Анализ эффективности проведения гидравлического разрыва пласта на Усть-Балыкском месторождении

При выборе кандидатов для ГРП необходимо сделать следующие шаги:

· сбор данных о характеристиках пласта и конструкции скважины;

· определение потенциала скважины;

· оценка технического состояния скважины;

· расчет дизайна ГРП.

Сбор данных.

При анализе поведения ГРП на данной скважине очень важна вся ее история, так как каждое событие может повлиять на тип необходимого воздействия на пласт. История добычи также может говорить о вероятности успеха проведения ГРП. Важные источники информации представлены в таблице 4.1.

Таблица 4.1. - Источники данных о пласте и скважине.

Анализ разработки пласта.

Анализ разработки пласта включает в себя определение степени выработки запасов, увеличения продуктивности в результате ГРП, предполагаемого влияния на газовый фактор или водонефтяной фактор, геологии и свойств горных пород продуктивного интервала и прилегающих к нему пластов, влияния трещины на ближайшие скважины и обзор другой имеющейся информации.

Текущие условия эксплуатации скважины влияют на результат проведения каждого ГРП. Поэтому, наличие более полной информацией о пласте необходимо для выбора кандидатов для проведения ГРП. Некоторые параметры должны быть рассмотрены в обязательном порядке:

· высокие газонефтяной или водонефтяной факторы;

· интерференция с соседними скважинами;

· геомеханические барьеры (включая литологические барьеры и горные напряжения);

· причина низкой продуктивности.

Высокие газонефтяной или водонефтяной факторы.

Система трещин, сообщающаяся с продуктивным интервалом, позволяет повысить продуктивность скважины. Так или иначе, если трещина затрагивает соседние интервалы (вторжение в водонасыщенную зону) или прорывается в газовую шапку, то вскоре вероятно возникновение проблем при добыче.

Как правило, если газовый фактор или обводненность высокие, после проведения ГРП они будут увеличиваться. После установления притока из нежелательных зон, как правило, невозможно изолировать дополнительную добычу воды или газа. Это очень важный момент, потому что высокая обводненность или раннее истощение газовой шапки может пагубно повлиять на дальнейшую добычу из пласта.

Интерференция скважин.

Глубина проникновения трещины в пласт может повлиять на соседние скважины (в зависимости от их расположения). Это происходит, когда созданная трещина контактирует с системой трещин соседних скважин. Поэтому знание вероятного азимута образования трещины и определение объема воздействия важно, особенно на месторождениях, разбуренных по плотной сетке. По этой причине при выборе расстояния между скважинами нужно учитывать длину трещины и ее азимут для минимизации интерференции скважин и для увеличения коэффициента извлечения.

Геомеханические барьеры.

Развитие трещины при проведении ГРП зависит от двух факторов:

1) естественных горных напряжений;

2) свойств горных пород. Эти характеристики должны быть рассмотрены при планировании ГРП.

Из лабораторных и полевых исследований известно, что определенным типам горных пород соответствуют особые свойства. Например, более плотные глины реагируют на давление разрыва иначе, чем песчаники или известняки. Свойства горных пород (модуль упругости Юнга, коэффициента Пуассона и предел прочности на разрыв) влияют на их поведение при проведении ГРП. Когда трещина развивается из продуктивного интервала в зону плотных глин (или известняков), скорость развития трещины будет меняться в зависимости от свойств горных пород. Обычно, более плотные непроницаемые зоны ограничивают вертикальную трещину, или, по крайней мере, снижают скорость развития трещины.

Было сказано, что горные напряжения (в особенности, уhorizontal) значительно больше влияют на рост трещины в высоту, чем свойства горных пород. Для моделирования процесса развития трещины (длина, высота и ширина) были разработаны модели, основанные на трехмерной геометрии трещины. Одной из наиболее важных входных величин в трехмерной модели является профиль напряжений горных пород.

В настоящее время напряжения горных пород определяются из акустического каротажа (такого как дипольный акустический каротаж, включающий в себя измерение скорости распространения поперечной и продольной волн через исследуемый образец породы). Несмотря на то, что это каротаж намного дороже, чем обычный, он дает бесценную информацию, касающуюся вероятности роста высоты трещины и относительную вероятность трещинообразования в скважинах, законченных на несколько продуктивных пластов. Может оказаться достаточным проведение однократного дипольного акустического каротажа для получения профиля горных напряжений, которые могут быть использованы для остальных скважин данного месторождения.

Для оценки высоты трещины сервисные компании создают модели, использующие акустические исследования и свойства горных пород. Такие модели дают информацию, касающуюся степени роста трещины в ширину при изменении давления разрыва.

Измерение высоты трещины используют для оценки эффективности проведенного ГРП, а также для оценки эффективности перемычек. Методы оценки высоты трещины (на забое) включают в себя использование меченых атомов при закачке жидкости и проппанта, измерение профиля температуры и микросейсмические исследования.

