4. Давление гидроразрыва

Это давление, при котором нарушается целостность горной породы в стенках скважины за счет разрушения скелетной решетки пласта и возникновения сети макро- и микротрещин, вызывающих увеличение проницаемости и интенсивное поглощение жидкости, находящейся в скважине.

При добыче углеводородного сырья гидроразрыв используется для интенсификации притока флюида к скважине. В процессе бурения гидроразрыв крайне не желателен, так как это приводит к потере БР. Давление гидроразрыва зависит: от величины горного давления, естественной трещиноватости горных пород, порового давления, проницаемости пород, реологических свойств и расхода жидкости разрыва.

При гидроразрыве связи между частицами породы разрушаются, раскрываются существующие и образуются новые трещины различной формы и простирания, составляя систему проводящих каналов. В процессе поглощения трещины размываются поступающим в пласт раствором. После гидроразрыва поглощения происходят за счет раскрытия трещин в пласте при значительно меньшем гидродинамическом давлении в скважине вследствие разрушения связей между частицами породы, размытости и фиксации их БР и шламом.

Давление гидроразрыва будет разным в зависимости от азимута и наклона скважины.

Величина давления гидроразрыва обычно составляет 70110 % величины геостатического давления. Поскольку геостатический градиент увеличивается вместе с глубиной, градиент гидроразрыва также должен увеличиваться с глубиной. Таким образом, наиболее уязвимой точкой открытого ствола будет башмак последней колонны.

При отсутствии фактических данных давление гидроразрыва, Р_гр , может быть определено по следующим формулам, предложенным разными авторами:

Р_гр=0,083 Н+0,66 Р_пл; Р_гр=0,87 Р_гор;

Р_гр=0,85(Р_гор- Р_пл)+ Р_пл;

Плотность БР, применяемого при разбуривании заданного интервала, следует определять, исходя из следующих двух условий: создания противодавления, препятствующего притоку в скважину пластовых жидкостей и газов; а также предотвращения гидроразрыва наиболее слабых пластов.

Первое условие имеет вид

,

где р – плотность БР, кг/м;

Р_пл – пластовое давление, Па;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

L_к – глубина залегания кровли пласта с максимальным градиентом пластового давления; м;

k_р – коэффициент резерва,

µ – коэффициент Пуассона для горной породы.

Рассчитанную р необходимо проверить на соответствие второму условию, из которого следует, что давление бурового раствора в затрубном пространстве против каждого пласта должно быть меньше давления, необходимого для гидроразрыва данного пласта. Второе условие записывается следующим образом:

,

где  содержание жидкости в шламожидкостном потоке без учета относительных скоростей;

Р_Г  давление гидроразрыва (поглощения) пласта;

 потери давления при движении БР в затрубном пространстве на пути от подошвы рассматриваемого пласта до устья скважины, Па;

r_ш  плотность шлама, кг/м²;

L_П  глубина залегания подошвы рассматриваемого пласта от устья, м;

u_м  механическая скорость бурения, м/с;

d_с  диаметр скважины, м;

Q  расход промывочной жидкости, м³/с.

Поскольку значения и j зависят от расхода промывочной жидкости, то проверить второе условие можно только после установления подачи насосов.

На море величина геостатического давления при равной глубине меньше этого же давления на суше. Следовательно, давление гидроразрыва будет меньше. Кроме того, присутствие пласта воды, иной раз значительного, и пласта воздуха над первыми отложениями уменьшает эквивалентную плотность гидроразрыва.

Если давление в скважине повышать за счет увеличения плотности раствора или созданием избыточного давления на устье, то по достижении некоторой величины оно прекратит повышаться и БР начнет поступать в пласт. Этот процесс и есть давление гидроразрыва. Гидроразрыв – довольно сложное физическое явление. Значение градиента гидроразрыва оценивается по данным, полученным при электрометрических работах, и закладывается в проект бурения скважины. Однако следует помнить, что по этим данным высчитывается ориентировочная величина, а конкретное значение давления гидроразрыва зависит от нескольких параметров:

– величины эффективных напряжений в месте залегания наиболее слабого пласта;

– ориентации скважины (при различных зенитных и азимутальных углах наклонно-направленной скважины давление гидроразрыва будет разным);

– термических напряжений ствола скважины за счет разницы температур пласта и бурового раствора;

– реагирования пласта с фильтратом БР;

– качества корки и наличия в ней кольматирующих добавок;

– предыдущего гидроразрыва.

Давление гидроразрыва обычно пропорционально геостатическому давлению. Поскольку геостатический градиент увеличивается с глубиной, так же увеличивается и градиент гидроразрыва, поэтому наиболее слабым местом открытого ствола скважины будет башмак последней колонны.

В процессе бурения величина давления гидроразрыва определяется опытным путем в нескольких точках ствола скважины. Обычно наибольший практический интерес представляет проведение испытаний после разбуривания нескольких метров ниже башмака последней спущенной обсадной колонны. Это испытание называется испытанием на приемистость или проницаемость (в англоязычном варианте – LEAK – OFF TEST).

