[發(fā)明專利]在地下多孔巖層中使用兩口相鄰井的目標(biāo)定向斷裂布置

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310352397.6
• 申請(qǐng)日: 2013-08-14
• 公開（公告）號(hào): CN104373099A
• 公開（公告）日: 2015-02-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁彥光
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 微能地質(zhì)科學(xué)工程技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): E21B43/26
• 分類號(hào): E21B43/26;E21B43/16
• 代理公司: 北京中恒高博知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11249
• 代理人: 夏晏平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及不管這兩口井的連通是否被定向垂直于原位最小應(yīng)力，在鉆有這兩口井的地下多孔巖層中，引發(fā)連通兩口井的目標(biāo)定向斷裂的方法。

背景技術(shù)

許多地球工程應(yīng)用是在地下多孔巖層中鉆成井，需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)連通兩口相鄰井的一個(gè)斷裂。該斷裂一般與最小阻力垂直，即垂直于原始原位最小應(yīng)力(Smin)。因此，正常地，鉆這兩口井需要使得連通它們的線垂直對(duì)準(zhǔn)Smin。否則如果這兩口鉆井實(shí)質(zhì)上地偏離優(yōu)選位置，可能就不會(huì)形成一個(gè)連通這兩口井的斷裂。

在加拿大和世界的許多地方，發(fā)現(xiàn)了很難開采的重、粘形式的石油化工產(chǎn)品如瀝青。加拿大，委內(nèi)瑞拉和加利福尼亞州的飽和瀝青的油砂儲(chǔ)層正是這樣地下巖層一些例子。在這些巖層中，是不可能簡單地鉆井并抽出油的。而是對(duì)這些儲(chǔ)層進(jìn)行加熱或其他好的促進(jìn)方式以降低粘度和促進(jìn)開采。

激發(fā)油砂儲(chǔ)層的兩個(gè)最常用的成熟的商業(yè)方法是(a)蒸汽吞吐(CSS)和(b)蒸汽輔助重力泄油技術(shù)(SAGD)。在這兩種情況下，蒸汽被注入儲(chǔ)層以加熱瀝青。這些工藝的一些變化可能涉及注入溶劑以幫助粘度降低或用電加熱代替蒸汽的作用。

該儲(chǔ)層的初始注入率(即單位時(shí)間可以被注入的激發(fā)劑的體積)一般較低。需要該儲(chǔ)層的斷裂為激發(fā)劑行程提供通道并且使其進(jìn)入該儲(chǔ)層。斷裂不僅增加了該注入率，而且增加了該激發(fā)劑在該儲(chǔ)層中的接觸面積。例如，在CCS中，為了形成該斷裂，該注入壓力高于該儲(chǔ)層的斷裂壓力。為了更有效地在目標(biāo)位置布置激發(fā)劑，需要能夠控制儲(chǔ)層中斷裂的方向、深度和長度、廣度和/或時(shí)間，所有這些有助于使石油開采最大化。

在該SAGD工藝中，生產(chǎn)開始前，必須建立該SAGD井對(duì)之間的連通以使瀝青可以向下流至生產(chǎn)井。蒸汽通常獨(dú)立地循環(huán)穿過所述兩口井間直到井間區(qū)域被加熱到以及瀝青粘度充分地降低到能夠流向生產(chǎn)井，并且建立連通。這個(gè)工藝通常花費(fèi)6個(gè)月完成。這樣的非生產(chǎn)期浪費(fèi)了蒸汽和人力，占用了用于建造基礎(chǔ)設(shè)施的資金。如果這些SAGD井可以被水力斷裂，形成連通這兩個(gè)SAGD井的一個(gè)高流動(dòng)性通道，井間連通可以更早地發(fā)生并且更強(qiáng)。

水力壓裂技術(shù)作為用于一種烴類資源開采的激發(fā)方法已經(jīng)實(shí)行了很長一段時(shí)間。這種方法通常在一個(gè)高壓下將液體注入到在要激發(fā)目標(biāo)巖層中的鉆井中。該高壓從該注入井發(fā)起一個(gè)斷裂并且將斷裂傳播足夠的距離以進(jìn)入該巖層中。之后，在該斷裂形成后，從表面對(duì)該斷裂充填注入的支撐劑。類似的方法可應(yīng)用于垂直和水平井中以及任何傾角的井中。然而，水力壓裂的現(xiàn)有技術(shù)是有局限的。

在水力壓裂中，歷史上沒有對(duì)該形成斷裂的定位進(jìn)行積極主動(dòng)控制。該斷裂通常緊靠垂直于最小阻力的平面，即垂直于原始原位最小應(yīng)力(Smin)，在很多情況下，可能沒有在這個(gè)最優(yōu)方向上鉆SAGD井。例如，被鉆的這些SAGD井的方位角可能會(huì)受到該油砂資源的沉積通道的控制。之后該井對(duì)趨向追隨可能與該Smin方向不一致的通道方向。如果在該最小應(yīng)力Smin方向或者實(shí)質(zhì)上地向Smin傾斜的方向上鉆一口水平井，在垂直于或?qū)嵸|(zhì)上垂直于該水平井的垂直截面上，通過傳統(tǒng)的水力壓裂形成的斷裂可以是離散的。例如，垂直于這些SAGD井的離散斷裂不利于該井對(duì)之間的均勻連通。

在控制斷裂定向上已經(jīng)做了一些工作，包括在垂直于該原始原位最大應(yīng)力(Smax)的平面中選擇性布置水力驅(qū)動(dòng)的斷裂。然而，在過去的這些做法通常地需要一個(gè)犧牲井，該犧牲井首先沿著垂直于Smin的方向形成斷裂，即，該原始原位應(yīng)力條件標(biāo)識(shí)出形成于這個(gè)犧牲井上的斷裂。例如，Closmann(1971)在美國專利USPatent3,613,785中講授通過從第二井垂直壓裂巖層以從第一井創(chuàng)建一個(gè)水平斷裂，然后將熱流體注入該巖層中。

通過加熱該垂直斷裂改變了該原始原位應(yīng)力，從而使得這些垂直應(yīng)力變得比水平應(yīng)力小，從而有利于形成一個(gè)水平的斷裂。這種方法需要形成一個(gè)第一犧牲垂直斷裂并且需要使用成本高的蒸汽加熱該巖層。

Braunlich和Bishop(1971)在美國專利USPatent3,709,295中通過采用至少三口井和一個(gè)天然斷裂系統(tǒng)控制水力斷裂的方向。這種方法僅僅適用于已經(jīng)存在有斷裂的巖層中。

Shuck(1975)在美國專利USPatent4,005,750中講授先通過水力壓裂另一口井以調(diào)節(jié)巖層，在第一口井的最小原位應(yīng)力的方向創(chuàng)建一個(gè)定向斷裂，此外，在形成目標(biāo)斷裂前需要附加井和犧牲斷裂。