Цель работы: повысить дебит скважины, путем проведения гидравлического разрыва пласта.

Задание: рассчитать основные технологические показатели ГРП для скважин, геолого-эксплуатационные, данные по которым приведены в табл. 1 и 2. Выбрать необходимое оборудование для проведения ГРП, а так же отобразить схему его расположения.

Исходные данные:

Таблица 1

№ п.п.	Показатели	Вариант
		5
1	Мощнсть пласта, h, м	18
2	Количество жидкости разрыва, Q, м^3	10
3	Концентрация песка в жидкости песконосителя, Сп, кг/м^3	-
4	Диаметр эксплуатационной колонны. (условный) D, мм	168

Таблица 2

№ п.п.	Показатели	Вариант
		3
1	Количество песка, т	40
2	Глубина скважины, ℓ, м	2700
3	Условный диаметр НКТ, Dусл, мм	60

Дополнительные данные: R_T=8м, µ_ж = 60 Па*с, W_верт ≈ 1 см, W_гор ≈ 1 см;

Решение

Минимальный расход закачки жидкости разрыва может быть оценен при образовании вертикальных и горизонтальных трещин.

Необходимый расход для образования вертикальной трещины:

где h – мощность пласта, см;

W_верт – ширина вертикальной трещины, см;

µ_ж – вязкость жидкости разрыва, мПа*с.

Необходимый расход для образования горизонтальной трещины:

где R_T – радиус горизонтальной трещины, см;

W_гор – ширина горизонтальной трещины, см;

µ_ж – вязкость жидкости разрыва, мПа*с.

Для образования двух видов трещин, принимает наибольших из расходов, Q = 6 л/с.

Исходя из расхода, выбираем насосный агрегат 4АН-700, который обеспечит необходимый расход жидкости на 1 скорости при диаметре сменных плунжеров насоса 100 мм.

Таблица 3

Техническая характеристика насосного агрегата 4АН-700

Номинальная мощность двигателя В2-800ТК, кВт							588
Частота вращения вала, соответствующая номинальной мощности, об/мин							2000
Эксплуатационная мощность, кВт							530
Частота вращения вала, соответствующая эксплуатационной мощности, об/мин							1800
Число ступеней коробки передач 3КПМ							4
Передаточные числа:
I передача							4,67
II передача							3,43
III передача							2,43
IV передача							1,94
Ход плунжера, мм							200
Наибольшее число двойных ходов в минуту							192
Наибольшее допустимое давление, МПа							70
Скорость	Число двойных ходов насоса в минуту	Диаметр сменных плунжеров насоса 4Р-700 мм
		100		120
		подача, л/с	давление, MПa	подача, л/с	давление, МПа
I	80	6,3	70	9,0	51,0
II	109	8,5	54	12,3	37,5
III	153	12,0	38	17,3	26,6
IV	192	15,0	30,5	22,0	21,0
Диаметры трубопроводов (обвязка), мм:
всасывающего						130
напорного						50
Число труб вспомогательного трубопровода						6
Общая длина труб вспомогательного трубопровода, м						23,5
Габариты агрегата, мм:
длина						9800
ширина						2900
высота						3320
Масса снаряженного агрегата, кг						23 300

Определяем давление нагнетания на устье скважины:

где P_ГРП – забойное давление разрыва, МПа;

P_пл – пластовое давление, МПа;

ΔP_тр – давление, затрачиваемое на трение в трубах, МПа.

Определяем давление разрыва:

где P_Г – вертикальное горное давление, МПа;

σ_р – предел прочности породы на разрыв в условиях всестороннего сжатия (принимаем σ_р = 2 МПа).

Вертикальное горное давление:

где L – глубина залегания пласта, м;

ρ_п – средняя плотность вышележащих пород, кг/м³ (ρ_п=2400 кг/м³).

Тогда давление разрыва:

Определяем пластовое давление P_пл. В приближенных расчетах можно принять P_пл= P_гс, где P_гс – гидростатическое давление жидкости в скважине. В таком случае определяем гидростатическое давление в скважине по формуле

где L – глубина скважины, м;

ρ_ж – плотность столба жидкости в скважине, кг/м³ (ρ_ж=980 кг/м³).

Определяем давление, затрачиваемое на трение в трубах ΔP_тр по формуле:

где L – глубина скважины, м;

d_вн – внутренний диаметр НКТ, м;

ρ_жразр – плотность жидкости разрыва, кг/м³;

v_п – скорость потока жидкости в НКТ, м/с;

λ – коэффициент гидравлического сопротивления.

