Дипломная (вкр): Гидроразрыв пласта

обеспечения гидродинамической связи скважины с системой естественных трещин пласта и расширения зоны дренирования;

ввода в разработку низкопроницаемых залежей с потенциальной производительностью скважин в 2―3 раза ниже уровня рентабельной добычи, и перевода забалансовых запасов в промышленные;

разработки сложных расчленённых и неоднородных пластов, характеризующихся высокой степенью прерывистости, путём комплексной оптимизации системы разработки с целью увеличения темпа отбора извлекаемых запасов и повышения нефтеотдачи за счёт вовлечения в активную разработку слабо дренируемых зон и пропластков и увеличения охвата пласта.

Для проведения ГРП пласты должны иметь следующие геолого-физические характеристики:

неоднородность по простиранию;

высокую расчленённость;

выдержанность и толщину литологических экранов;

выработанность извлекаемых запасов не более 30%;

запас пластовой энергии и достаточную мощность пласта, обеспечивающие окупаемость ГРП.

Основными ограничениями на применение ГРП являются:

водонефтяные и газонефтяные зоны (опасность ускоренного конусообразования);

истощённые пласты с низкими остаточными запасами и нефтенасыщенные линзы малого объёма (не обеспечивается окупаемость ГРП).

Для проведения гидравлического разрыва пласта применяют три технологические схемы:

однократный, когда воздействию закачиваемой жидкости гидроразрыва подвергаются все пласты или пропластки, эксплуатируемые скважиной;

многократный, когда последовательно гидроразрыву подвергаются два или более пластов или пропластков, вскрытых скважиной;

поинтервальный (направленный) гидроразрыв пласта, когда разрыву преднамеренно подвергается один заранее определенный пласт или пропласток из вскрытых скважиной.

Образование двух или более трещин в пределах вскрытой толщины пласта может произойти и вследствие разрыва пласта по технологической схеме однократного гидроразрыва, если пласт представлен чередующимися пропластками, а давление разрыва приближается к геостатическому давлению (полному горному). Однако методом многократного разрыва пласта принято называть метод преднамеренного образования нескольких трещин. Практические результаты показывают, что применение технологии однократного гидроразрыва малоэффективно, особенно в скважинах, вскрывших два и более пластов. Образование новых трещин или раскрытие существующих возможно, если давление, созданное в пласте при нагнетании жидкости из поверхности, становится больше местного горного давления. Заметим, что образование новых трещин характеризуется резким снижением давления в устье скважины на 3-7 МПа. Раскрытие существующих трещин происходит при постоянном давлении или его незначительном увеличении. В обоих случаях возрастает коэффициент приемистости скважины, который после ГРП должен увеличиться как минимум в 3-4 раза, что считают критерием возможности закрепления трещин песком.

Трещины ГРП в неглубоких (до 900 м) скважинах имеют горизонтальную ориентацию, а в глубоких - вертикальную, наклонную, близкую к вертикальной. Трещины развиваются в той плоскости, где отмечаются наименьшие силы сопротивления, т.е. наименьшее горное давление.

ГРП применяют в любых породах, кроме пластичных сланцев и глин. Это метод не только восстановления природной продуктивности скважин, но и значительного ее увеличения.

Применяемые технологии обычных ГРП ньютоновскими жидкостями предполагают закрепление трещин (около 5-10 т песка при концентрации 50-200 кг/м³) и обеспечивают двух ― трехкратное увеличение текущего дебита нефтяных, газовых или приемистости нагнетательных скважин в низкопроницаемых пластах с загрязненной призабойной зоной.

С увеличением количества песка до 20 т проводят глубокопроникающий гидравлический разрыв (ГГРП), который содействует значительному увеличению фильтрационной поверхности, изменяет характер притока жидкости от радиального к линейному с подключением новых зон пласта изолированных вследствие макронеоднородности. Трещины такого ГРП достигают 100-150 м в длину при ширине 10-20 мм.

