Практичне заняття № 2 Вивчення конструкціЙ та вибір обладнання для гідравлічного розриву пласта

4sОсновні теоретичні відомості

ГРП є одним із способів збільшення продуктивності експлуатаційних і приймальності нагнітальних свердловин. ГРП за своєю суттю – це процес впливу на привибійну зону свердловини з метою розширення і поглиблення існуючих та утворення нових тріщин в породах привибійної зони, внаслідок чого збільшується середня проникливість пласта в зоні розповсюдження тріщин і значно покращуються умови припливу пластової рідини.

Про розкриття існуючих або утворення нових тріщин в пласті роблять висновок за графіком зміни подачі і тиску при здійсненні процесу. Утворення нових тріщин харак-теризується падінням тиску при постійному темпі закачування, а при розкритті існуючих тріщин – витрата рідини розриву росте непропорційно росту тиску.

Закачуванням 20-50 м³ рідини розриву при темпі нагні-тання не менше ніж 2 м³/хв. (33,3 дм³/с) досягається розвиток утворених або розкритих тріщин. В якості рідин розриву для нагнітальних свердловин використовують воду, що закачу-ється в пласт або воду з ПАВ і згущену полімерами, а для ви-добувних – нафту, емульсію або спеціальні рідини для ГРП. Рішення про вибір робочих рідин розриву для конкретних умов приймається на основі даних лабораторних випробувань, їх сумісності з породою і пластовою рідиною, що містяться в даному пласті.

Закачуванням піщано-рідинної суміші або кислотного розчину розклинюють тріщини розриву, забезпечуючи збереження їх високої пропускної здатності після завершення процесу і зниження тиску. Тріщини, які утворюються в пласті можуть мати протяжність до декількох десятків метрів.

Загалом процес ГРП складається із наступних операцій: закачування в пласт рідини розриву для утворення тріщин; закачування піщаної суміші, яка призначена для закріплення тріщин; закачування рідини для продавлювання піску в тріщини.

Основними технологічними параметрами ГРП є тиск розриву пласта і темп закачування рідин. Тиск розриву пласта приблизно в 1,5 – 2 рази більший, ніж гідростатичний тиск і визначається конкретними геологічними умовами. Одним із шляхів встановлення тиску розриву пласта є його визначення із умови, що гідродинамічний напір на вибої свердловини повинен подолати тиск вищезалягаючих товщ порід (геостатичний тиск) і границю міцності продуктивної породи на розрив.

Темп закачування рідини, як уже зазначалося, повинен бути не меншим 2 м³/хв. (33,3 дм³/с), а конкретне його значен-ня можна визначити виходячи із приблизного об’єму тріщин, що утворюються при цьому.

Інший шлях встановлення основних технологічних па-раметрів полягає у проведенні випробувань свердловини на приймальність. Для цього в пласт закачують рідину розриву до моменту встановлення стабільного тиску закачування. При цьому заміряють тиск і подачу. Потім темп закачування збіль-шують і знову заміряють ці параметри. Вважають, що в пласті утворилася тріщина, якщо темп закачування рідини зростає без збільшення тиску.

Об’єм рідини розриву і рідини пісконосія визначається умовами проведення ГРП. Об’єм рідини розриву не піддається точному визначенню. Згідно дослідних даних його значення коливається в межах від 5 до 10 м³.

Об’єм рідини пісконосія визначається в залежності від необхідної кількості піску і його концентрації в рідині. Кількість піску, потрібного для розриву теж неможливо визна-чити. Згідно практичних даних його значення коливається в межах 10 – 30 т на один гідророзрив. Концентрація піску за-лежить від в’язкості рідини пісконосія і темпу її закачування. Для нафти в’язкістю 5^.10^-2 Па^.с значення її коливаються в межах від 150 до 300 кг/м³.

Об’єм продавлювальної рідини повинен бути більший на 1,5 – 2 м³ внутрішнього об’єму колони по якій здійснюється закачування рідини.