Хотя литология пласта и горные напряжения оказывают доминирующее влияние на высоту созданной трещины, существуют и другие факторы, оказывающие дополнительное влияние на этот процесс. Например, ширина трещины является функцией вязкости жидкости, скорости и объема закачки. месторождение нефтеотдача гидравлический пласт

Выявление причин низкой продуктивности.

Перед применением ГРП для повышения производительности скважин необходимо выявить причину ее низкой продуктивности.В основном существует три причины:

· низкая проницаемость пласта;

· загрязнение пласта;

· истощение пласта;

Низкая проницаемость пласта.

Способность породы доставлять к скважине нефть или газ зависит от ее пропускной способности kh. Обычно проницаемость пласта менее 1,0 мД считается низкой, в некоторых газовых залежах существует проницаемости менее 0,01 мД.

Многие породы имеют аномальные пластовые давления (градиент порового давления более 0,5 psi/фут), но могут обеспечивать лишь небольшие дебиты из - за ограниченной проницаемости.

Загрязнение пласта.

Существует множество источников загрязнения призабойной зоны пласта добывающей скважины. Загрязнение служит причиной низкой продуктивности скважин из - за снижения проницаемости.

Существуют следующие типы загрязнений призабойной зоны и причины ухудшения проницаемости пласта:

· закупорка пор глинами и мелкими частицами;

· закупорка перфорационных отверстий;

· образование эмульсий;

· эффекты относительной проницаемости;

· отложения асфальтенов, парафинов и солей;

· загрязнение пласта буровым раствором.

Во многих случаях загрязнение призабойной зоны может быть удалено при помощи кислотной обработки. Такой тип воздействия предназначен для растворения загрязняющих пласт веществ при помощи кислоты и органических растворителей. Гидравлический разрыв пласта может быть использован при присутствии интенсивного загрязнения, которое не может быть эффективно удалено при помощи кислотной обработки. В таком случае создание трещины сводит к минимуму влияние поврежденной зоны на приток к скважине.

Истощение пласта.

Уровень добычи углеводородов из пласта снижается с течением времени. В конечном счете, даже дебит лучших скважин падает до экономического предела. Воздействие на пласт путем ГРП обычно имеет ограниченный успех в частично истощенных резервуарах (в зависимости от степени истощенности), хотя и позволяет извлечь оставшиеся запасы в ускоренном темпе. Так как пластовое давление в таких скважинах низкое, добыча после ГРП (рабочих жидкостей из пласта) обычно занимает достаточно большой промежуток времени даже при использовании активированных жидкостей (насыщенных азотом или углекислым газом).

Оценка свойств пласта и степени его загрязнения.

· проницаемость пласта, k;

· загрязнение призабойной зоны (скин - эффект).

ГРП является эффективным методом создания высокопроводящего канала, обеспечивающего приток флюидов к скважине через загрязненную зону. Зависимости, рассмотренные в начале данного курса, могут быть использованы для оценки потенциальной прибыли от мероприятий по ликвидации влияния положительного скин - фактора на продуктивность скважины.

Технический анализ.

Технический анализ включает в себя возраст и техническое состояние НКТ, подземного и устьевого оборудования. Все оборудование должно выдерживать рабочие давления. После анализа свойств пласта и расчета потенциального прироста дебита скважины осуществляются расчеты максимальных рабочих давлений необходимых для проведения ГРП.

Во время проведения ГРП осуществляется закачка жидкости при высоких скоростях и давлениях для создания трещины и ее дальнейшего развития. Устьевое оборудование, колонны труб (включая обсадные, если подвержены нагрузке) и подземное оборудование должно выдерживать механическую нагрузку, прилагаемую при проведении операции.

Рабочее давление НКТ, обсадных колонн, устьевого и подземного оборудования должно быть сопоставлено с максимальным давлением, необходимым для проведения ГРП. Если какое - то оборудование не способно выдерживать предполагаемое рабочее давление, необходимо его заменить, ограничить рабочее давление или не рекомендовать данную скважину для проведения ГРП.

Первичная и восстановленная целостность цементного кольца.

Для обеспечения закачки жидкости в продуктивный интервал необходимо наличие хорошего цементного кольца. В некоторых случаях рабочая жидкость, находящаяся под большим давлением, может мигрировать через заколонное пространство в другие интервалы. Когда качество цемента сомнительно, желательно провести акустический каротаж для проверки качества цемента. Температурный каротаж, проведенный во время бурения или заканчивания скважины, может служить источником информации, дающей координаты верхней границы цементного кольца.

Иногда необходимо проведение вторичного или исправительного цементирования для ликвидации возможности заколонных перетоков. Так как процесс цементирования обычно включает в себя закачку цемента через перфорационные отверстия, должны быть приняты меры предосторожности при проведении ГРП с большими рабочими давлениями. Когда это возможно, необходимо изолирование зацементированных участков с помощью пакера. Если зацементированная зона находится ниже продуктивного интервала, она может быть изолирована с помощью разбуриваемой пробки - моста или песчаной пробки. Если невозможно изолировать зацементированный интервал, необходимо провести опрессовку, чтобы удостовериться в его герметичности.

