Гидродинамические методы воздействия на призабойную зону пласта для увеличения продуктивности скважин

     Минимальный темп закачки определяют по формулам (2) и (3). Темп закачки рабочей жидкости представляет сумму и . Обычно темп закачки рабочих жидкостей ГРП составляет не менее 2 м³/мин ( 33 л/с), а для проведения массированных ГРП он достигает 16 м³/мин (270 л/с).

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

      ,      (4)

     где р_с — забойное давление разрыва пласта, q — горное (геостатическое) давление, — прочность породы обрабатываемого пласта на разрыв в условиях всестороннего сжатия.

     В то же время статистическая обработка  данных по давлению гидроразрыва пласта, выполненная В. А. Блажевичем и др. для различных условий залегания залежей, показала, что при глубине скважин до 1200 м давление гидроразрыва превышает геостатическую нагрузку толщи вышележащих горных пород, а гори глубинах скважин более 1200 м составляет 0,78—0,8 от геостатической.

     Гидроразрыв при давлении ниже гидростатического  объясняют разгрузкой горного давления за счет деформаций пластических пород в разрезе, вскрытом скважиной, наличием естественной трещиноватости в продуктивных пластах и образованием вертикальных трещин.

     Давление  нагнетания на устье скважины вычисляется  по формуле

           (5)

     где — устьевое давление разрыва; — потери давления в трубах; — пластовое давление.

     Потери  давления на трение в трубах оценивают  по формуле Дарси — Вейсбаха

            (6)

     где λ — коэффициент местных сопротивлений; для рабочих жидкостей разрыва и темпов ее закачки λ 0,016—0,020; Н — глубина залегания обрабатываемого пласта; v — скорость движения жидкости в трубах; g — ускорение свободного падения; d — диаметр труб.

     В качестве расклинивающих трещины агентов используются зернистые материалы: песок, окатанная скорлупа грецкого ореха, нейлоновые и пластмассовые шарики, корунд, агломерированный боксит, смеси этих материалов.

     Требования, предъявляемые к зернистым расклинивающим агентам, сводятся к следующему:

     прочность расклинивающего агента должна быть достаточной, чтобы не быть раздавленным массой вышележащей толщи горных пород, и в то же время зернистые материалы не должны вдавливаться в поверхность трещины; по форме зернистые расклинивающие агенты должны приближаться к шару; не допускается широкий разброс по фракционному составу.

     Критерием пригодности расклинивающего агента по прочности служит способность монослоя выдерживать нагрузку вышележащей толщи, но при этом допускается раздавливание до 25% зерен материала. Этот показатель оценивается на прессах, сжимающие поверхности которых выполнены из образца породы пласта или материала, по свойствам близкого к породе пласта. При выполнении сжимающих поверхностей из породы пласта оценивается (визуально) и вдавливаемость зерен в породу.

     Наибольшее  распространение для закрепления  трещин получил кварцевый песок фракции 0,5—0,8 мм. На практике находят применение зернистые расклинивающие агенты фракции 0,2—0,4 мм, а также 1,2—2 мм. Считается, что с увеличением размера частиц увеличивается гидропроводность трещин, а с уменьшением их размера повышается транспортирующая способность-жидкости-песконосителя.

     Стеклянные, пластмассовые шарики, корунд и агломерированный боксит применяют преимущественно при гидроразрыве глубоко залегающих крепких пород с высокой температурой пластов.

     Содержание  расклинивающего агента в жидкости-песконосителе определяется ее удерживающей способностью. Критерием предельного содержания является концентрация, при которой начинается коалесценция частиц в смеси, или концентрация, при которой расстояние между частицами становится не менее их диаметра. На практике, как правило, при гидроразрывах в 1 м³ жидкости-песконосителя вводят 200—250 кг расклинивающего агента. Известны технологии гидроразрыва с изменяющейся концентрацией расклинивающего агента в жидкости-носителе, при этом обычно массовое содержание частиц в жидкости рекомендуется постепенно повышать от 100—150 кг до 500 кг на 1 м³.

     Оптимальный объем расклинивающего агента определяется опытом. Вместе с тем замечено, что наиболее целесообразно закачивать при гидроразрыве 5—6 м³ заполнителя трещины. При массированных гидроразрывах в трещины вводится до 500 т расклинивающего агента.

     Для расширения трещин гидроразрыва в карбонатных  коллекторах часто используют обработку образовавшихся трещин кислотными растворами, в результате которые трещины остаются частично раскрытыми из-за химической неоднородности пластов-коллекторов.

     Оценив  технологические параметры ГРП, определяют потребные технические средства — их ассортимент и количество.

     При гидроразрыве пласта коэффициент запаса прочности оборудования по рабочему давлению принимают не менее 1,3 и, как правило, рабочее давление берется в 1,3—1,5 раза выше проектного устьевого давления гидроразрыва.

     Потребное число насосных рабочих агрегатов

             (7)

     где п — количество насосных агрегатов, шт.; — устьевое давление разрыва, МПа; Q_ж—темп закачки жидкости гидроразрыва, л/с; р_а — рабочее давление агрегата, МПа; Q_a — производительность агрегата при рабочем давлении, л/с; k_Г — коэффициент технического состояния агрегата, в зависимости от срока службы агрегата k_Г=0,5—0,8.

     Для гидроразрыва пласта в качестве рабочего агрегата используется, как правило, агрегат 4АН-700, производительность которого при давлении 70 МПа составляет 6,3 л/с, а при 20 МПа — 22 л/с.