Для проведення ГРП застосовується комплекс облад-нання, в склад якого входять: насосні і піскозмішувальні агре-гати, автоцистерни, блок маніфольдів, арматура устя свердло-вини, пакер, колона НКТ, станція контролю і управління про-цесом.

Насосні агрегати як правило монтуються на шасі автомобіля і складаються із силового агрегату, коробки швидкостей (на насос), триплунжерного насоса, маніфольда, системи управління насосним агрегатом.

Маніфольд насоса складається із приймальної і нагні-тальної ліній. Приймальний трубопровід дає можливість при-єднати через пробкові крани два допоміжні агрегати. На наг-нітальному трубопроводі встановлений манометр з розподілю-вачем, запобіжний клапан гвіздкового типу, який відрегульо-вується на необхідний тиск в залежності від режиму роботи.

Теоретичні значення подачі і тиску насосного агрегату УН1-630-70А наведені в таблиці 2.2.

Піскозмішувальна установка призначена для транспор-тування піску, приготування піщано-рідинної суміші і подачі її до насосних агрегатів або блоку маніфольдів. Обладнання установки змонтовано на шасі автомобіля і складається із бункера для сухого піску, змішувача для приготування піщано-рідинної суміші, піскового насоса для відбору приготовленої суміші із змішувача і подачі її до насосних агрегатів, робочого і завантажувального шнеків відповідно для заповнення бункера піском і подачі піску із секцій бункера в змішувач. Пісковий насос - відцентровий одноступінчастий. Привід насоса здійснюється від тягового двигуна автомобіля. Характеристика піскового насоса піскозмішувальної установки УСП-50 приведена в таблиці 2.3.

Маніфольд установки складається із приймального і роздавального трубопроводів. Приймальний трубопровід дає можливість з'єднатись з двома автоцистернами. До розда-вального трубопроводу одночасно можуть приєднуватись чотири насосних агрегати.

Автоцистерни призначені для транспортування техно-логічних рідин для ГРП, подачі їх в піскозмішувальні або на-сосні агрегати. Крім того, автоцистерни дозволяють наповню-вати свою цистерну рідиною із іншої ємності та перекачувати рідини обминаючи свою цистерну.

В комплект обладнання автоцистерни входять: транс-портна база, цистерна, насосний блок з трансмісією, мані-фольд та інше допоміжне обладнання. Технічна характерис-тика автоцистерн приведена в таблиці 2.4.

Блок маніфольдів призначений для обв'язки агрегатів між собою і устям свердловини при ГРП. Обладнання блоку маніфольдів змонтовано на шасі автомобіля і включає напірний і приймально-роздавальний колектори, комплект труб з шарнірними з'єднаннями, піднімальну стрілу.

Напірний колектор складається із кованої клапанної коробки з шістьма відводами для під’єднання насосних агрегатів. Клапанна коробка оснащена шістьма зворотними клапанами, які автоматично закривають прохід при зниженні тиску у викидній лінії одного із приєднувальних агрегатів. З однієї сторони до клапанної коробки прикріплений прохідний кран із зубчастим сектором, а з іншої сторони - центральна труба, яка закінчується трійником із запобіжним клапаном гвіздкового типу і двома патрубками з пробковими кранами для приєднання напірних трубопроводів. Крім того, на цен-тральній трубі встановлені давачі контрольно-вимірювальних приладів (манометри, витратоміри).

Приймально-роздавальний колектор служить для подачі робочої рідини до насосних установок. Колектор - це труба з привареними до неї десятьма ніпелями, до яких в свою чергу приєднані пробкові крани. На колекторі встановлений запобіжний клапан багаторазової дії.

