Файл: В настоящее время грп широко применяется в ооо рнюганскнефтегаз как в низкопроницаемых, так и в высокопроницаемых пластахколлекторах.doc

Образование трещин гидроразрыва и направление их развития

По мере заполнения скважины жидкостью и создания на поверхности давления, давление жидкости в порах породы возрастает и действует равномерно во всех направлениях.

При повышении давления жидкости до момента, когда разрывающая сила жидкости, действующая на породу, превысит силы сцепления этой породы, скала расколется и произойдет разрыв. Трещины могут быть горизонтальными, вертикальными и наклонными. Пространственная ориентация трещины определяется напряженным состоянием горных пород в зоне скважины и изменениями обусловленными распределением напряжений.

Напряжения формируются главным образом под действием гравитационных сил.
Разрыв в плоскости разрушения
Состояние пород характеризуется формулой:

1 = gH,

2 = 3 = gH,

где g – удельный вес породы,

• 
  - коэффициент бокового распора, определяется через коэффициент Пуассона 
  
• 
  = 
  

Для песчаников и известняков коэффициент бокового распора составляет 0,25-0,4 , для глин около 1.

Принято считать, что на глубине свыше 300м вертикальное напряжение гораздо выше двух других составляющих. Поэтому трещина всегда должна быть вертикальной, в силу того, что образование трещины происходит в направлении перпендикулярном наименьшей из нагрузок.







Реальная картина несколько сложней. В зависимости от местных особенностей и строения пластов (микротрещины, наличие псевдопластических характеристик пород, разгрузка продуктивного пласта в зоне скважины и т.д.) при ГРП могут возникать как горизонтальные так и вертикальные трещины. В случае образования вертикальных трещин азимут трещины определяется амплитудой двух минимальных горизонтальных напряжений.

---

Ограничение трещины по высоте и ее геометрия тесно связаны со свойствами породы пласта, напряженным состоянием пород, изломостойкостью породы и плотностными свойствами проппанта.
Е сли образующаяся при гидроразрыве трещина приближается к поверхности раздела слоев, и породы ограничивающих горизонтов обладают более высокими прочностными характеристиками, чем обрабатываемый пласт, то теоретически рост трещины по вертикали будет приостановлен (если поверхность раздела не пересекают ранее образовавшиеся трещины). Примером этого может служить пласт песчаника с выше и нижезалегающими глинистыми пропластками, работающими как перемычки. Минимальное напряжение у песчаников ниже, значит дальнейший рост трещины будет сдерживаться.






Перемычки


Рост трещины по высоте – функция реологии жидкости, объемной скорости закачки, давления, создаваемого в трещине и проявление сдерживания механизмов развития трещины в вертикальном направлении. Первые три фактора – регулируемые параметры обработки, а последний определяется механикой горных пород, в том числе поведением пласта и трещины. Определены следующие механизмы сдерживания трещин по высоте:

• 
  различие напряжений в обрабатываемом и смежном с ним пластах;
  
• 
  различие упругих свойств обрабатываемого и смежных с ним пластов.
  

Прочность обрабатываемого и смежных с ним пластов измеряется коэффициентом интенсивности напряжения, который зависит от геометрии трещины, свойств жидкости разрыва, объемной скорости закачки и давления обработки при гидроразрыве пласта. Этот показатель определяет распространение трещины в вертикальном и горизонтальном направлениях. Коэффициент интенсивности напряжения снижается, когда трещина достигает высокопластичного или малопроницаемого пласта. Если отсутствуют барьеры, ограничивающие распространение трещины по вертикали (контраст напряжений не достаточно высок), то возможно образование неограниченной трещины, имеющей радиальную форму

---

Перемычка


• Контраст напряжений недостаточен:

трещина развивается радиально

•Диаметр = высота= полудлина.

•Центр у скважины.

•Давление закачки увеличивается или почти
стабилизируется.


Одним из наиболее важных факторов ограничения трещины по вертикали является сопротивление течению в узких зонах у верхнего и нижнего краев трещины. Расклинивающий агент с высокой концентрацией отлагается в узких зонах в верхней и нижней частях трещины и снижает проводимость и проницаемость этих участков. Жидкость, которая течет в широком центральном канале, может не проникать ни в верхний, ни в нижний забитые расклинивающим материалом узкие края трещины. Это способствует формированию верхнего и нижнего барьеров, которые исключат дальнейшее развитие трещины в вертикальном направлении.



Благодаря воздействию вышеуказанных факторов, ограничивающих вертикальное развитие трещины, при поддержании правильного расхода жидкости можно получить высокопроводимую трещину желаемой длины.

---

Давление гидроразрыва

Давление гидроразрыва пласта определяется из условия, что гидродинамический напор на забое скважины должен преодолеть давление вышележащей толщи пород (геостатическое давлени ) и предел прочности продуктивной породы на разрыв, т.е.

р_с = q + _р ,

где р_с – забойное давление разрыва пласта ,

q – горное давление ,

_р – прочность породы обрабатываемого пласта на разрыв .

Давление нагнетания на устье скважины вычисляется по формуле :

р _уд = q + _р +р _тр - р _{пл ,}

где р _уд – устьевое давление разрыва ,

р _тр – потери давления в трубах и в зоне перфорации,

р _пл – пластовое давление .
Создаваемое избыточное давление должно обеспечивать осуществление трех этапов роста трещины:

• 
  увеличение трещины до достижения барьеров
  
• 
  рост трещины в длину в рамках барьеров, ограничивающих вертикальный рост
  
• 
  р
  
  ост трещины по высоте , когда давление достигает предела разрыва.
  

---

---