Файл: Применяемые технологии гидравлического разрыва пласта 4 Глава Основы механики гидроразрыва пласта 15.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 30.11.2023
Просмотров: 80
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 3
Глава 1. Применяемые технологии гидравлического разрыва пласта 4
Глава 2. Основы механики гидроразрыва пласта 15
Глава 3. Оборудование и специальная техника для гидроразрыва пласта 20
3.1. Подземное оборудование скважины для гидроразрыва 21
3.2. Наземное оборудование 25
3.3. Спецтехника для ГРП 26
Заключение 29
Список литературы 32
Введение
В мировой практике нефтегазодобычи гидроразрыв пласта занимает видное место среди методов интенсификации притока нефти и газа. В США (С. Голдих и др., 1989) до 1988 г. проведено более 1 млн гидроразрывов (1500 ГРП/мес). Сфера их применения расширилась так, что около 40 % скважин после бурения подлежат ГРП и свыше 30 % запасов стало экономически выгодно разрабатывать с их применением. Благодаря ГРП обеспечен рост добываемых запасов на 1,3 млрд т нефти.
В Северной Америке в 2002 г. разработана модернизированная технология ГРП для высокопроницаемых коллекторов (М. Икономайдес и др., 2002). По этим данным сейчас в 85 % газовых и свыше 60 % нефтяных скважин проводится гидроразрыв, т.е. этот метод становится обычным методом заканчивания скважин всех типов коллекторов.
В России (Р.Д. Каневская, 1998) с 1985 г. организованы специализированные фирмы, которые ежегодно проводят тысячи ГРП. Для многих объектов разработки гидроразрыв стал необходимой частью процесса нефтедобычи. Гидроразрыв наиболее эффективно применяется в скважинах с низкопроницаемыми коллекторами. Довольно часто только с применением ГРП удается достичь рентабельного уровня дебитов скважин. В Сибири ежегодно проводится 500 скважино- операций в год. В структуре запасов нефтедобычи в России сейчас свыше 40 % находится в низкопроницаемых коллекторах и можно ожидать их рост до 70 %, поэтому большое внимание уделяется перспективе применения ГРП.
Глава 1. Применяемые технологии гидравлического разрыва пласта
Сущность ГРП состоит в создании, развитии и закреплении трещин в продуктивных пластах. ГРП - это способ создания новых трещин или расширение некоторых существующих в пласте трещин вследствие нагнетания в скважину жидкости или пены при высоком давлении. Создание новых трещин или раскрытие существующих возможно, если давление в пласте во время нагнетания жидкости с поверхности становится больше местного горного давления. Как свидетельствуют результаты опытов, раскрытие существующих трещин происходит преимущественно после повышения давления до определенной величины и сопровождается незначительным его изменением, тогда как раскрытие новых трещин сопровождается скачкообразным снижением давления (обычно на 3-7 МПа) на устье скважины, которое можно заметить при постоянном расходе жидкости. Чтобы обеспечить высокую проницаемость трещин после завершения гидроразрыва при снижении давления в пласте до пластового или забойного, их закрепляют песком или пропантом. Технология гидроразрыва обеспечивает высокую проницаемость трещины, заполненной закрепителем, например кварцевым песком или пропантом. Рост продуктивности скважины может быть обусловлен:
-
созданием новой площади фильтрации, значительно большей поверхности ствола скважины, через которую флюиды попадают в ствол скважины; -
очищением каналов перфорации во время движения пульпы (жидкости с песком или пропантом) с большой линейной скоростью; -
вовлечением в разработку всех пропластков, которые пересекает вертикальная трещина в тонкослойном разрезе скважины; -
уменьшением дополнительных сопротивлений и других отрицательных эффектов, обусловленных турбулизацией потока возле скважины в высокодебитных газовых скважинах; -
развитием по вертикали закрепленной трещины за пределами основного пласта так, что она пересекает соседние пласты и присоединяет их к зоне дренирования, т.е. вовлекает их в разработку и т.п.
В газовых скважинах вследствие снижения скорости фильтрации прекращается или уменьшается разрушение призабойной зоны из-за выноса мелких частичек из пласта потоком пластовых флюидов.