Арматура устя служить для обв'язки устя свердловини з насосними установками при ГРП. Складається із трубної і устьової головок та елементів їх обв'язки. Трубна головка призначена для з'єднання з колоною НКТ, яка спущена в свердловину. Для цього арматура укомплектована трьома перевідниками для труб діаметром 60, 73, 89 мм. Трубна головка має три бокові відводи, два з яких з'єднані з насосними агрегатами, а третій - контрольний, призначений для розрядки тиску в свердловині. Устьова головка призначена для герметизації простору між колоною НКТ і експлуатаційною колоною. В корпусі устьової головки розміщена армована гумова манжета, яка герметизує міжтрубний простір і дозволяє здійснити спуск-підйом колони НКТ під тиском. Типорозмір манжет залежить від діаметра колони НКТ. Корпус устьової головки має чотири відводи, два із них робочі, третій - контрольний, призначений для розрядки свердловини, четвертий - для приєднання запобіжного клапана гвіздкового типу, з яким зблокований манометр з розділювачем. Нижньою частиною устьова головка приєднана безпосередньо або через перевідник до колонної обв’язки.

Підземним обладнанням при ГРП служить колона НКТ і пакер. Останній герметизує привибійну зону свердловини та попереджає пошкодження експлуатаційної колони від дії ви-сокого тиску при ГРП.

Самому процесу ГРП передує складання програми робіт з ГРП на свердловині.

При складанні програми робіт необхідно встановити послідовність виконання операцій, починаючи з підготовчих робіт і закінчуючи запуском свердловини, а також вибрати необхідне обладнання і режим його роботи. При наявності декількох варіантів виконання того чи іншого процесу необхідно вибрати найбільш раціональний.

В загальному випадку програма робіт з ГРП на свердловині, що експлуатується установкою штангового свердловинного насоса повинна мати такий вигляд:

1)оПеред виконанням ГРП необхідно відключити привід верстата - качалки, розвантажити колону насосних штанг на устьове обладнання, встановити балансир в положення, при якому можна проводити роботи на усті свердловини, загаль-мувати редуктор.

2)оВстановити підйомну установку біля устя свердло-вини.

3)оДемонтувати устьове обладнання, підняти свердло-винне обладнання (колону насосних штанг, колону НКТ, на-сос).

4)оЗмонтувати устьову головку універсальної устьової арматури, спустити в свердловину колону НКТ і здійснити промивання вибою від бруду і піщаної пробки.

5)оПісля промивки підняти колону НКТ.

6)оРозмістити біля свердловини насосні і піскозмішу-вальні агрегати, автоцистерни, блок маніфольдів, станцію кон-тролю і управління процесом ГРП.

7)оОпустити в свердловину колону НКТ з пакером. Пакер повинен знаходитись на 5 - 10 м вище верхніх отворів перфорації.

8)оПровести гідравлічне випробування пакера на тиск, який перевищує тиск розриву пласта на 30% - 50%.

9)оОбв'язати устя свердловини з блоком маніфольдів.

10)оЗакачати в свердловину рідину для розриву.

11)оПісля утворення тріщин в пласті закачати в свер-дловину рідину - пісконосій.

12)оБез зупинки подачі рідини і зниження тиску після закінчення закачування рідини - пісконосія закачати в свер-дловину продавлю вальну рідину. Устя свердловини закрити до тих пір, поки тиск в колоні НКТ не зменшиться до атмосферного або близького до нього.

13)оДемонтувати наземне обладнання.

14)оЗірвати пакер і підняти колону НКТ з пакером із свердловини.

15)оОпустити в свердловину колону НКТ, провести промивання вибою від піску.

16)оОсвоїти свердловину (викликати приплив пластової рідини у свердловині).

5sМетодичні рекомендації

5.1оТиск розриву пласта за одним із способів визнача-ється за формулою

(2.1)

де - вертикальний гірський тиск, Па;

- пластовий тиск, Па;

- границя міцності продуктивної породи на розрив в умовах всестороннього стиску, Па; ( = 1,5 -3 МПа).

Вертикальний гірський тиск визначається за формулою

(2.2)

де - глибина залягання пласта (нижній отвір фільтра), м;

- середня густина вищезалягаючих порід, кг/м³; ( кг/м³ ).

5.2оТиск нагнітання на усті свердловини, який необхід-ний для створення тиску розриву визначається за формулою

Па, (2.3)

де _р - густина рідини розриву, кг/м³;

- втрати тиску в трубах, Па.

