5.1.5. Техника и технология гидравлического разрыва пласта
Технология ГРП включает следующие операции: промыву скважины; спуск в скважину высокопрочных НКТ с пакером и якорем на нижнем конце; обвязку и опрессовку на определение приемистости скважины закачкой жидкости; закачку по НКТ в пласт жидкости-разрыва, жидкости-песконосителя и продавочной жидкости; демонтаж оборудования и пуск скважины в работу.
По технологическим схемам проведения различают однократный, направленный (поинтервальный) и многократный ГРП.
При однократном гидроразрыве под давлением закачиваемой жидкости оказываются все вскрытые перфорацией пласты одновременно, при направленном - лишь выбранный пласт или пропласток (интервал), имеющий, например, заниженную продуктивность, а при многократном ГРП осуществляется воздействие последовательно на каждый в отдельности пласт или пропласток.
Проектирование технологии ГРП в основном сводится к следующему. Применительно к конкретным условиям выбирают технологическую схему процесса, рабочие жидкости и расклинивающий агент. При однократном ГРП, исходя из опыта, принимают 5-10т песка. Концентрацию песка в носителе устанавливают в зависимости от ее удерживающей способности. При использовании воды она составляет 40-50кг/м3. Тогда по количеству и концентрации песка рассчитывают количество жидкости-песконосителя. На основании опытных данных обычно используют 5-10м3 жидкости-разрыва. Объем продавочной жидкости равен объему обсадной колонны и труб, по которым проводится закачка в пласт жидкости-песконосителя.
Минимальный расход закачки жидкости должен составлять не менее 2м3/мин и может быть оценен при образовании вертикальной и горизонтальной трещин соответственно по формулам:
.
где Qгор – мин. расходы, л/с; h – толщина пласта, см; Wверт, Wгор – ширина верт. и гор. трещины, см; µ - вязкость жидкости, мПа х с; Rт – радиус гориз. трещины, см.
Давление ГРП пласта устанавливают по опыту или оуенивают по формуле:
РГРП=рr + р
где рГРП – заб. давление разрыва пласта; рr =Hпg – горное давление; р – прочность породы пласта на разрыв в условиях всестороннего сжатия; H – глубина залегания пласта; п – средняя плотность вышележащих горных пород, равная 2200-2600 кг/м3, в среднем 2300 кг/м3; g – ускорение свободного падения.
Давление нагнетания на устье скважины:
РУ = рГРП + Δртр - рс
где Δртр –потери давления на трение в трубах; рс – гидростатическое давление столба жидкости в скважине.
Если давление нагнетания рУ больше допустимого устьевого давления рУдоп, то на НКТ над кровлей продуктивного пласта устанавливают пакер якорем. Допустимое давление рУдоп принимается как наибольшее из двух давлений, вычисленых по формуле Ламэ и с использованием формулы Яковлева-Шумилова.
В осадочных горных породах обычно образуются субвертикальные трещины, длина которых достигает первых десятков метров, а раскрытие - нескольких мм, реже см. ГРП вызывает возрастание дебитов в 1,5-2 раза и более. Для повышения эффективности ГРП в карбонатных породах его сочетают с кислотной обработкой пород. Давление разрыва плохо поддается теоретическому предсказанию, поскольку зависит от многих причин: напряжений в породе, ее прочности, уже существующей трещиноватости, угла наклона пласта и т.д. Обычно избыточное давление подбирается эмпирически и колеблется от 0,1 до 1,5 (в среднем примерно 0,8) гидростатического.
Для проведения ГРП скважина соответствующим образом оборудуется. К ее устью подключаются высокопроизводительные насосы, способные развить необходимое избыточное давление. Внутрь обсадных труб опускаются насосно-компрессорные трубы, оборудованные в нижней части пакером (рис. 1). Затрубное пространство обсадной колонны выше интервала ГРП должно бать надежно зацементировано.
При соблюдении всех технологических требований и благоприятных условий для ГРП эффект его несомненен.
Специальные агрегаты и технические средства, применяемые при ГРП
Организация гидроразрыва состоит в приготовлении соответствующих реагентов в качестве жидкости гидроразрыва и последующей закачки ее в продуктивную зону с низким расходом и под высоким давлением с тем, чтобы расклинить породу, образовать в результате трещину как результат гидравлического воздействия. Прежде всего, чистая жидкость (буфер) закачивается в скважину для инициирования трещин и ее продвижения в пласте. После этого суспензия продолжает развивать трещину.
Подготовка жидкости ГРП производится на кусту скважин, непосредственно перед закачкой ее в пласт. Система подготовки жидкости ГРП включает: песковоз, ёмкость с нефтью или дизтопливом, смесительный агрегат (блендер). Обвязка системы имеет 1,5-кратный запас прочности.
Перед началом ГРП, оборудование и обвязка опрессовываются на рабочее давление. Управление непосредственно ГРП (насосными агрегатами) осуществляется через компьютерный центр, который имеет автоматическую защиту от возможных аварий (порывов обвязки). В случае аварии компьютерный центр автоматически отключает насосы, обратные клапана обвязки закрывают обратное течение жидкости у скважины и перед каждым насосным агрегатов. Сброс давления производится в вакуумную установку, входящую в комплект оборудования ГРП и постоянно включенную в обвязку. Эта же вакуумная установка собирает остатки жид кости в обвязке и насосах после ГРП, с целью исключения проливов на почву при демонтаже линий. Сброс давления из затрубного пространства производится в емкость ЦА-320, постоянно подключенной к устью скважины через крестовину фонтанной арматуры.