О возможностях нагнетания в раскрытые трещины закрепителя, который обеспечивает достаточное расширение стенок трещины для транспортирования по ней песка или пропанта, свидетельствует трех-, четырехкратный рост коэффициента приемистости скважины. Экспериментальными исследованиями следованиями установлено, что заполнять трещину песком или пропантом можно лишь после того, как ее ширина будет хотя бы в 3 раза больше максимального размера зерна закрепителя, поскольку при таких условиях исключается так называемое «самовольное мостообразование», когда в трещине накапливаются зерна закрепителя и прекращают ее рост в длину.
Трещины в неглубоких (до 600 м) скважинах имеют горизонтальную ориентацию, а в глубоких — близкую к вертикальной или вертикальную. Трещины развиваются в плоскости с наименьшими силами сопротивления, т.е. с наименьшим горным давлением. Например, направление развития трещин в деформированных антиклинальных складках преимущественно совпадает с направлением их короткой оси.
ГРП применяется в любых породах, кроме пластических сланцев и глин. Это метод не только восстановления естественной продуктивности скважин, но и значительного ее увеличения.
В мировой практике такой способ обработки пласта реализуется по разнообразным технологиям. Считается целесообразным классифицировать технологии гидроразрыва по количеству закрепителя трещин и его концентрации в жидкости, как показано в табл 1.
Таблица 1
Классификация гидроразрывов по количеству закрепителя трещин
| Технология гидроразрыва | Масса закрепителя, т. | Концентрация, кг/м3. |
| Гидравлическое щелеоборазование в пласте (ГЩП) | Без закрепителя | |
| Обычный гидроразрыв пласта (ГРП) | 5,0-10,0 | 30-100 |
| Мощный гидроразрыв пласта (МГРП) | 5,0-20,0 | 100-700 |
| Массивный гидроразрыв пласта (МГРП) | 300 | 100-500 |
Рассмотрим особенности технологий гидроразрыва пласта. Гидравлическое щелеобразование в пласте (ГЩП) применяется в таких условиях: скважина закольматирована в призабойной зоне; пласт имеет низкую проницаемость; пластовое давление выше или равно гидростатическому на глубине залегания пласта, подлежащего обработке; требуется исключить возможность выпадения в стволе скважины пробки из закрепителя с необходимостью в дальнейшим промывать ее пропантом; существует опасность преждевременной закупорки трещин с аварийным завершением процесса; скважина размещена на морской платформе и проведение ремонтных работ по ее освоению должно длиться кратковременно и т.п.
Технология без закрепления трещин основана на предположении, что промытые или раскрытые в пласте трещины после снижения давления до пластового или забойного на некоторое время могут оставаться частично открытыми, т.е. стенки их не смыкаются. Продуктивность скважины после гидроразрыва без закрепления трещин может возрастать в результате следующего: очищения каналов перфорации во время движения жидкости с большой линейной скоростью; формирования зон с повышенной проницаемостью в результате перемещения твердой фазы бурового раствора, который попал в трещину в призабойной зоне скважины во время вскрытия пласта; отслоения или выламывания частичек породы пласта из поверхности трещины после ее раскрытия после изменения напряженного состояния массива породы, как это происходит в каналах гидропескоструйной перфорации; необратимой деформации порового пространства пласта вокруг трещины после снижения давления разрыва в трещине через смещение зерен породы, которое сопровождается гистерезисом ее проницаемости; смыкания микротрещин в массиве породы в зоне давления, возникающего в трещине во время гидроразрыва и большего бокового горного давления;
изменения формы поверхности трещины; эрозионного размывания ее стенок.
