vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

ОАО "Томскнефть"

Введение

Сущность гидравлического разрыва пласта (ГРП) в том , что посредством закачки жидкости при высоком давлении происходит раскрытие естественных или образование искусственных трещин в продуктивном пласте и при дальнейшей закачке песчано-жидкостной смеси или кислотного

раствора расклинивание образованных трещин с сохранением их высокой пропускной способности после окончания процесса и снятия избыточного давления.

ГРП является одним из наиболее сложных видов работ в нефтегазовой отрасли. Эта технология была впервые использована в США в конце 40-х годов для приобщения к разработке

пластов с нарушенной проницаемостью возле ствола скважины и увеличения продуктивности скважин в низкопроницаемых коллекторах. В СССР промышленное внедрение гидроразрыва пласта начато в 1954 г.

В настоящее время ГРП широко применяется во всем мире как в низкопроницаемых , так и в высокопроницаемых пластах-коллекторах.

Цели ГРП для пластов с низкой проницаемостью следующие :

увеличить добычу или приемистость созданием каналов с высокой продуктивностью,

улучшить сообщаемость флюидов между скважиной и пластом.

delP = P(пласт)- P(приток)

Дебит

Темп

Цели ГРП для пластов с высокой проницаемостью следующие :

изменение радиального характера притока жидкости из пласта к забою скважины на линейный или билинейный В случае радиального движения жидкости к забою скважины происходит дестабилизация

пласта. Объясняется это явление тем , что скорости фильтрации вблизи забоев скважин выше , чем в пласте. Соответственно, возникает значительный перепад давлений между

1

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

ОАО "Томскнефть"

различными участками пласта , скорость движения флюида вблизи забоя скважины сильно возрастает и существует проблема разрушения породы пласта и засорение мехпримесями призабойной зоны скважины.

решение проблемы снижения проницаемости призабойной зоны скважины , возникшего в результате воздействия физических или химических факторов ( солеотложения, засорение пор призабойной зоны пласта мехпримесями из раствора глушения, проникновение бурового раствора в пласт, образование АСПО и т.д.).

улучшение сообщаемости ствола скважины с призабойной зоной ,

миниминизация напряжений в пласте ,

снижение скоростей , минимизация миграции тонкодисперсных фракций.

Область загрязнения

Билинейный приток , низкая проницаемость

При производстве ГРП должны быть решены следующие задачи :

Создание трещины гидроразрыва путем закачки специально подобранной жидкости ГРП.

Удержание трещины в раскрытом состоянии путем добавления в жидкость гидроразрыва проппанта с зернами определенного размера и определенной прочности.

Удаление жидкости гидроразрыва для восстановления высоких фильтрационных характеристик призабойной зоны скважины.

Повышение продуктивности пласта.

На месторождениях ОАО «Томскнефть» для увеличения производительности скважин применяется метод создания в высокопроницаемых пропластках коротких и широких трещин проникающих за пределы зоны загрязнения, который называется технологией концевого экранирования (TSO).

Технология концевого экранирования является модификацией операции гидроразрыва , при которой создаются короткие трещины (несколько десятков метров) шириной до 30 мм. Это достигается путем контролируемого распространения трещины до запланированной длины и последующего ее закрепления проппантом , закачиваемым с рабочей жидкостью. Благодаря фильтрационным утечкам рабочей жидкости через поверхности трещины, концентрация пропанта возрастает на фронте закачки, что приводит к образованию проппантных пробок вблизи конца трещины , которые препятствуют ее дальнейшему распространению. Закачка пропанта , продолжаемая после остановки трещины , позволяет повысить давление внутри трещины,

2

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

ОАО "Томскнефть"

увеличивая тем самым ее раскрытие. При такой технологии ГРП уменьшаются затраты на проведение работ за счет уменьшения объемов закачиваемой жидкости и пропанта и сокращения времени проведения операций.

Дальнейшее обезвоживание

смеси образует проппантную упаковку, которая заполняет трещину от ее конца к стволу скважины.

Эффект образования перемычек и повышенной упаковки пропанта в конце трещины считался одним из серьезных осложнений при проведении ГРП, сопровождающимся преждевременным выпадением пропанта и остановкой распространения трещин, но закачка могла быть продолжена и после этого еще некоторое время. Инженерное решение состояло в использовании данного эффекта для решения задач управления распространением трещин и оптимизации их раскрытия. Процесс образования перемычек и повышенной упаковки пропанта в конце трещины можно успешно использовать для создания коротких и широких трещин в высокопроницаемых пластах-коллекторах.