Технологии мощных ГРП (МГРП) осуществляются неньютоновскими жидкостями - гелями, которые обладают очень большой кажущейся вязкостью, меньшими гидравлическими потерями и высокой несущей способностью закрепляющего агента - керамического проппанта (до 1000 кг/м³), обеспечивают увеличение проводимости широких закрепленных трещин в несколько раз по сравнению с обычным ГРП. Увеличение проводимости трещин МГРП достигается за счет значительного повышения концентрации закрепляющего агента до 300-800 кг/м³ в гелях, а общее количество закрепляющего агента может оставаться на уровне 6-20 т. Продолжительность эффекта увеличения дебита скважин после МГРП обычно составляет 1,5-3 г.

В газоносных пластах проницаемостью до 0,001 мкм² применяют массивный ГРП высоковязкими гелями, во время которого развиваются трещины длиной до 1000 м, закрепленные проппантом в количестве до 300 т. Массивный ГРП - очень дорогостоящий, поэтому он предусмотрен в смете строительства скважины и увеличивает ее стоимость на 50%.

При мощных и массивных ГРП используют дорогостоящую технику, при обычных ГРП могут применяться отечественные техника и материалы (жидкости, закрепляющие агенты, пакеры, оборудование устья).

Сравнение показателей эффективности обычных ГРП и МГРП, а также стоимости этих процессов свидетельствует, что, несмотря на значительно меньшую добычу нефти после обычных ГРП, экономически они вполне конкурентоспособны вследствие меньшей стоимости.

При обычных ГРП фильтрующейся жидкостью развиваются глубокие (50-100 м) трещины небольшой ширины (3-5 мм) в глубь продуктивного пласта (а не вверх или вниз, как при МГРП гелями). При этом практически не возникают ситуации выпадания закрепляющего агента или упаковки трещины, сопровождающейся ростом давления до допустимого. После этого в стволе скважины остается большая пробка закрепителя. Таким образом, обычные ГРП фильтрующими жидкостями имеют хорошие технико-экономические показатели, осуществляются с меньшими осложнениями, и их следует применять в дальнейшем наряду с новыми технологиями.

Технология обычных ГРП осуществляется по следующей схеме.

Для проведения обычных ГРП в скважину на НКТ опускают пакер, который делит ее ствол на две части и защищает верхнюю часть эксплуатационной колонны от высокого давления. Устье скважины обустраивают арматурой, например 2АУ-700, на рабочее давление до 70 МПа. Все насосные агрегаты (до 10) для нагнетания жидкостей ГРП, например 4АН-700, обвязывают с арматурой устья скважины через блок манифольда (1БМ-700). Жидкости для ГРП транспортируют автоцистернами вместимостью по 20 м³ либо сливают в стационарный резервуар (по 50 м³) общей вместимостью 100-300 м³. Вспомогательные насосные агрегаты (ЦА-320М) закачивают жидкость в пескосмеситель (4ПА), из которого центробежным насосом вначале только жидкость, а затем жидкость с песком направляются на выход насосных агрегатов (4АН-700) для нагнетания в скважину.