Обычные ГРП. Во время обычных ГРП ньютоновскими жидкостями или жидкостями со слабо выраженными неньютоновскими свойствами развиваются глубокие (50-100 м) трещины небольшой высоты (до 10 м) и ширины (до 5 мм) в глубь продуктивного пласта. Трещины ГРП закрепляют кварцевым песком с невысокими концентрациями. Во время ГРП редко увеличивается давление на устье скважины вследствие «самовольного мостообразования» и выпадения песка в трещине, что предопределяет прекращение процесса. Поскольку концентрация песка в жидкости небольшая, то на забое скважины создается песчаная пробка небольшой высоты. Обычные ГРП с фильтрующими жидкостями, которые несложны для исполнения, применяют как первые обработки в новых скважинах с закольматированной призабойной зоной и пластовым давлением, близким к гидростатическому.
Технологии обычных ГРП предусматривают неглубокое закрепление трещин и обеспечивают двух-, трехкратное увеличение текущего дебита нефтяных, газовых или приемистости нагнетательных скважин в низкопроницаемых (до 35 мкм2) пластах, толщиной не менее 5 м, залегающие на глубинах до 3500 м, а также в пластах с несколько большей проницаемостью (до 0,05 мкм2), но очень загрязненной призабойной зоной.
Схема обвязки спецтехники во время обычных ГРП изображена на рис. 1. Для проведения обычных ГРП в скважину 1 на НКТ спускают пакер, который делит ее ствол на две части и защищает верхнюю часть эксплуатационной колонны от высокого давления. Устье скважины обвязывают арматурой, например 2АУ-700, на рабочее давление до 70 МПа. Все насосные агрегаты 2 для нагнетания жидкостей, например восемь АЧФ-1050 (4АН-700), обвязывают с арматурами 2АУ-700 через блок манифольда 4 (1БМ-700). Жидкости для ГРП транспортируют автоцистернами объемом по 20 м3, или сливают в стационарные резервуары 7 объемом по 50 м3 общим объемом 100-300 м3. Вспомогательные насосные агрегаты 3 (УНБ160х40) закачивают жидкость в пескосмеситель 5 (УСП-50), из которого центробежным насосом сначала только жидкость, а потом жидкость с песком, направляется на выход насосных агрегатов 2 для нагнетания в скважину. Параметры ГРП контролируются со станции
6.
Рис. 1. Типичная схема обвязки спецтехники для проведения обычного ГРП
Перед проведением ГРП из скважины поднимают НКТ и другое глубинное оборудование (насосное, газлифтное), шаблонируют эксплуатационную колонну, спускают пакер на НКТ и опрессовывают их. Процесс ГРП начинается путем проверки приемистости скважины из расчета наименьшего расхода жидкости разрыва, который постепенно увеличивают, например от 250, 500 и 900 м3/сут до значения, при котором обеспечивается закрепление трещин (2000-3000 м3/сут). Далее нагнетают жидкость-песконоситель, преимущественно с концентрацией песка Са = 20*100 кг/м3, которая зависит от вязкости жидкости. В завершение процесса необходимо вытеснить смесь жидкости с песком из скважины в пласт продавочной жидкостью и закрыть НКТ, пока давление на устье скважины не снизится до атмосферного. После этого поднимают НКТ с пакером и спускают глубинное оборудование для эксплуатации скважины. Для проведения обычных ГРП необходимо подготовить закрепляющий агент (кварцевый песок) в количестве Q = 5*15 т фракции 0,6-1,2 мм, жидкость разрыва пласта (V= 20*40м3), жидкость-песконоситель (V„ = 100*300 м3), жидкость для продавливания в пласт (Vnp) песконосителя в объеме той части полости скважины, по которой нагнетают жидкости. Небольшую часть жидкости-песконосителя без закрепителя, который нагнетается после жидкости разрыва для предыдущего раскрытия трещин, называют буферной жидкостью. Жидкость разрыва пласта должна быть совместимой с пластовыми флюидами, не уменьшать проницаемости породы, не гореть, быть доступной, недорогой, поэтому в ее качестве часто используют водные растворы ПАВ. Жидкость-песконоситель должна быть также совместимой с пластовыми флюидами, иметь свойство удерживать песок, плохо фильтроваться сквозь поверхность трещин, не гореть, быть дешевой. Для обычных ГРП применяют водные растворы со смесью 0,1-0,3 % ПАВ и полимеров (ПАА, КМЦ, ССБ).