Расчет технологических параметров при проведении ГРП

Расчет проведения ГРП.

Расчет гидравлического разрыва пласта представляет собой достаточно сложную задачу, которая состоит из двух частей: основных характеристик процесса и выбор необходимой техники для его осуществления; определение вида трещины и расчет ее размеров.

Исходные данные:

Эксплуатационная скважина №17 Фроловского месторождения.

Таблица 2.7.1

Показатель	Обозначение	Величина	Размерность
Глубина скважины	L	2887	м
Диаметр по долоту	D	0,168	м
Вскрытая толщина пласта	H	22,7	м
Средняя проницаемость	K	2,7*10-10	м2
Модуль упругости пород	E	2,0*1010	Па
Коэффициент Пуассона	v	0,25
Средняя плотность пород над продуктивным горизонтом	п	2385,2	кг/м3
Плотность жидкости разрыва	н	930	кг/м3
Вязкость жидкости разрыва		0,2	Па*с
Концентрация песка	C	300	кг/м3
Темп закачки	Q	1,2*10-2	м3/с

1. Рассчитываем вертикальную составляющую горного давления:

Р_ГВ = _n ^. g ^. L ^. 10^-6 = 2385,2 ^. 9,81 ^. 2887 ^. 10^-6 = 67,55 МПа

2. Рассчитываем горизонтальную составляющую горного давления:

v 0,25

Р_ГГ = Р_ГВ ^{. ___________} = 67,55 ^{. _______________} = 22,52 МПа

( 1 – v ) 1- 0,25

В данных условиях при ГРП следует ожидать образование вертикальной трещины.

Запроектируем гидроразрыв не фильтрующейся жидкостью. В качестве жидкости разрыва и жидкости песконосителя используем загущенную нефть с добавкой асфальтина, плотность и вязкость в таблице исходных данных. Содержание песка по данным 300 кг / м³, для расклинивания трещины планируем закачку примерно 8 тонн кварцевого песка фракции 0,8 – 1,2 мм, темп закачки по данным 1,2 * 10 ^–2, что больше минимально допустимого при создании вертикальных трещин.

При ГРП непрерывно закачивают жидкость-песконоситель в объеме 10,08 м³ , которая одновременно является и жидкостью разрыва.

3. Рассчитаем забойное давление разрыва пласта:

   Р_ЗАБ

   Р_ГГ

   1

   5,25 ^{. .}

   (1 – v²)²

   

Р_ЗАБ ^{3 3 2 2} Q ^.

.

- 1

=

Е

Р _ГГ

=

.

Р_ГГ Р _ГГ

5,25 ^. ( 2 ^. 10¹⁰ )^{2 .} 0,012 ^. 0,2 0,0504 ^. 10 ²⁰

=

=

0,000502

(1 – 0,25²)^{2 .} (22,52 ^. 10⁶)^{2 .} 22,52 ^. 10⁶ 10038,012 ^. 10¹⁸

Р_{ЗАБ =} 24,3 МПа

Р_ЗАБ

= 1,079

22,52

4. При закачке жидкости –песконосителя давление на устье скважины

Р _У = Р_ЗАБ -  _жп ^. g ^. L + Р_{ТР ,}

Где  _жп - плотность жидкости - песконосителя, кг/м³

 _жп =  _н ^. (1 -  _П) +  ^.  _{П ,}

где  _н - плотность жидкости разрыва, кг/м³

• - плотность песка, кг/м³ (2500 кг/м³)

 _П - объемная концентрация песка в смеси

С /  300 / 2500

 _П = = = 0,107

С /  + 1 300/2500 + 1

_жп = 930 ^. (1-0,107) + 2500 ^. 0,107 = 1098 кг / м³

Потери давления на трение жидкости-песконосителя:

8 ^.  ^. Q ^{2 .} L ^.  _П

Р_ТР = ,

 ^{2 .} d ⁵_ВН

где  - коэффициент гидравлических сопротивлений

64 4 ^. Q ^.  _жп

 = R_e = ,

R_e  ^{2 .} d _вн ^.  _жп

 _жп – вязкость жидкости с песком, Па*с

 _жп =  ^. exp ^. ( 3.18 ^. _П )