Втрати тиску на тертя в трубах оцінюють за формулою Дарсі -Вейсбаха

Па, (2.4)

де - коефіцієнт місцевих опорів; для робочих рідин розриву і темпів їх закачування ;

- швидкість руху рідини в трубах, м/с;

- діаметр труб, м.

5.3оОб’єм рідини пісконосія за відомою кількістю піску, що необхідно закачати, та концентрацією його у рідині пісконосію складає

, (2.5)

де - кількістю піску, що необхідно закачати, кг;

- концентрація піску в рідині, кг/м³.

5.4оНеобхідна кількість насосних агрегатів визначається за формулою

, (2.6)

де - тиск нагнітання на усті свердловини;

- темп закачування рідини розриву;

- робочий тиск агрегату;

- подача агрегату при робочому тиску;

- коефіцієнт технічного стану агрегату, взалежності від терміну служби агрегату = 0,7 - 0,8.

6sПорядок проведення заняття

6.1оЗгідно варіанту (табл. 2.1), погодженого з викла-дачем, вибрати та проаналізувати вихідні дані.

6.2оВстановити основні параметри процесу ГРП (тиск розриву пласта і відповідно необхідний тиск на усті свердловини та темп закачування рідини розриву).

6.3оВизначити об’єм рідини пісконосія, об’єм продавлю- вальної рідини і вибрати технічні засоби для їх транспор-тування та забезпечення технологічного процесу.

6.4оВизначити кількість насосних агрегатів і вибрати раціональний режим їх роботи. При цьому забезпечити темп нагнітання не менший, ніж 2 м³/хв. (33,3 дм³/с).

6.5оВизначити кількість піскозмішувальних агрегатів.

6.6оВизначити тривалість процесу ГРП.

6.7оСкласти принципову схему комплексу обладнання для ГРП, використовуючи умовні позначення (рис.2.1) і нумерацію запірних пристроїв, вказавши функціональну можливість всіх технічних засобів, які використовуються при цьому.

6.8оНа основі схеми скласти план проведення процесу. В план робіт включити підготовчо-заключні роботи, гідравлічне випробування обладнання із зазначенням відповідних параметрів.

Таблиця 2.2 – Теоретичні значення подачі і тиску агрегату УН1-630-70А

Швид-кість	Число двійних ходів насоса, хв. -1	Діаметр змінних плунжерів насоса, мм
		100		120
		Ідеальна подача, дм3/с	Тиск, МПа	Ідеальна подача, дм3/с	Тиск, МПа
1 2 3 4	80 109 153 192	6,3 8,5 12,0 15,0	70 54 38 30,5	9 12,3 17,3 22,0	51 37,5 26,6 21,0

Таблиця 2.3 – Технічна характеристика піскового насоса установки УСП-50

Подача, дм3/с	20	45	70
Тиск, МПа	0,3	0,28	0,22
Густина суміші, кг/м3	2000	1500	1200

Таблиця 2.3 – Технічна характеристика автоцис-терн

Тип автоцистерни	ППЦ-23	АЦ-10	АЦН-11-57	АЦН-7,5-5334	ЦР-7АП
Монтажна база	КрАЗ-257Б1 з при-чіпом	КАМАЗ- 53212	КрАЗ-257Б1	МАЗ-5334	КрАЗ-257Б1
Вмістимість цистерни, м3	23	10	10	7	7
Тип насоса	відцентровий
Максимальна подача, дм3/с	33	12,5	25	25	25
Максимальний тиск, МПа	0,93	0,55	0,54	0,54	0,54
Маса цистерни з вантажем, кг	38850	18385	22600	15325	19035

а)інасосний агрегат;

б)іпіскозмішувальний агрегат;

в)іавтоцистерна;

г)іблок маніфольдів (1-напірний колектор, 2-прий-мально-роздавальний колектор);

д)іустьове і свердловинне обладнання (1-трубна голов-ка, 2-устьова головка, 3-колона НКТ, 4-пакер).

Рисунок 2.1 – Умовні позначення обладнання для ГРП