное давление) (см., например, монография Nolte K.G. et al. Reservoir stimulation. - New York: Wiley, 2000, P. 3.26-3.27).

Разность приблизительно составляет разницу давления вышележащих пород и максимального горизонтального напряжения. Следовательно, для способа, описанного в прототипе, с увеличением глубины проведения операции высокоскоростного малообъемного ГРП требуется больше давления разрыва по сравнению с предлагаемым способом.

Пример:

1. На скважине А направление минимального горизонтального напряжения известно по данным акустического широкополосного каротажа ближайших наклонно-направленных скважин с гидравлическим разрывом пласта (ГРП) и произведена направленная перфорация на глубине 2500 м и последующий высокоскоростной малообъемный гидравлический разрыв пласта в направлении минимального горизонтального напряжения.

2. На основании показаний забойного датчика определено давление высокоскоростного малообъемного ГРП равное 30 МПа.

3. На скважине Б произведена направленная перфорация на глубине 2500 м и последующий высокоскоростной малообъемный ГРП в направлении максимального горизонтального напряжения, которое также известно по данным акустического широкополосного каротажа.

4. На основании показаний забойного датчика определено давление разрыва пласта равное 26 МПа, а также давление закрытия незакрепленной трещины Рсм2, равное 12 МПа.

5. Рассчитанная величина максимального горизонтального напряжения σmax составила 13,3 МПа.

Таким образом, предложенное изобретение позволяет без дополнительных исследований по определению параметров пласта посредством замера параметров ГРП определять величину максимального горизонтального напряжения нефтегазового пласта на любой глубине залегания.

Способ определения величины максимального горизонтального напряжения нефтегазового пласта, включающий проведение высокоскоростного малообъемного гидравлического разрыва пласта и определение давления разрыва пласта и давления закрытия незакрепленной трещины, отличающийся тем, что используют две соседние вертикальные скважины, в которых перед проведением гидравлического разрыва пласта производят направленную перфорацию, причем в одной из них перфорацию производят в направлении минимального горизонтального напряжения и в процессе разрыва определяют давление разрыва, а в другой скважине перфорацию производят в направлении максимального горизонтального напряжения и в процессе разрыва определяют давление разрыва и давление закрытия незакрепленной трещины, после чего по данным параметрам рассчитывают величину максимального горизонтального напряжения по формуле:

σminсм2, где

σmax - максимальное горизонтальное напряжение;

σmin - минимальное горизонтальное напряжение;

- давление высокоскоростного малообъемного гидравлического разрыва пласта в направлении минимального горизонтального напряжения;

- давление высокоскоростного малообъемного гидравлического разрыва пласта в направлении максимального горизонтального напряжения;

Рсм2 - давление закрытия незакрепленной трещины при проведении высокоскоростного малообъемного гидравлического разрыва пласта в направлении максимального горизонтального напряжения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области сейсмологии и может быть использовано для оценки погрешности при определении координат эпицентров землетрясений. Сущность: строят карту распределения эпицентров землетрясений на территории исследуемого региона.
Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для измерения структуры ГАП, зависимостей ГАП от угла в пространстве и от расстояния до подводных объектов.

Изобретение относится к области геофизического моделирования и может быть использовано для выделения ловушек углеводородов в сложно построенных средах, содержащих акустически контрастные геологические объекты.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении морских сейсморазведочных работ. Согласно заявленному решению морские сейсмические вибраторы активируются, образуя источник градиента волнового поля для исследования целевой структуры.

Изобретение относится к области сейсмологии и может быть использовано для реконструкции динамических процессов в земной коре. Сущность: задают пространственные границы исследуемой области и временной интервал.

Изобретение относится к области сейсмологии и может быть использовано для определения цепочек землетрясений в эпицентральном поле сейсмичности. Сущность: по экспериментальным материалам разнесенных на поверхности сейсмических станций строят карту эпицентров землетрясений исследуемой территории.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при разработке нефтяной малоразведанной залежи. Технический результат – повышение эффективности разработки залежи.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для оценки подземных углеводородных пластов. Заявлен сейсмоприемник с системой гашения собственных колебаний, который в некоторых вариантах реализации изобретения содержит корпус, содержащий проводящую катушку и одну или несколько пружин.