 _жп = 0,2 ^. exp ^. (3,18 ^. 0,107) = 0,281

4 ^. 0,012 ^. 1098 52,704

R_e = = = 964

3,14 ^. 0,062 ^. 0.281 0,0547

Коэффициент гидравлического сопротивления

64

 = = 0,066

964

Тогда,

8 ^. 0,066 ^. 0,012 ^{2 .} 2887 ^. 1098 241,0158

Р_ТР = = = 27 МПа

3,14 ^{2 .} 0,062 ⁵ 0,000009

Учитывая, что R_e = 964 >200, потери на трение составят:

Р _ТР = 1,52 ^. Р_ТР = 1,52 ^. 27 = 41,04 МПа

Давление на устье скважины при закачке жидкости-песконосителя:

Р_Y = 24,3 – 1098 ^. 9,81 ^. 2887 ^. 10^-6 + 41,04 = 34,24 МПа

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

Таблица 2.7.1.1

Скорость	Подача, м3/с	Давление, МПа
1	0,0063	71,9
2	0,0085	52,9
3	0,012	37,4
4	0,015	29,8

При работе агрегата 4АН-700 на III скорости Р_Р = 37,4 Мпа, а Q _p = 0,012 м³/с.

Необходимое число насосных агрегатов:

P_Y ^. Q 34,2 ^. 0,012

N = + 1 = + 1 = 2,83

Р_Р ^. Q_P ^. K _TC 37,4 ^. 0,012 ^. 0,5

где Р_Р - рабочее давление агрегата;

Q_P – подача агрегата при данном Р_Р;

K _TC - коэффициент технического состояния агрегата K _TC = 0,5-0,8

6. Необходимый объем продавочной жидкости (при закачке в НКТ):

Vп = 0,785 ^. d²_ВН ^. L = 0,785 ^. 0,062 ^{2 .} 2887 ^. 1,2 = 10,08 м³

7. Объем жидкости для осуществления гидроразрыва (жидкость разрыва и жидкость-песконоситель):

Q_П 8000

V_ж = = = 26,7 м ³

С 300

8. Суммарное время работы одного агрегата 4АН-700 на III скорости:

V_ж + V_п 26,7 + 10,08

t = = = 3065 c. или 51 мин.

Qр 0,012

Расчет размеров трещин:

1. Вычисляем длину вертикальной трещины.

V _ж ^. Е

5,6 ^. (1-v)^{2 .} Н ^. (Р_ЗАБ - Р_ГГ)

l = =

26,7 ^. 2,0 ^. 10 ⁴

5,6 ^. (1-0,25)^{2 .} 22,7 ^. (24,3– 22,52)

534000

127,28

= = = 64,8 м.

2. Рассчитываем раскрытость трещины:

4 ^. (1-v)^{2 .} 1 ^. (Р_ЗАБ – Р_ГГ)

w_o = =

Е

4 ^. (1-0,25)^{2 .} 64,8 ^. (24,3-22,52) 259,524

= = = 0,013 м или 1,3 см.

2,0 ^. 10 ⁴ 20000

Таким образом, в результате проведения гидроразрыва в данной скважине образуется вертикальная трещина длиной 64,8 метров и шириной на стенке скважины 1,3 см.

1. Расчет промывки после грп.

Одним из основных условий эффективности проведения геолого-технических мероприятий является качественная очистка ствола и забоя промывкой скважины. Для наиболее оптимального проведения данной работы необходимо выполнить технологический расчет, который состоит в определении продолжительности промывки, потерь напора, давления на выкиде промывочного насоса, затрачиваемой мощности.

При промывке скорость восходящего потока жидкости должна быть больше скорости свободного падения наиболее крупных частиц песка в этой жидкости.

Исходные данные:

Эксплуатационная скважина №17 Фроловского месторождения.

