2.9 Схема обвязки скважины

ГРП проводят при высоких устьевых давлениях, поэтому перед его проведением необходимо опрессовать НКТ, проверить герметичность пакера, заполнить затрубное пространство ингибитором, установить устьевой пакер в случае, когда давление на устье превышает допустимое рабочее давление арматуры, провести расчёт на прочность НКТ.

На рисунке 6 приведена схема обвязки технологического оборудования с устьем скважины при проведении ГРП.

1 – скважина; 2 – обратный клапан; 3 – насос высокого давления;

4 – насос высокого давления для закачки жидкости в затрубное пространство;

5 – смеситель; 6 – дозатор песка (проппанта);

7 – ёмкость с рабочей жидкостью; 8 – ёмкость для жидкости продавливания;

9 – ёмкость для затрубной жидкости

Рисунок 6 – Схема обвязки устья скважины при проведении ГРП

Рабочая жидкость через обратный клапан 2 нагнетается в скважину 1 насосными агрегатами высокого давления 3 из ёмкости 7 через смеситель 5, в который вместе с рабочей жидкостью могут подаваться различные добавки, например, понизители трения, загустители и песок (проппант) дозатором 6. В затрубное пространство насосом 4 из ёмкости 9 подается специальная жидкость или ингибитор.

В начале и в конце ГРП скважина может быть заполнена жидкостью, отличающейся от рабочей, которая закачивается через смеситель 5 из ёмкости 8.

Пример расчёта

В примере расчёта использованы исходные данные скважины

№ 12286 Уренгойского газоконденсатного месторождения:

1. Характеристика пласта:

– пластовое давление Р_пл = 16,79 МПа;

– глубина залегания 2640-2701 м;

– эффективная толщина Н_эф = 29,3 м;

– проницаемость К_пр = 75 мм²;

– пористость m = 0,165;

– температура нейтрального слоя, Т_нс = – 3 °С;

– глубина нейтрального слоя L_н = 35 м;

– температура пласта T_пл = 75 °С;

– средняя плотность породы р_п = 2600 кг/м³;

– удельная поверхностная энергия  = 500 Дж/м²;

– постоянная Биотта _б = 0,8.

2. Конструкция скважины:

– диаметры эксплуатационной колонны:

внутренний Д_в = 150 мм;

наружный Д_н = 168 мм;

– диаметры НКТ:

внутренний d_в = 76 мм;

наружный d_н = 89 мм;

– количество перфорационных отверстий на 1 м: N_п = 15;

– диаметр перфорационных отверстий: d_п = 0,03 м;

– предел текучести стали НКТ: G_т = 552 МПа;

– длина НКТ: L = 2670 м;

– величина предварительного натяжения НКТ: 10000 Н.

3. Свойства жидкости:

Рабочая жидкость – гель (2-процентный раствор ОЭЦ, сшитый 0,01 % хромкалиевых квасцов):

– реологические параметры геля: К = 0,0025 Па  с; n = 0,68;

– плотность геля _г = 1000 кг/м³;

– коэффициент утечки геля в поровое пространство  = 0,0157 м;

– температура жидкости на устье Т_уст = 10 °С.

Продавочная жидкость – метанол:

плотность _пр = 800 кг/м³;

вязкость _п = 0,8 мПа  с.

Жидкость затрубная во время обработки пласта:

плотность _зат = 800 кг/м³.

Давление на устье в НКТ во время обработки принимаем равным допустимому для установленной арматуры Р_уст = 35,0 МПа, а при установке «Tree saver» (устьевого пакера) Р_уст = 50,0 МПа. Давление на устье в затрубном пространстве Р_зат = 20 МПа.

Рассчитанное по формуле (1) давление начала ГРП составляет 43,2 МПа, а горизонтальная составляющая горного давления – 32,9 МПа.

Модуль Юнга вычисляется по формуле (4) и равняется 16170 МПа, коэффициент Пуассона вычисляется по формуле (5) и составляет 0,22.