4.2 Подготовка скважины к ГРП

Разрыв породы и характер развития трещины в различных типах пород отличаются. Давление разрыва и развития трещины обычно измеряются при проведении информационного ГРП (такого как Data Frac или Minifrac), проводимого перед основным ГРП.

Находим вертикальную составляющую горного давления:

Ргв=пqLE;

где п - плотность горных пород под продуктивным пластом, Е - модуль упругости пород (1 - 2)10 - 4;

Ргв=26009,81238010 - 6=60,7 Мпа.

Находим горизонтальную составляющую горного давления:

Ргг=Ргв(/1 - );

где =0,3.

Ргг=60,7 (0,3/1 - 0,3)=26 Мпа.

В данном случае в условиях пласта образуются вертикальные трещины.

Рассчитываем рабочее забойное давление при ГРП

РГРП. З=(пНр)

где - коэффициент, учитывающий необходимое превышение забойного давления над давлением разрыва (=1,2 - 1,4).

РГРП. З=(0,023х2230х9)х1,4=64,6 МПа.

Расчет устьевого расчетного давления ГРП:

РГРП. У=РГРП.З - Рст+Ртр;

где Рст - статическое давление столба жидкости в скважине, Р ч ст=0,0101 Мпа/м, Рст=Р ч стН, Рст=0,0101х2230=22,5 Мпа, Ртр - потери давления на трение при ГРП:

,

где - коэффициент гидравлического сопротивления;

А - коэффициент учитывающий увеличение сопротивления вызываемого ранней турбулизацией потока вследствие наличия песка.

А=1,46.

Находим число Рейнольдса:

Re=4Gж/dж;

где ж=0,285 сП - эффективна вязкость жидкости песконосителя, ж - плотность жидкости песконосителя, ж=(1 - п0)+ аопо; (4.7),

о - плотность основы - 1 г/см2; а - плотность расклинивающего агента, а=2,7 г/см2; по - объем его содержания в жидкости.

ж=1(1 - 0,26)+2,7х0,25=1,42 г/см3.

Число Re при G=4 м3/мин.

Re=4х4х1,42/3,14х0,076х0,285=378>200;

Находим устьевое рабочее давление:

РГРП у=46,4 МПа.

Рассчитываем Ртр по градиенту потерь давления на трение:

Ртр=0,0016 МПа.

Ртр=РтрН=3,5 Мпа (4.8),

Найдем устьевое рабочее давление по градиенту:

РГРП у=45,6 МПа.

Для производства ГРП используем насосный агрегат Т - 800 производства США. Мощностью - 2500 л/с, трех плунжерный насос с диаметром плунжера 5”, обороты двигателя на III скорости:

Ga=1,08 м3/мин, Ра=78 МПа.

Примем n=3 + 1 резерв.

Для производства ГРП требуется 4 агрегата Т - 800.

Определяем объем буферной жидкости, исходя из опыта работ на данном месторождении равной 4 м3.

Для заливания применяют следующие химреагенты:

VQA - 1 - загеливатель -4кг/м3.

BXL - 10 - образователь песконесущей структуры 2 л/м3, снижает гидравлическое сопротивление. Расход химреагентов ведется по полному объему жидкости.

Для эффективного заполнения трещины песком с учетом инфильтрации необходимо не менее 70% жидкости - песконосителя от объема буферной жидкости.

Vж. пн=300х70/100=21 м3/мин.

Наземные операции при проведения ГРП

Перед началом операции ГРП все поверхностное оборудование должно быть осмотрено и опрессовано до величин давления, превосходящих предполагаемое рабочее устьевое давление на 1000 psi. Любое неисправное оборудование должно быть заменено.

После монтажа и проверки оборудования дается разрешение на начало операции. Далее представлены основные этапы процесса ГРП и необходимые меры предосторожности:

Трехцилиндровые насосы заполняются блендером. В затрубную линию устанавливаются предохранительные клапаны. Запускается насос, предназначенный для поддержания давления в затрубном пространстве.

После заполнения насосов проводится опрессовка нагнетательных линий до давлений, превышающих максимально допустимое на 1000 psi (при закрытой устьевой задвижке). Наблюдение за давлением производят в течение 5 минут. Если наблюдается хорошая герметичность соединений и клапанов, кривая изменения давления при опрессовке должна представлять собой горизонтальную линию. Все утечки должны быть устранены, а неисправные элементы заменены. Для дальнейшего проведения операции необходимо одобрение результатов опрессовки супервайзерами добывающей и сервисной компаний.

После опрессовки оборудования необходимо стравить давление до уровня, превышающего давление закрытой скважины на 500 psi.

При положительном давлении на устье открывается линейная задвижка, и начинается процесс закачки.

Если данная скважина является газовой (особенно если скважина давала приток незадолго до проведения ГРП), необходимо наполнить ее жидкостью для создания гидравлического давления, необходимого для воздействия на породу через перфорационные отверстия.

После проведения нагнетательного теста и сбора необходимой информации, производятся необходимые изменения в основном ГРП (например, увеличение / уменьшение объема подушки и т.д.).

4.4 Оборудование, применяемое для ГРП