Таблица 2.7.2

Показатель	Обозначение	Величина	Размерность
Глубина скважины	Н	2887	м
Диаметр эксплуатационной колонны	DК	168 х 8,9	мм
Диаметр промывочных труб	dH	73 х 5,0	мм
Максимальный размер зерен	а	1,2	мм
Кинематическая вязкость нефти		0,4 * 10-4	м2/с
Плотность нефти	н	810	кг/м3
Пористость песчаной пробки	m	0,3
Высота песчаной пробки	l	12	м
Плотность песчаной пробки	п	2600	кг/м3
Плотность промывочной жидкости	ж	1000	кг/м3
Длина нагнетательной линии	L	40	м

Промывка ведется промывочным агрегатом АзИНМаш – 32.

Прямая промывка водой.

Гидравлические потери давления при движении жидкости внутри промывочных труб находятся по формуле (4) для всех скоростей агрегата.

, (Па) (4)

где:  - коэффициент гидравлического сопротивления (табл. 2.7.2.5);

H - глубина скважины, м ;

d_в - внутренний диаметр промывочных труб, м;

v_H - скорость нисходящего потока жидкости, м/с (табл. 2.7.2.1);

_ж – плотность жидкости, кг/м³ .

На первой скорости:

2887 1,185^{2 .} 1000

p₁^I = 0,035 ^{. .} = 1,13 МПа;

0,063 2

На второй скорости:

2887 1,840^{2 .} 1000

p₁^II = 0,035 ^{. .} = 2,7 МПа;

0,063 2

На третьей скорости:

2887 3,03^{2 .} 1000

p₁^III = 0,035 ^{. .} = 7,4 МПа;

0,063 2

На четвертой скорости:

2887 4,7^{2 .} 1000

p₁^IV = 0,035 ^{. .} = 17,7 МПа.

0,063 2

Аналогично по формуле (5), находятся гидравлические потери давления при движении смеси жидкости с песком в кольцевом пространстве скважины:

, (Па) (5)

где φ = 1,1-1,2 -коэффициент, учитывающий повышение гидравлического сопротивления от содержания песка в жидкости;

λ - коэффициент гидравлического сопротивления при движении воды в кольцевом пространстве (определяется по диаметру труб, эквивалентному разности диаметров D и d_н);

D – наружный диаметр эксплуатационной колонны, м;

d_н - наружный диаметр промывочных труб, м;

υ_в - скорость восходящего потока жидкости в кольцевом пространстве, м/с (табл. 2.7.2.2) .

На первой скорости:

2887 0,265^{2 .} 1000

p₂^I = 0,034 ^. 1,2 ^{. .} = 0,05457 МПа;

0,1502 – 0,073 2

На второй скорости:

2887 0,412^{2 .} 1000

p₂^II = 0,034 ^. 1,2 ^{. .} = 0,1295 МПа;

0,1502 – 0,073 2

На третьей скорости:

2887 0,687^{2 .} 1000

p₂^III = 0,034 ^. 1,2 ^{. .} = 0,360 МПа;

0,1502 – 0,073 2

На четвертой скорости:

2887 1.052^{2 .} 1000

p₂^IV = 0,034 ^. 1,2 ^{. .} = 0,8443 МПа.

0,1502 – 0,073 2

Потери давления для уравновешивания разности удельных весов жидкости в трубах и в затрубном пространстве находится по формуле К. А. Апресова (6).

, (6)

где m – пористость песчаной пробки (m = 0,3÷0,45);

F-площадь сечения обсадной колонны, м²;

l - высота промытой песчаной пробки по длине одной трубы или одного колена труб, м;

f - площадь сечения кольцевого пространства при прямой промывке и площадь сечения промывочных труб при обратной промывке, м²;

ρ_н - плотность песка, кг/м³ (для кварцевого песка ρ_н = 2650÷2700кг/м³);

ρ_ж - плотность промывочной жидкости, кг/м³;

ω - скорость свободного падения частиц песка и жидкости, м/с (табл. 2.7.2.3);

v_в - скорость восходящего потока, м/с.