Увеличение раскрытия закрепленной трещины ведет к увеличению ее проводимости. Значение безразмерного параметра гидравлической проводимости C позволяет оценить продуктивность

скважины после ГРП методом подстановки в формулу Дюпюи эффективного радиуса скважины вместо фактического. Эффективный радиус скважины пропорционален длине трещины , умноженной на функцию гидравлической проводимости трещины С.

C = (W * k prop) / (x * k form ) , где

W – раскрытие трещины ,

3

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

ОАО "Томскнефть"

k prop – проницаемость пропантной набивки , x – полудлина трещины ,

k form – проницаемость пласта .

Для месторождений Западной Сибири безразмерная проводимость трещины С находится в пределах от 0,5 до 1,5.

0,01

предотвращает нежелательное распространение трещины после прекращения закачки. При использовании традиционных технологий ГРП после закрытия скважины большой объем буферной жидкости обычно остается перед рабочей жидкостью ГРП с пропантом , и поэтому трещина может продолжать распространяться, что может уменьшить проводимость трещины.

возможность предотвращения выноса пропанта за счет достижения более равномерного распределения напряжений по упаковке пропанта. Трещины , созданные с использованием традиционных методов , смыкаются дольше, позволяя некоторому количеству пропанта осесть, что создает более высокие концентрации пропанта в нижней части трещины. В результате увеличивается вероятность локального каналообразования или формирование «карманов» в пропантной упаковке с низким сжимающим трещину напряжением, что облегчает вынос пропанта при добыче. Технология TSO, в которой фильтрационные утечки

рабочей жидкости подавляются в меньшей мере для создания высоких концентраций пропанта на фронте закачки, обеспечивает более быстрое смыкание трещин и позволяет тем самым минимизировать вынос пропанта.

Образование трещин гидроразрыва и направление их развития

По мере заполнения скважины жидкостью и создания на поверхности давления, давление жидкости в порах породы возрастает и действует равномерно во всех направлениях .

При повышении давления жидкости до момента , когда разрывающая сила жидкости , действующая на породу , превысит силы сцепления этой породы, скала расколется и произойдет разрыв. Трещины могут быть горизонтальными, вертикальными и наклонными. Пространственная ориентация трещины определяется напряженным состоянием горных пород в зоне скважины и изменениями обусловленными распределением напряжений. Напряжения формируются главным образом под действием гравитационных сил. Состояние пород характеризуется формулой :

1 = GH ,

2 = 3 = GH ,

где G – удельный вес породы ,

4

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

ОАО "Томскнефть"

- коэффициент бокового распора, определяется через коэффициент Пуассона

=

1

2

3

Для песчаников и известняков коэффициент бокового распора составляет 0,25-0,4 , для глин около 1.

Принято считать, что на глубине свыше 300 м вертикальное напряжение гораздо выше двух других составляющих. Поэтому трещина всегда должна быть вертикальной , в силу того , что образование трещины происходит в направлении перпендикулярном наименьшей из нагрузок.

На самом деле реальная картина несколько сложней. В зависимости от местных особенностей и строения пластов ( микротрещины , наличие псевдопластических характеристик пород , разгрузка продуктивного пласта в зоне скважины и т..д..) при ГРП могут возникать как горизонтальные так и вертикальные трещины. В случае образования вертикальных трещин азимут трещины определяется амплитудой двух минимальных горизонтальных напряжений.

Ограничение трещины по высоте и ее геометрия тесно связаны со свойствами породы пласта , напряженным состоянием пород , изломостойкостью породы и плотностными свойствами пропанта.

Вертикальная трещина F1 > F2 > F3

F1

F2 F3

F1

5

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

ОАО "Томскнефть"

Если образующаяся при гидроразрыве трещина приближается к поверхности раздела слоев , и породы ограничивающих горизонтов обладают более высокими прочностными характеристиками , чем обрабатываемый пласт, то теоретически рост трещины по вертикали будет приостановлен ( если поверхность раздела не пересекают ранее образовавшиеся трещины). Примером этого может служить пласт песчаника с выше и нижезалегающими глинистыми пропластками, работающими как перемычки. Минимальное напряжение у песчаников ниже, значит дальнейший рост трещины будет сдерживаться.

6