     Для транспортировки песка и для  приготовления песчано-жидкостной пульпы применяют специальные пескосмесительные агрегаты 4ПА.

     Для предохранения обсадной колонны над разрываемым пластом устанавливают пакер, которым разобщают фильтровую зону пласта от вышележащей.

     Применяют различные конструкции пакеров, но наибольшее применение нашли шлипсовые пакеры, выпускаемые для различных диаметров колонн и рассчитанные на давление 50 МПа.

     Осевая  нагрузка при гидроразрыве передается на якорь, удерживающий пакер и колонну насосно-компрессорных труб от перемещения вверх.

     Оценку  технологической эффективности при проектировании гидроразрыва проводят, используя теоретические зависимости изменения дебита совершенной скважины в однородном пласте.

2. Технология проведения гидравлического разрыва пласта

 

     1) Геологической службой управления  составляется информация установленной  формы для расчета ГРП.

     2) Составляется программа проведения ГРП по результатам расчета на ЭВМ.

     3) На территории скважины подготавливается  площадка для размещения оборудования  и агрегатов по ГРП.

     4) Устанавливается специальное устьевое оборудование на скважине.

     5) Мастер КРС передает скважину ответственному по ГРП соответственно акта для проведения ГРП установленной формы.

     6) Размещение агрегата и оборудования производится инженером ГРП согласно приложенной схеме.

     7) Проводится испытание на герметичность устьевого оборудования, манифольдов и соединений нагнетательных линий от агрегатов к скважине под давлением 700 атм. в течение 10 мин.

     8) При установлении герметичности  соединений в скважину подается  чистая загеленная жидкость разрыва для осуществления ГРП. Свидетельством достижения разрыва является увеличение приемистости скважины по диаграмме на компьютере.

     9) После достижения разрыва в  скважину, согласно программе, нагнетается  от 10 до 40 м³ чистой загеленной жидкости разрыва.

     10) За жидкостью разрыва производится  закачка загеленной жидкости  с подачей расчетной дозы проппанта от 100 до 900 кг/м³ до определенной стадии объема закачки по намеченной программе при давлениях до 450 атм. Для закрепления трещин закачивается 4-30 т проппанта.

     11) Непосредственно за смесью проппанта  и жидкости закачивается жидкость  продавки в объеме до кровли пласта. Управление процессом ГРП осуществляется с пульта управления и по радиосвязи.

     12) Темп нагнетания жидкости выдерживается  расчетный, в пределах 3-7 м³/мин. в зависимости от геолого-промысловых данных пласта.

     13) Скважина оставляется на распад геля, на 24 часа под остаточным давлением, с регистрацией изменения давления в виде графика на ЭВМ.

     14) В процессе ГРП ведется непрерывная  регистрация следующих параметров: давления нагнетания, темпа закачки,  затрубного давления, количества пропанта, плотности жидкости, количества химреагентов. Регистрация параметров ведется одновременно в виде графика на экране ЭВМ, записи в памяти ЭВМ, записи на дискету, распечатки на принтере и записи в таблицу данных. Выдача документации по ГРП с ЭВМ производится в форме: сводки ГРП, графиков изменения параметров в процессе ГРП, графика изменения остаточного давления после ГРП.

     Гидравлический  разрыв пласта - в скважине, выбранной для ГРП, определяется дебит (приемистость), забойное и пластовое давление, содержание воды в добываемой продукции и газовый фактор. Осуществляются мероприятия по очистке забоя и ПЗП.

     Хорошие результаты дает предварительная перфорация в узком интервале пласта, намеченном для ГРП. Для этих целей применяется  кумулятивную или гидропескоструйную перфорацию. Такие мероприятия снижают давление разрыва и повышают его эффективность.

     Проверяется герметичность эксплуатационной колонны и цементного кольца. Спускают НКТ (как можно большего диаметра для уменьшения потерь давления) с пакером и якорем. Пакер устанавливается на 5-10м выше разрываемого пласта против плотных непроницаемых пород (глина, аргиллит, алевролит). Ниже пакера устанавливаются НКТ (хвостовик). Длину хвостовика выбирают максимальной возможной для того, чтобы песок двигался к трещине и не выпадал в зумпф скважины.

     Промывают и заполняют скважину до устья  собственной дегазированной нефтью в нефтяных добывающих и нагнетаемой  водой - в нагнетательных скважинах. После посадки пакера, опрессовку его производят путем закачки нефти или воды в НКТ при открытом затрубном пространстве. При обнаружении пропусков в пакере его срывают и производят повторную посадку и опрессовку. Если и в этом случае не достигается герметичность пакера, то его заменяют или изменяют место посадки.

     Оборудование, необходимое для ГРП, расставляется персоналом бригады ГРП на площадке перед скважиной согласно технологической схемы, производится обвязка оборудования трубопроводами (для низкого давления мягкими рукавами, для высокого давления - стальными трубами) между собой, емкостями и скважиной. После закрепления всех трубопроводов производится их опрессовка на давление ожидаемое рабочее плюс коэффициент запаса, зависящий от величины ожидаемого рабочего (например, при ожидаемом рабочем давлении более 650 атм, коэффициент запаса будет равен 1,25). Производится приготовление рабочей жидкости разрыва путем перемешивания технологической жидкости, находящейся в емкостях, с химическими реагентами, повышающими вязкость. Продолжительность подготовки жидкости разрыва зависит от ее объема, качества и температуры.

     Процесс ГРП начинается с закачки жидкости разрыва в скважину с расходами  и давлением, соответствующим рабочему проекту. Разрыв пласта отмечается падением давления закачки и увеличением  приемистости скважины