На первой скорости:

р₃^I = = 0,0559 МПа;

На второй скорости:

р₃^II = = 0,099 МПа;

На третьей скорости:

р₃^III = = 0,1265 МПа;

На четвертой скорости:

р₃^IV = = 0,143 МПа.

Гидравлические потери давления в шланге и вертлюге находятся по опытным данным (табл. 2.7.2.4).

На первой скорости: р₄ ^I = 0,0572 МПа;

На второй скорости: р₄ ^II = 0,145 МПа;

На третьей скорости: р₄ ^III = 0,407 МПа;

На четвертой скорости: р₄ ^IV = 0,844 МПа.

Гидравлическое сопротивление в нагнетательной линии p₅ от насоса до шланга определяется аналогично сопротивлению в промывочных трубах диаметр нагнетательной принимается равным диаметру промывочных труб. (формула 4).

, (Па) (4)

На первой скорости:

40 1,185 ^{2 .} 1000

р₅ ^I = 0,035 ^{. .} = 0,0156 МПа;

0,063 2

На второй скорости:

40 1,840 ^{2 .} 1000

р₅ ^II = 0,035 ^{. .} = 0,0376 МПа;

0,063 2

На третьей скорости:

40 3,03 ^{2 .} 1000

р₅ ^III = 0,035 ^{. .} = 0,1020 МПа;

0,063 2

На четвертой скорости:

40 4.7 ^{2 .} 1000

р₅ ^IV = 0,035 ^{. .} = 0,2454 МПа

0,063 2

Давление на выкиде насоса на различных скоростях находится по формуле (7).

Р_н=p_общ=p₁ + p₂+ p₃+p₄+p₅. (7)

Р_н^I = 1,13 + 0,05457 + 0,0559 + 0,0572 +0,0156 = 1,31 Мпа;

Р_н^II = 2,7 + 0,1295 + 0,099 + 0,145 +0,0376 = 3,11 МПа;

Р_н^III = 7,4 + 0,360 + 0,1265 + 0,407 + 0,1020 = 8,39 МПа;

Р_н^IV = 17,7 + 0,8443 + 0,143 + 0,844 + 0,2454 = 19,78 МПа.

Давление на забой скважины определяется по формуле (8):

Р_заб=. (8)

2887 ^. 10 ^{3 .} 9,81

Р_заб^I = + 0,05457 + 0,0559 = 28,43 МПа;

10 ⁶

2887 ^. 10 ^{3 .} 9,81

Р_заб^II = + 0,1295 + 0,099 = 28,55 МПа;

10 ⁶

2887 ^. 10 ^{3 .} 9,81

Р_заб^III = + 0,360 + 0,1265 = 28,81 МПа;

10 ⁶

2887 ^. 10 ^{3 .} 9,81

Р_заб^IV = + 0,8443 + 0,143 = 29,31 МПа.

10 ⁶

Мощность, необходимая для промывки песчаной пробки вычислим по формуле (9):

N =P_н Q/ η_а, (9)

где Q - производительность насоса в л/с;

η_а - общий механический к. п. д. промывочного агрегата.

1,31 ^. 10^{6 .} 3,58 ^. 10 ^-3

N^I = = 6,89 кВт.;

10 ^{3 .} 0,68

3,11 ^. 10^{6 .} 5,56 ^. 10 ^-3

N^II = = 25,43 кВт.;

10 ^{3 .} 0,68

8,39 ^. 10^{6 .} 9,15 ^. 10 ^-3

N^III = = 112,89 кВт.;

10 ^{3 .} 0,68

19,78 ^. 10^{6 .} 14,2 ^. 10 ^-3

N^IV = = 413,05 кВт.

10 ^{3 .} 0,68

Агрегат АзИНМаш – 32 имеет максимальную мощность 110 кВт., поэтому работа на третьей и четвертой скоростях невозможна.

Коэффициент использования максимальной мощности промывочного агрегата (%) рассчитывается по формуле (10)

K_а= . (10)

6,89 ^. 100

К_а^I = = 6,3 %;

110

25,43 ^. 100

К_а^II = = 23,1 %.

110