Скорость потока жидкости в НКТ:

где S – площадь сечения НКТ, м³;

Таблица 4

Насосно-компрессорные трубы				Обсадные трубы
условный размер труб, мм	площадь сечения, см^2	объем 1м трубы, дм^3	условный размер труб, мм		площадь сечения, см^2	объем 1м трубы, дм^3
60×5	20,0	2,0	168×9		177,0	17,7

Таблица 5

Размеры труб гладких высокогерметичных и муфт к ним – НКТ (мм)

Условный диаметр трубы	Трубы					Муфты
	Наружный диаметр, D	Толщина стенки, S	Внутренний диаметр, d	Масса 1 м, кг	Наружный диаметр, Dм		Длина, Lм	Масса, кг
60	60,3	5,0	50,3	6,8	73,0		135	1,8

Коэффициент гидравлического сопротивления.

где Re – число Рейнольдса. Безразмерная величина, определяющая соотношение между силами вязкости и силами инерции в потоке.

где μ_жразр – вязкость жидкости песконосителя, Па·с;

Найдем число Рейнольдса:

Рассчитаем коэффициент гидравлического сопротивления:

Определяем давление, затрачиваемое на трение в трубах ΔP_тр:

Так как число Рейнольдса Re > 400, то ΔP_тр = 1,5· ΔP_{тр(расч)}:

Определяем давление нагнетания на устье скважины:

_{Выбранный агрегат подходит и по расходу и по необходимому давлению (64,9 МПА), так как давление, развиваемое агрегатом на 1 скорости составляет 70 МПа.}

Объем жидкости разрыва: V_p=10 м³(см. табл 1).

Количество песка G_П, необходимое для гидроразрыва, также нельзя рассчитать. В нашем случае G_П = 40т = 40000 кг.

Концентрация песка С зависит от вязкости жидкости-песконосителя и темпа ее закачки. Обычно для керосина значение ее колеблется в пределах. 160—400 кг/м³. Принимаем С=300 кг/м³.

Объем жидкости-песконосителя при принятых количестве песка и его концентрации в жидкости составит:

Объем продавочной жидкости принимают на 20...30% больше, чем объем колонны труб, по которой закачивают жидкость с песком. При вычислении данного объема необходимо учесть, что согласно Правилам нефтяной и газовой промышленности блок манифольда должен располагаться на расстоянии не менее 10 м от устья скважины.

где d_B – внутренний диаметр труб, на которых спущен пакер, м;

К – коэффициент, учитывающий превышение объема жидкости над объемом труб (принимаем 1,3);

D_вн.ок – внутренний диаметр эксплуатационной колонны, м;

h_п.п – высота подпакерной зоны, м;

Н – глубина спуска труб НКТ, м

Объем продавочной жидкости:

Общую продолжительность процесса гидроразрыва определяют по формуле:

где Q – расход рабочих жидкостей (Q = 0,0063 м³/с);

V_p – объем жидкости разрыва (V_p = 10 м³);

V_жп – объем жидкости песконосителя (V_жп = 133,33 м³);

V_пр – объем продавочной жидкости (V_пр = 11,98 м³).

Подставив эти данные в формулу, получаем:

Число насосных агрегатов. Количество агрегатов 4АН-700, найдем исходя из их подачи на 1 скорости, при диаметре втулок 100 мм, равной 6,3 л/с при давлении 70 МПа и требуемом расходе жидкости, равном 0,006 м³/с, число агрегатов (при одном резервном) составит:

Выбор пескосмесительного агрегата. Для выполнения ГРП я выбираю пескосмесительный агрегат УС-50-8х8К.

Рис. 2. Установка смесительная УС-50-8х8К

УС-50-8х8К установка смесительная на шасси КамАЗ-43118 (К) с осреднительной емкостью.

Установка предназначена для транспортирования сухих порошкообразных материалов, приготовления, аккумулирования и гомогенизации тампонажных и других растворов.

Таблица 6

Технические характеристики УС-50-8х8К

Вместимость бункера, м^3	6,0
Масса транспортируемого материала, т	8
Количество шнеков дозировочных	2
Вместимость осреднительной емкости, м^3	6,0
Количество мешалок	3
Устройство смешивающее гидровакуумное:
-плотность приготовляемого раствора, г/см^3	1,3-2,4
Продолжение таблицы 6
-наибольшая производительность приготовления раствора плотностью 1,85 г/см^3, дм^3/сек	27
Габаритные размеры, мм	8500х2500х3500
Масса (без транспортируемого материала), кг	12000