Изобретение относится к области геологии и может быть использовано при поисках месторождений углеводородов на шельфе. Согласно предложенному методу поиска месторождений углеводородов в акваториях для идентификации аномалий, обнаруженных по данным сейсморазведки и электроразведки, дополнительно на профиле устанавливают донные станции с ионоселективными электродами, избирательно реагирующими на ионы тяжелых металлов (Сu, Рb и Cd), аномалии которых при отсутствии мешающих ионов (Ag и Hg) свидетельствуют о связи с залежью углеводородов и индицируют аномалии повышенного частотного поглощения сейсмических волн в сейсмических структурах и пониженной проводимости и/или поляризуемости, пространственно коррелирующиеся с аномалиями ионов тяжелых металлов и не теряющие эту корреляцию в течение определенных периодов суточного мониторинга.
Изобретение относится к области геологии и может быть использовано для разведки месторождений углеводородов в шельфовой зоне. Заявлен способ комплексной системы поиска и разведки месторождений углеводородов сейсмическими и электромагнитными методами в шельфовой зоне, который осуществляется с использованием донных сейсмических станций, обеспечивающих измерение по 4 каналам (3 геофона: Χ, Y, Z, и 1 гидрофон) и регистрацию всех типов волн, устанавливаемых на дне вдоль профиля наблюдения с помощью высокопрочной веревки с отрицательной плавучестью, на которой установлены узлы крепления станции.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при обработке сейсмических данных. Предложен способ одновременного обращения сейсмических данных полного волнового поля для многочисленных классов параметров физических свойств (например, скорости и анизотропии), включающий в себя вычисление градиента, то есть направления поиска, целевой функции для каждого класса параметров.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для определения трещинной пористости горных пород. Способ определения трещинной пористости горных пород включает в себя экспериментальное определение скорости (Vp) распространения упругой продольной волны каждого образца в термобарических условиях, превышающих пластовые на 10-15%, общую пористость (Кп.общ.) каждого образца в термобарических условиях, превышающих пластовые на 10-15%.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для осуществления мониторинга состояния геологической среды при разработке шельфовых и глубоководных месторождений полезных ископаемых, для локализации крупных неоднородных образований, таких как различного рода заиленные объекты, вулканические структуры в морском дне и т.п.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для картирования границ субвертикальных протяженных объектов. Заявлен способ определения границ субвертикальных протяженных объектов в геологической среде, согласно которому на исследуемом участке устанавливают в каждой точке измерений i два горизонтальных с идентичными амплитудно-частотными характеристиками (АЧХ) сейсмометров X и Y, оси чувствительности которых взаимно ортогональны.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для идентификации областей высокой тепловой энергии под поверхностью Земли. Раскрыт способ определения температуры в подземной области.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для идентификации областей высокой тепловой энергии под поверхностью Земли. Раскрыт способ определения температуры в подземной области.

Изобретение относится к области сейсмических исследований и может быть использовано при поиске залежей углеводородов. Способ поиска и разведки залежей углеводородов по первому варианту заключается в том, что трехкомпонентные сейсмические приемники размещают на расстоянии от 100 метров до 10000 метров друг относительно друга, регистрируют и записывают информационные сигналы с по меньшей мере двух трехкомпонентных сейсмических приемников низкочастотного диапазона с синхронным снятием информационных сигналов с трех каналов по трем компонентам (x, y, z) в диапазоне частот от 0 Гц до 50 Гц.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при поиске углеводородов в водном пространстве. Описан способ обнаружения углеводородов.

Настоящее изобретение относится к способу обработки первого сейсмического сигнала. Способ включает идентификацию одного сегмента второго сейсмического сигнала и определение длины сейсмического импульса.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при обработке сейсмических данных. Представлено описание способа определения пути движения подземного флюида через геологический объем.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть применено для разработки чисто нефтяных залежей с низкой проницаемостью нефтяной породы. Способ включает бурение горизонтальных добывающих скважин по рядной схеме размещения и заканчивание их с применением многостадийного гидроразрыва пласта МСГРП, создание системы поддержания пластового давления ППД методом заводнения.

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано для определения величины максимального горизонтального напряжения в продуктивных пластах нефтегазовых месторождений для выбора оптимальной технологии бурения и эксплуатации скважин. Способ включает проведение высокоскоростного малообъемного гидравлического разрыва пласта, при этом используют две соседние вертикальные скважины, в одной из которых производят направленную перфорацию и последующий высокоскоростной малообъемный гидравлический разрыв пласта в направлении минимального горизонтального напряжения с определением давления разрыва, в другой скважине производят направленную перфорацию и последующий высокоскоростной малообъемный гидравлический разрыв пласта в направлении максимального горизонтального напряжения с определением давления разрыва и давления закрытия незакрепленной трещины, которое равно минимальному горизонтальному напряжению, после чего по данным параметрам рассчитывают величину максимального горизонтального напряжения. Способ позволяет применять стандартное оборудование для проведения операции гидроразрыва пласта, не требует проведения дополнительных исследований для определения параметров гидроразрыва пласта, в расчетах используют параметры, которые измеряют в ходе проведения соответствующих промысловых испытаний. При этом значительно снижается ограничение по глубине скважины, что расширяет функциональные возможности способа.

Наверх