Предварительные мероприятия. При проведении опрессовки обсадной колонны необходимо замерить объем жидкости опрессовки, V_опр , закаченный в обсаженную скважину для создания проектного давления опрессовки, Р_опр (рис. 1.3).

О тметить эту точку в системе координат объем, время  давление и соединить ее с началом координат. Получится линия 1. Удвоив значение V_опр и отметив точку на горизонтальной линии Р_опр, соединить ее с началом координат  получится линия 2. С помощью этих линий проводится последующая качественная оценка результатов испытания:

1. после отвердения цемента и опрессовки колонны разбурить цементный стакан и башмак, привести параметры БР в соответствие с геолого-техническим нарядом и углубиться на 310 м ниже башмака;

2. промыть скважину с тщательной очисткой БР от шлама;

3. приподнять долото в башмак колонны;

4. собрать линию закачки от цементировочного агрегата в бурильные трубы  в линии должна быть задвижка, отсекающая насос (для точности испытания желательны два независимых манометра);

5. закрыть превентор, настроить циркуляцию через линию дросселирования и при полностью открытом штуцере прокачать линии, отрегулировав производительность цементировочного агрегата в пределах 40–80 л/мин, закрыть штуцер и задвижку перед штуцером;

6. начать закачку с производительностью 40 л/мин, отмечать рост давления на заранее размеченном графике через каждые 40 л.; после получения 4-5 точек на графике убедиться, что линия роста давления (линия 3) находится между линиями 1 и 2  это свидетельствует о нормальности теста.

Начинать отмечать точки следует после получения первого значения роста давления. Предыдущие точки, когда при росте объема давление не росло, надо отбросить.

Если линия роста давления проходит ниже линии 2, это означает, что породы под башмаком имеют высокую проницаемость. Необходимо прекратить закачку, стравить давление до нуля и повторить тест с увеличенной в два раза производительностью ЦА (80 л/мин).

Если это и возможное последующее повышение производительности до значения 160 л/мин не определят линию роста давления между линиями 1 и 2, значит, цементный камень имеет каналы и надо приступать к исправительному цементированию. Естественно, что все протечки в системе наземной обвязки исключаются.

При нормальном ходе теста давление растет линейно, и в какой-то момент линия роста давления начнет отклоняться вправо, стремясь к горизонтали.

Получаем еще три точки (через каждые 10 с), убеждаемся в выполаживании линии давления, останавливаем насос, отсекаем его задвижкой и следим за давлением 5–10 мин. Давление должно снизиться до уровня, близкого к началу отклонения линии давления. Это значение принимаем давлением начала приемистости, Р_пр. Нельзя закачивать в пласт БР в объеме более 500 л, так как после снятия давления трещины в пласте могут не сомкнуться. После проведения испытания давление в скважине следует снижать плавно, с интенсивностью не более 10 атм/мин, во избежание обрушения стенок скважины.

Если на буровой установлена станция геолого-технологических исследований (СГТИ), то линия роста давления (линия 3) может быть записана на диаграмме самописцем, остается провести линии 1 и 2 в масштабе диаграммы и интерпретировать полученные данные.

После испытания проводится расчет эквивалентного удельного веса начала приемистости: если его фактическое значение ниже проектного на 60 кг/м³ (0,06 г/см³) и более, значит, имеются каналы в цементном камне.

Пример расчетов. Башмак технической колонны Ø 245 мм расположен на глубине Н = 2100 м. Плотность БР  = 1,21 г/см³.

Определено давление проницаемости пород под башмаком (проведен LEAK – OFF TEST), его значение по одному манометру установлено в размере 10,3 МПа, по второму – 1500 psi.

Сделать выводы из полученных результатов и определить максимально допустимые давления на устье при изменении плотности. Для этого необходимо:

1. перевести показания манометров в одну систему –

1500psi ∙ 0,07 = 105 кгс/см² ∙ 0,0981 = 10,3 МПа;

2. в целях определения достоверности результата замера давлений рассчитать эквивалентную плотность давления проницаемости –

_пр =  + 10 ∙ Р_пр (кгс/см²)  Н (м) = 1,21 + 10 ∙ 105  2100 = 1,71 г/см³;

1,75 – 1,71 = 0,04  0,06, т. е. можно сделать вывод, что цементное кольцо герметично (каналы в цементном камне отсутствуют);

3. на размеченной системе координат плотность – давление отметить две точки: точка 1 ( = 1,21; Р = 105), точка 2 ( = 1,71; Р = 0).

Соединив точки 1 и 2 прямой линией, получим график линейной зависимости допустимого давления на устье от изменения плотности БР при углублении из-под башмака обсадной колонны Ø 245 мм (рис. 1.4).

Этот график должен находиться в поле зрения оператора, управляющего регулируемым штуцером при глушении скважины.

Р кгс/см²

	1
							2