[发明专利]在地下多孔岩层中使用两口相邻井的目标定向断裂布置

说明书

技术领域

本发明涉及不管这两口井的连通是否被定向垂直于原位最小应力，在钻有这两口井的地下多孔岩层中，引发连通两口井的目标定向断裂的方法。

背景技术

许多地球工程应用是在地下多孔岩层中钻成井，需要创建一个连通两口相邻井的一个断裂。该断裂一般与最小阻力垂直，即垂直于原始原位最小应力(Smin)。因此，正常地，钻这两口井需要使得连通它们的线垂直对准Smin。否则如果这两口钻井实质上地偏离优选位置，可能就不会形成一个连通这两口井的断裂。

在加拿大和世界的许多地方，发现了很难开采的重、粘形式的石油化工产品如沥青。加拿大，委内瑞拉和加利福尼亚州的饱和沥青的油砂储层正是这样地下岩层一些例子。在这些岩层中，是不可能简单地钻井并抽出油的。而是对这些储层进行加热或其他好的促进方式以降低粘度和促进开采。

激发油砂储层的两个最常用的成熟的商业方法是(a)蒸汽吞吐(CSS)和(b)蒸汽辅助重力泄油技术(SAGD)。在这两种情况下，蒸汽被注入储层以加热沥青。这些工艺的一些变化可能涉及注入溶剂以帮助粘度降低或用电加热代替蒸汽的作用。

该储层的初始注入率(即单位时间可以被注入的激发剂的体积)一般较低。需要该储层的断裂为激发剂行程提供通道并且使其进入该储层。断裂不仅增加了该注入率，而且增加了该激发剂在该储层中的接触面积。例如，在CCS中，为了形成该断裂，该注入压力高于该储层的断裂压力。为了更有效地在目标位置布置激发剂，需要能够控制储层中断裂的方向、深度和长度、广度和/或时间，所有这些有助于使石油开采最大化。

在该SAGD工艺中，生产开始前，必须建立该SAGD井对之间的连通以使沥青可以向下流至生产井。蒸汽通常独立地循环穿过所述两口井间直到井间区域被加热到以及沥青粘度充分地降低到能够流向生产井，并且建立连通。这个工艺通常花费6个月完成。这样的非生产期浪费了蒸汽和人力，占用了用于建造基础设施的资金。如果这些SAGD井可以被水力断裂，形成连通这两个SAGD井的一个高流动性通道，井间连通可以更早地发生并且更强。

水力压裂技术作为用于一种烃类资源开采的激发方法已经实行了很长一段时间。这种方法通常在一个高压下将液体注入到在要激发目标岩层中的钻井中。该高压从该注入井发起一个断裂并且将断裂传播足够的距离以进入该岩层中。之后，在该断裂形成后，从表面对该断裂充填注入的支撑剂。类似的方法可应用于垂直和水平井中以及任何倾角的井中。然而，水力压裂的现有技术是有局限的。

在水力压裂中，历史上没有对该形成断裂的定位进行积极主动控制。该断裂通常紧靠垂直于最小阻力的平面，即垂直于原始原位最小应力(Smin)，在很多情况下，可能没有在这个最优方向上钻SAGD井。例如，被钻的这些SAGD井的方位角可能会受到该油砂资源的沉积通道的控制。之后该井对趋向追随可能与该Smin方向不一致的通道方向。如果在该最小应力Smin方向或者实质上地向Smin倾斜的方向上钻一口水平井，在垂直于或实质上垂直于该水平井的垂直截面上，通过传统的水力压裂形成的断裂可以是离散的。例如，垂直于这些SAGD井的离散断裂不利于该井对之间的均匀连通。

在控制断裂定向上已经做了一些工作，包括在垂直于该原始原位最大应力(Smax)的平面中选择性布置水力驱动的断裂。然而，在过去的这些做法通常地需要一个牺牲井，该牺牲井首先沿着垂直于Smin的方向形成断裂，即，该原始原位应力条件标识出形成于这个牺牲井上的断裂。例如，Closmann(1971)在美国专利USPatent3,613,785中讲授通过从第二井垂直压裂岩层以从第一井创建一个水平断裂，然后将热流体注入该岩层中。

通过加热该垂直断裂改变了该原始原位应力，从而使得这些垂直应力变得比水平应力小，从而有利于形成一个水平的断裂。这种方法需要形成一个第一牺牲垂直断裂并且需要使用成本高的蒸汽加热该岩层。

Braunlich和Bishop(1971)在美国专利USPatent3,709,295中通过采用至少三口井和一个天然断裂系统控制水力断裂的方向。这种方法仅仅适用于已经存在有断裂的岩层中。

Shuck(1975)在美国专利USPatent4,005,750中讲授先通过水力压裂另一口井以调节岩层，在第一口井的最小原位应力的方向创建一个定向断裂，此外，在形成目标断裂前需要附加井和牺牲断裂。