Скорость закачки определяем по формуле (11) для ньютоновской жидкости и по формуле (13) для неньютоновской жидкости.

При оценке гидростатического давления в формуле (20) вместо _ж подставляем _см, определяемое по формуле (21). При концентрации песка 300 кг/м³ плотность смеси составляет _см = 1168 кг/м³, а потери на трение Р₁ = 22,4 при Р_уст = 35 МПа, а Р_тр = 37,4 при Р_уст = 50 МПа. После определения потерь на трение при заданных давлениях на устье скорость закачивания геля составляет:

при Р_уст = 35 МПа – 1,3 м³/мин;

при Р_уст = 50 МПа – 1,8 м³/мин.

Скорость закачивания (ньютоновской) продавочной жидкости составила:

при Р_уст = 35 МПа – 1,8 м³/мин;

при Р_уст = 50 МПа – 2,6 м³/мин.

Так как радиус загрязненной зоны, оцененный по [8], составляет  3 м, то получаем длину трещины 10 м, равной примерно трём радиусам.

Объём рабочей жидкости (геля) при принятой длине трещины L = 10 м определяется решением уравнений (22-25), Q_жз = 25,4 м³. Объём продавочной жидкости принимаем 1,2 объёма НКТ: Q_пр = 14,5 м³, а Q_общ = 39,9 м³.

Объём проппанта при его концентрации 300 кг/м³ вычисляется по формуле (33); G_пр = 7,65 тонн или 4 м³. При этом ширина трещины на момент её закрытия определяется по формуле (34); W_тр = 7 мм.

Изменение длины НКТ при проведении ГРП вычисляется по формулам (35, 36, 37, 38, 42, 43, 45, 46) для двух вариантов устьевых давлений.

При Р_уст = 35 МПа

во время закачки L = – 0,45 м;

в момент остановки L = – 5,00 м.

При Р_уст = 50 МПа

во время закачки L = – 0,20 м;

в момент остановки L = – 5,01 м.

Значения усилий, рассчитанные по формулам (48, 50, 51 и 52), представлены в виде таблицы 3.

Таблица 3 – Значения усилий

Значения усилий, тонн	при Руст = 35 МПа		при Руст = 50 МПа
	при закачке	при остановке	при закачке	при остановке
Растяжение НКТ на устье	24,40	49,70	21,70	49,85
Растяжение НКТ на забое	0,14	25,46	– 2,56	25,57
Нагрузка НКТ на пакер	4,59	35,05	1,95	35,16
Нагрузка пакера на эксплуатационную колонну	42,18	72,60	39,50	72,70

Допустимое усилие НКТ вычисляют по формуле (54), которое составляет 82,67 тонн.

Следовательно, усилия, действующие на НКТ, не превышают допустимые. Таким образом, для получения длины трещины 10 м в скважину необходимо закачать:

 буферной жидкости – 12-15 м³;

 рабочей жидкости (геля) – 25,5 м³;

 продавочной жидкости – 14,5 м³;

 проппанта (песка) – 4 м³.

При закачивании рабочей жидкости насосные агрегаты высокого давления должны обеспечить расход геля 1,8 м³/мин при давлении 50 МПа, а также расход продавочной жидкости 2,6 м³/мин.

Для сравнения приводим результаты расчётов объёма и скорости закачивания при использовании ньютоновской жидкости с вязкостью 100 МПа  с для образования трещины тех же размеров:

при Р_уст = 35 МПа объём рабочей жидкости составит 110 м³ при скорости закачки 2 м³/мин;

при Р_уст = 50 МПа объём рабочей жидкости составит 85 м³ при скорости закачки 2,5 м³/мин.

Следовательно, при проведении ГРП наиболее целесообразно использовать насосные агрегаты с более высоким давлением и производительностью, так как при этом требуется меньше рабочей жидкости.