Чтобы провести ГРП, из скважины поднимают НКТ и другое глубинное оборудование (насосное, газлифтное), шаблонируют эксплуатационную колонну, спускают пакер на НКТ и спрессовывают их. Процесс ГРП начинается с проверки приемистости скважины при наименьшем расходе жидкости разрыва, которую постепенно увеличивают, например, от 250 до 450, 900, 1500 м³/сут, вплоть до значения, при котором обеспечивается закрепление трещин (2000-3000 м³/сут). Далее нагнетают жидкость-песконоситель, обычно концентрацией Сп песка 50-200 кг/м³. Концентрация зависит от вязкости жидкости. В завершение процесса необходимо вытеснить смесь жидкости с песком из ствола скважины в пласт продавливающей жидкостью и закрыть НКТ, пока давление в скважине не снизится до атмосферного. После поднимают НКТ с пакером и спускают глубинное оборудование для эксплуатации скважины. Обычные ГРП проводят ньютоновскими жидкостями. Для проведения обычных ГРП требуется закрепляющий агент (кварцевый песок) в количестве Q_пс = 10÷20 т, фракции 0,6…1 мм, жидкость разрыва пласта (V_р = 10÷ЗО м³), жидкость-песконоситель (Vп = 100÷300 м³), жидкость для продавливания в пласт (Vпр) песконосителя в объеме той части полости скважины, по которой поступают жидкости. Небольшую часть жидкости-песконосителя без закрепителя, нагнетаемую после жидкости разрыва для предварительного раскрытия трещин, называют буферной жидкостью. Жидкость разрыва пласта должна быть совместимой с пластовыми флюидами, хорошо фильтроваться в низкопроницаемую породу, не уменьшать ее проницаемости, не греть, быть доступной, недорогостоящей, поэтому часто используют водные растворы ПАВ. Жидкость-песконоситель должна быть совместимой с пластовыми флюидами, иметь свойство удерживать песок, плохо фильтроваться сквозь поверхность трещин, не гореть, быть доступной и недорогостоящей. Для обычных ГРП применяют водные растворы с добавкой 0,1-0,3% ПАВ и полимеров (ПАА, КМЦ, ССБ). Например, в Предкарпатье применение 0,4%-водного раствора ПАА обеспечивает развитие и закрепление трещин песком в количестве до 10т при концентрации С_п = 100 кг/м³, объеме жидкости 100 м³ и расходе 2000-3000 м³/сут с применением раствора 0,4%-ного ПАА. Возможно, также проведение процесса поэтапно в течение двух-трех дней с закреплением трещин 24-72 т песка по технологии, осуществляемой в НГДУ «Долинанефть».

Для глубокопроницаемых ГРП по технологии ВНИИнефти применяют неньютоновские жидкости с динамической вязкостью 50-200 мПа-с при скорости сдвига 650-1100 с^-1 (q = 2100÷3500 м³/сут) и температуре 20° С не менее 8 ч, стабильные (2 ч) при пластовой температуре. Также ВНИИКРнефтью предложена рецептура на водной основе, содержащая 1-2,5% КМЦ, 1-3% хроматов, 0,2-0,7% лигносульфата, 0,75-2,1% соли хлорноватой кислоты, которая применяется для пластовых температур 60-150° С. Новые типы песконосителей разработаны на Украине. Продавливающая жидкость должна быть маловязкой и не гореть. Обычно применяют водные растворы с добавкой 0,1-0,3% ПАВ. Для закрепления трещин в скважинах глубиной до 3000 м, как установлено практикой, пригоден кварцевый песок. В скважинах большей глубины, где обычно горное давление превышает 50-70 МПа, следует использовать более крепкие закрепители-проппанты.

2.1 Технология разрыва пласта для терригенных пород

Гидравлический разрыв пласта (ГРП) - процесс обработки призабойной зоны скважины с целью расширения и углубления естественных и образования новых трещин в породах призабойной зоны. Достигается это путем создания высоких давлений на забоях скважин закачкой в пласт вязких жидкостей при больших расходах, что обеспечивает быстрое повышение давления на забое. Когда давление превысит гидростатическое примерно в 1,5-2,5 раза, произойдет разрыв или расслоение пласта, т.е. расширятся естественные и образуются новые трещины. Для сохранения трещин в раскрытом состоянии их заполняют песком, который вводят вместе с вязкой жидкостью. В дальнейшем эта жидкость извлекается из призабойной зоны в процессе эксплуатации скважины.

Создание в ПЗС одной или нескольких трещин, проникающих в пласт на десятки метров, приводит к увеличению проницаемости пласта в зоне распространения трещин и к значительному улучшению условий притока жидкости.

ГРП применяют для:

а) увеличения продуктивности нефтяных (газовых) и приемистости нагнетательных скважин;

б) регулирования притоков и приемистости по продуктивной толщине пласта;

в) создания водоизоляционных экранов в обводненных скважинах.

Различают три основных процесса ГРП:

а) однократный;

б) многократный;

в) поинтервальный (направленный).

