3.6 Расчет процесса грп для условий пласта а3 Покровского месторождения.

В соответствии с заданием нами выполнены технологические расчеты процесса ГРП для характерных добывающих скважин пласта А₃ Покровского месторождения, скважин № 641 и 217.

Характеристики скважин и необходимые исходные данные приведены ниже. Таблица 3.9

Показатель	Обозначение	№285	№296
Глубина скважины, м.	L	1573,4	1551,5
Диаметр по долоту, м.	D	0,25	0,273
Вскрытая толщина пласта, м.	h	18	8
Средняя проницаемость, 10^-12м^2.	k	0,08	0,05
Модуль упругости пород, МПа.	E	10^4	10^4
Коэффициент Пуассона	v	0,3	0,3
Средняя плотность пород над продуктивным пластом, кг/м^3.	p	2600	2500
Плотность нефти, кг/м^3	p	840	860
Плотность пластовой воды, кг/м^3	p	1160	1160
Обводненность, %	n	32	32
Плотность жидкости разрыва, кг/м^3	p	930	900
Содержание песка на 1 м^3 жидкости-песконосителя, кг/м^3	G	300	400
Фракции кварцевого песка, мм.		0.8-1.2	0.8-1.2
Темп закачки, л/с.	Q	12	12
Вязкость жидкости разрыва, мПа*с	μ	200	200

Вертикальная составляющая горного давления:

p_гв = ρ_пgL =2500 · 9,81 · 1551,5 ·10^-6 = 46,60 МПа

Горизонтальная составляющая горного давления:

р_г = р_гв ν /(1 – ν) = 46,60 · 0,3/(1 – 0,3) = 19,97 МПа

В подобных условиях при ГРП следует ожидать образования вертикальной трещины.

Запроектируем гидроразрыв нефильтрующейся жидкостью. В качестве жидкости разрыва и жидкости-песконосителя используем загущенную нефть с добавкой асфальтита плотностью ρ_н=900 кг/м³, вязкостью μ=200 мПа·с. Содержание песка принимаем С_п=400 кг на 1 м³ жидкости-песконосителя, для расклинивания трещины запланируем закачку примерно 3 т кварцевого песка фракции 0,8-1,2 мм, темп закачки Q=12 л/с, что значительно больше минимально допустимого при создании вертикальных трещин.

При ГРП непрерывно закачивают жидкость разрыва в объеме 1 м³ и жидкость-песконоситель в объеме 9 м³, которая одновременно является и жидкостью разрыва.

Для определения параметров трещины используются формулы, вытекающие из упрощенной методики Ю.П.Желтова. Оценим сначала ширину трещины после закачки 1 м³ жидкости разрыва, для чего определим давление на забое р_заб в этот момент времени по формуле

р_заб/р_г (р_заб/р_г – 1)³ = 5,25Е²Qμ / [(1 – ν²)² р_г ³V_ж) = 5,25 (10¹⁰)² х

12 ·10^-3 · 0,2/(1 – 0,3²)² (19,97 ·10⁶)³ ·1] = 2,03 · 10^-4 (1)

р_заб/р_г =1,073, р_заб = 19,97 · 1,073 = 21,42 МПа

В (1) V_ж – объем жидкости, находящейся в трещине

V_ж = Qt + V_o (2)

где Q – расход закачиваемой жидкости, t - время закачки, V_o – объем жидкости, находившейся в трещине до гидроразрыва.

Здесь и в дальнейшем принято V_o = 0.

Длина трещины после закачки V_ж = 1 м³.

l = V_жЕ/[5,6 (1- ν²) h (р_заб – р_г)] =

=∙10¹⁰/[5,6 (1 – 0,3²) 8 (21,42 – 19,97) 10⁶] =13,0 м (3)

Раскрытость или ширина трещины

ω = 4 (1 - ν ²) l (р_заб – р_г)/Е = 4 (1 – 0,3²) 13,0 (21,42 – 19,97) 10⁶/10¹⁰ =

= 0,0069 м = 6,9 мм (4)

Раскрытость трещины вполне достаточна, чтобы песок фракции 0,8 – 1,2 мм поступал в нее при закачке следующей порции жидкости разрыва (9 м³), являющейся одновременно и жидкостью-песконосителем.

Объемная доля песка в смеси:

n_о=(G/ρ_пес)/( G/ρ_пес + 1)=(300/3200) /(300/3200 + 1) = 0,102

где G – масса песка, приходящаяся на 1м³ жидкости, кг;

ρ_пес – плотность песка 3200 кг/м³

Вязкость жидкости-песконосителя определим по формуле:

μ_ж = μ ехр (3,18 n_о) = 200 ехр (3,18 · 0,102) = 267 мПа · с (5)

Давление на забое скважины в конце гидроразрыва (после закачки 10 м³ жидкости в трещину) определим по (1):

р_заб/р_г (р_заб/р_г – 1)³ = 5,25 (10¹⁰)² 12 · 10^-3 · 0,28/(1 – 0,3²)² (19,97 · 10⁶)³ · 10 = =0,284·10^-4

р_заб / р_г = 1,045, р_заб = 20,87 МПа

Длину трещины по (3):

l =√ 10 ∙10¹⁰/[5,6 (1 – 0,3²) 8 (20,87 – 19,97) 10⁶ ] = 53,4 м

Ширину трещины по (4):

ω = 4 (1 – 0,3²) 53,4 (20,87 – 19,97) 10⁶/10¹⁰= 0,0174 м = 1,74 см

Жидкость-песконоситель распространилась в трещине на расстоянии от скважины, примерно равном 90% ее длины, т.е. l₁ = 0,9 l =48,06 м.