Для производства ГРП используется следующая техника (на примере рассматриваемой области месторождений):
1. КРАЗ-250 ЦА
2. Урал-4320 пожарная машина
3. Кенворд песковоз
4. Кенворд хим.фургон.
5. Кенворд блендер
6. Кенворд насосная установка
7. Кенворд цемент агрегат
8. Кенворд-трубовоз
9. Форд-350 лаборатория
10. УАЗ-3962 санитарный фургон
11. К-700 вакуумная установка
Техника Кенворд оборудована специальными фильтрами, улавливающими выбросы.
Подземное оборудование, применяемое при ГРП.
Глушение скважины производится специальным солевым раствором, который готовится на растворном узле.
Применяемая технология исключает попадание раствора на поверхность почвы и ближайшие водоемы. При подготовке скважины к ГРП для исключения возможных выбросов жидкости глушения и продукции скважины устье последней оборудуется превенторными установками «Нydril».
При подготовке к ГРП для закачки жидкости в скважину спускается колонна НКТ диаметром 89 мм. Затрубное пространство ( обсадная колонна и НКТ 89 мм ) герметизируется установленным в зоне ГРП пакером. Установка пакера проверяется опрессовкой затрубного пространства водой на рабочее давление обсадной колонны через ЦА-320.
Устье скважины для проведение ГРП оборудуется двумя задвижками "Хамера" (рабочая и дублирующая).
Жидкость разрыва и расклинивающие агенты.
Для гидроразрыва лучше всего применять жидкость, не содержащую водной фазы. По технологии должна использоваться солярка, но чаще находит применение нефть (как более доступный и относительно дешевый продукт) с активатором гелеобразования и деструктором, а также ПАВом - понизителем трения. Соотношение специальных добавок зависит от температуры объекта (пласта) последующей обработки. Так, система ROG-4 применяется для высоких (более чем 80оС) температурных условий, ROG-5 соответственно для низких. Каждый из указанных видов жидкости в зависимости от температуры среды обладает оптимальными реологическими свойствами. Используется определенная постоянно действующая система измерения параметров жидкости и регулирования ее значений специальными добавками, определенными на базе проводимых на скважине компьютерных расчетов. Структуированная жидкость является оптимальной для переноса закрепляющего материала, к тому же она практически не взаимодействует с породой и насыщающими ее флюидами. Отсутствие в ее составе водной фазы исключает возможность (при деструкции геля) негативного влияния на характер насыщения контактирующей с ней пластовой среды. Физические свойства жидкости характеризуются следующими показателями: плотность - 0,85 т/м3, вязкость - 90 Мпа.с, коэффициент консистенции - 0,3. Для закрепления трещины закачивается высокопрочный (выдерживает давление не менее 70 Мпа) искусственный термический продукт (пропант) алюмосиликатного состава. Применяемый материал практически одного размера (20/40 меш.), зерна достаточно совершенные, круглые, средний коэффициент сферичности 0,9. Это обеспечивает высокую фильтрационную способность (около 200 дарси) даже при самой плотной упаковке и внешнем давлении 50 Мпа.
Критерии выбора скважин для проведения ГРП.
Для проведения ГРП предпочтение отдается скважинам, удовлетворяющим установленным нижеперечисленным критериям. Последние в комплексе позволяют с высокой вероятностью обеспечить интенсификацию добычи нефти. В зависимости от начальной проницаемости пласта и состояния призабойной зоны скважины критерии сгруппированы по двум нижеследующим позициям.
1. Коллектора низкопроницаемые (ГРП обеспечивает увеличение фильтрационной поверхности), при этом должны соблюдаться следующие критерии.
1.1. эффективная толщина пласта не менее 5 м;
1.2. отсутствие в продукции скважин газа из газовой шапки, а также закачиваемой или законтурной воды;
1.3. продуктивный пласт, подвергаемый ГРП, отделен от других проницаемых пластов непроницаемыми разделами, толщиной более 8-10м;
1.4. удаленность скважины от ГНК и ВНК должна превышать расстояние между добывающими скважинами;
1.5. накопленный отбор нефти из скважины не должен превышать 20% от удельных извлекаемых запасов;
1.6. расчлененность продуктивного интервала (подвергаемого ГРП) - не более 3-5;
1.7. скважина должна быть технически исправна, как состояние эксплуатационной колонны так и сцепление цементного камня с колонной и породой должно быть удовлетворительным в интервале выше и ниже фильтра на 50м
1.8. проницаемость пласта не более 0,03 мкм2 при вязкости нефти в пластовых условиях не более 5 МПа.с.
2. Гидравлический разрыв пласта в коллекторах средней и низкой проницаемости для интенсификации добычи нефти за счет ликвидации повышенных фильтрационных сопротивлений в призабойной зоне.
2.1. начальная продуктивность скважины значительно ниже продуктивности окружающих скважин;
2.2. наличие скин-эффекта на КВД;
2.3. обводненность продукции скважин не должна превышать 20%;