При однократном разрыве предполагается образование одной трещины в продуктивной толщине пласта, многократном - нескольких трещин по всей вскрытой продуктивной толщине пласта; направленном - образование трещин в заранее предусмотренных интервалах толщины пласта.

До начала работ по ГРП определяют глубину забоя скважины, при необходимости промывают ее для удаления забойной пробки. Затем скважину исследуют на приток. Иногда для снижения давления разрыва и повышения эффективности процесса применяют гидропескоструйную перфорацию, солянокислотную обработку или перестрел интервала фильтра. Поскольку при ГРП в большинстве случаев (за исключением мелких скважин) давления превышают допустимые для обсадных колонн, то в скважину на НКТ спускают пакер, изолирующий кольцевое пространство и предохраняющий колонну от давления. Пакер спускают с якорем-устройством, предупреждающим смещение пакера по колонне (рис. 2.1), и устанавливают его выше верхних отверстий фильтра (кровли пласта). Устье оборудуют головкой, к которой подключают агрегаты для нагнетания рабочих жидкостей (рис. 2.2). Процесс ГРП состоит из следующих последовательных этапов (рис. 2.3):

) закачки в скважину жидкости разрыва для создания трещины в пласте;

) закачки жидкости-песконосителя;

3) закачки продавочной жидкости для проталкивания песка в трещины и предохранения их от смыкания.

По спущенным НКТ нагнетают сначала жидкость разрыва в таких объемах, чтобы создать на забое давление, достаточное для разрыва пласта. При этом непрерывно наблюдают за давлением и расходом жидкости на устье. Момент разрыва на поверхности отмечается резким увеличением расхода жидкости (поглотительной способности скважины) при одном и том же давлении на устье или резким уменьшением давления на устье при одном и том же расходе. Обычно о моменте гидроразрыва судят по условному коэффициенту

где Q - расход жидкости, м³/с;_y-давление на устье, МПа.

При резком увеличении К_y в процессе закачки жидкости разрыва происходит гидроразрыв пласта.

После разрыва пласта, не снижая давления, в скважину закачивают жидкость-песконоситель - вязкую жидкость, смешанную с песком (180-400 кг песка на 1 м³ жидкости), которая под воздействием продавочной жидкости (маловязкой углеводородной жидкости) проталкивается в НКТ и в пласт.

Общую продолжительность процесса гидроразрыва (в часах) можно определить по формуле

где Vp-объем жидкости разрыва, м³;

Vжп-объем жидкости-песконосителя м³;

Vпр-объем продавочной жидкости, м³;

Q - средний расход жидкости, м³/ч.

Потребное число агрегатов устанавливают, исходя из подачи одного агрегата q_аг и максимального расхода Qmax жидкости в процессе ГРП с учетом одного резервного агрегата:

В неглубоких скважинах для разрыва пласта жидкость обычно закачивают непосредственно в обсадную колонну.

При большой толщине продуктивного пласта проводят многократный разрыв, т.е. несколько разрывов в пласте за одну операцию.

Многократный ГРП с применением упругих пластмассовых шариков или закупоривающих материалов. Вначале проводят ГРП по обычной технологии, а затем в нагнетаемый поток жидкости вводят пластмассовые шарики диаметром 12-18 мм и плотностью, примерно равной плотности нагнетаемой жидкости. Один шарик может перекрыть одно перфорационное отверстие. Потоком жидкости шарики устремляются в те перфорационные отверстия, где скорость потока наибольшая (против интервала разрыва), упираются в них и перекрывают отверстия. Тем самым достигается уменьшение или даже прекращение потока жидкости в образовавшуюся трещину. Давление на забое возрастает, что вызывает образование новой трещины в другом прослое. Это контролируется на поверхности увеличением условного коэффициента К_y. Затем в поток снова вводят шарики без снижения давления (через специальное лубрикаторное устройство) для закупорки второй образовавшейся трещины. Таким образом осуществляют двух-, трех- или многократный разрыв пласта.