После снятия давления трещина закрывается неполностью на интервале, в котором находилась жидкость-песконоситель. Принимая пористость песка в трещине после ее закрытия m=0,3, определим остаточную ширину трещины:

ω₁ = ωn_о/(1 – m) = 1,74 · 0,102/(1 – 0,3) = 0,25 см (6)

Проницаемость трещины такой ширины:

κ_т= ω₁²/12 = 0,0025²/12 = 0,52 ·10^-6 м²

Среднюю проницаемость в призабойной зоне при вертикальной трещине определяем по формуле

κ₁=[(πD – ω₁) κ + ω₁ κ₁]/ (πD) = [(3,14 · 0,273 – 0,0025) 0,05 · 10^-12 + 0,0025 · 0,52 · 10^-6]/3,14 · 0,273) = 1517 · 10^-12 м² (7)

Средняя проницаемость пласта при наличии вертикальной трещины будет уменьшаться с возрастанием расстояния от скважины. При ее оценке примем ширину трещины после смыкания одинаковой на любом расстоянии от скважины, а ее проницаемость неизменной. Тогда по (7) средняя проницаемость на расстоянии 1 м от скважины будет

κ₁= [ (3,14 ·2,27 – 0,0025) 0,05 · 10^-12 + 0,0025 ·0,52 ·10^-6)] / (3,14 ·2,27) =

= 182,4 · 10^-12м²

а на расстоянии, равном радиусу раскрытости l₁ трещины κ₁=4,04 · 10^-12 м²

Как видно из расчетов, в области распространения трещины средняя проницаемость почти повсеместно больше, чем на два порядка превышает проницаемость пласта. Поэтому приток в скважину будет в основном происходить по трещине с направления, в котором трещина получила развитие.

Гидроразрыв будем проводить через насосно-компрессорные трубы с внутренним диаметром d=0,073 м, изолируя продуктивный пласт пакером с гидравлическим якорем.

Определим параметры ГРП.

1. Потери давления на трение при движении жидкости-песконосителя по НКТ.

Плотность жидкости-песконосителя:

ρ_ж = ρ_н (1- n_о) + ρ_пес n_о = 900 (1 – 0,102) + 3200 ∙ 0,102 = 1135 кг/м³

Число Рейнольдса:

Re = 4 Q ρ_ж/πdµ_ж) = 4 · 12 · 10^-3 ·1135/(3,14 ·0,073 ·0,0267) = 890

Коэффициент гидравлического сопротивления:

λ = 64/ Re = 64/890 = 0,071.

По Ю.В.Желтову, при наличии песка в жидкости при Re>200 происходит ранняя турбулизация потока, и потери на трение при Re=890 и n_о=0,102 возрастают в 1,52 раза:

р_т=1,52λ 16 Q²L/2π ²d ⁵ · р_ж = 1,52 · 0,071 · 16² · 12² · 10^-6 · 1551,5 1135/

/2· 3,14² · 0,073⁵ = 13,12 МПа

2. Давление, которое нужно создать на устье при гидроразрыве:

р_у = р_заб - ρ_жgL + p_т = 21,42 – 1135 · 9,81 · 1551,5 ·10^-6 +13,12 = 13,39 МПа

3. Рабочие жидкости гидроразрыва в скважину закачивают насосными агрегатами 4АН-700.

Необходимое число насосных агрегатов:

N = р_уQ/(р_аQ_aκ_тс) + 1 = 13,9 · 12/(29 ·14,6 ·0,8) + 1 = 2

где р_а - рабочее давление агрегата; Q_a – подача агрегата при этом давлении; κ_тс – коэффициент технического состояния агрегата в зависимости от срока службы κ_тс=0,5-0,8.

4. Объем жидкости для продавки жидкости-песконосителя:

V_п = 0,785d²L = 0,785 · 0,073² · 1551,5 = 7,95 м³

5. Продолжительность гидроразрыва одним агрегатом при работе его на III скорости:

t = (V_ж + V_п)/ Q_a = (10 +7,95)/(11,6 · 10^-3 · 60) = 26 мин.

Аналогично был произведен расчет и для скважины № 641: ширина трещины после закачки жидкости разрыва в объеме 1м³ составила – 8,67м, раскрытость – 4,6м; вязкость жидкости – песконосителя составила – 280мПа; остаточная ширина трещины после гидроразрыва – 3,3м; средняя проницаемость – 1285,8*10^-12м²; необходимое число насосных агрегатов – 2; продолжительность гидроразрыва составила 24 мин.

Наряду с инженерной методикой были выполнены расчеты для скважин № 641 и № 217 Покровского месторождения с использованием компьютерной программы Майера. Результаты работы скважин № 641 и № 217 Покровского месторождения до и после ГРП приведены в табл. 3.10

Сравнение результатов работы скважин № 641 и № 217 Покровскогого месторождения до и после ГРП показывает, что по скважине № 641 произошло увеличение дебита после ГРП по жидкости в 3 раза, по нефти – 3,75 раза, а по скважине № 217 соответственно по жидкости в 4 раз, по нефти в 4 раз.

Выводы: Анализ сравнения результатов работы скважин № 641 и № 217 Покровского месторождения и сравнение расчетных и фактических технологических показателей скважин наглядно иллюстрирует, что методика Майера обеспечивает удовлетворительное согласование расчетных технологических параметров с фактическими, что позволяет рекомендовать ее на месторождениях ОАО «Оренбургнефть».