§ 7. Технология гидрора3рыва

ДЛЯ гицрораврыва в первую очередь выбирают скважины с НИ3' кой продуктивностью (приемистостью). Для выяснения приемистости скважины и взличины ожидаемого давления разрыва необходимо предварительно испытать скважину на поглощение при различных давлениях и определить опытным путем давление разрыва и расход жидкости разрыва. Такое испытание проводят путем закачки в сква- жину маловязкой жидкости в нарастающих объемах.

Сначала одним агрегатом закачивают нефть до получения на устье векоторого избыточного давления, при котором скважина начинает принимать жидкость. В течение 10-20 мин замеряют расход жидкости при постоянном давлении нагнетания. Затем путем под- ключения второго агрегата увеличивают расход жидкости и давле- ние на 2-3 Мн/м,2 (20-30 к,Г/см²). При установившемся давлении вновь определяют расход. Расход и давление увеличивают несколько

возрастает и может достигнуть величины, при которой перенос его становится невозможным, песок выпадет.

Повышение вязкости и уменьшение фильтруемости жидкостей достигают введением в них добавок. Такими добавками для угле- водородных жидкостей являются соли органических кислот, высоко- ылекулярныыe и коллоидные соединения нефтей (например, нефтя- ной гудрон и другие отходы нефтепереработки). Очень низка филь- труемость У растворов сульфит-спиртовой барды, широко применяе- мой при гидроразрывах в нагнетательных водяных скважинах.

Продавочная жидкость при всех условиях должна иметь мини- мальную вязкость в целях снижения потерь напора при прокачке.

Песок для заполнения трещин должен удовлетворять следующим требованиям:

1) иметь достаточную механическую прочность, чтобы не разру- шаться в трещинах под действием веса пород;

2) сохранять высокую проницаемость.

Этим условиям удовлетворяет хорошо окаганвый однородный кварцевый песок. Размеры зерен песка колеблются в пределах 0,3- 1,0 мм. За оптимальный размер припята фракция песка 0,5-0,8 мм. На промыслах Татарии в нагнетательных скважинах применяется песок более крупной фракции (1-1,5 мм). Для закрепления песка в трещинах рекомендуется в последних его порциях закачивать песок угловатой формы, так как он не вымывается из трещин в процессе эксплуатации после гидрораврыва. Последние 50-100 кг песка жела- тельно покрывать пленкой радиоактивных веществ, например радио- активного железа, чтобы можно было легко обнаружить его с по- мощью радиоактивного каротажа. Практически в скважину закачи- вают от 4 до 20 т песка.

Концентрация песка в жидкости-пеококосвтеле зависит от филь- труемости и удерживающей способности жидкости и колеблется от 100 до 600 кг на 1 м^з жидкости.

воды существенно спижается, Также снижается фазовая проницае- мость пефтенасыщенпых пород для углеводородных жидкостей после фильтрации через них жидкостей с водной основой, поэтому при гидрораврыве в нефтяных скважинах применяют жидкости с угле- водородной основой, а в нагнетательных - с водной.

Рабочие жидкости для гидрораарыва не должны содержать меха- нических примесей и при соприкосновении с пластовыми жидкостями и породами не должны образовывать нерастворимых осадков.

2. Рабочие жидкости должны обладать свойствами, обеспечива- ющими сохранение проницаемости пород пласта за счет наиболее полного извлечения их из созданных трещин и порового пространства пород. При этом лучшими будут жидкости, полностью растворя- ющиеся в пластовых жидкостях.

3. При применении вязких жидкостей вязкость их должна быть стабильной в условиях обрабатываемого пласта, хотя бы в пределах времени проведения процесса гидравлического разрыва.

4. При проведении процесса в зимних условиях рабочие жидкости должны иметь низкую температуру замерзания.

5. Рабочие жидкости должны быть недорогими и недефицит- ными.

Кроме сказанного выше жидкость разрыва должна иметь опре- деленную вязкость. Так например, при слишком малой вязкости для достижения давления разрыва потребуется закачка значитель- ного объема жидкости в пласт и, следовательно, значительное число одновременно работающих насосных агрегатов. При слишком же большой вязкости жидкости разрыва для образования трещин необ- ходимы очень высокие давления.

Для снижения потерь напора при закачке любой жидкости лучше всего польвовагься трубами больших диаметров (75 или 100 -'LM).

При малых глубинах скважин, когда требуется небольшое давле- ние разрыва, процесс можно проводить через эксплуатационную колонну. Обычно вязкость жидкости разрыва выбирают в пределах от 0,05 до 0,5 н·сек,/м² (от 50 до 500 сnа).

При разрыве ненарушенных пластов, лишенных естественной тре- щиноватости, жидкость разрыва должна хорошо фильтроваться через пористую среду. При гидрораарыве пластов с развитой систе- мой естественных трещин следует применять жидкости, не фильтру- ющиеся или фильтрующиеся с быстрым снижением скорости филь- трации.

I{ жидности-песноносителю , помимо общих требовапий, предъ- являются следующие: она должна иметь минимальную фильтруе- мость и такую вязкость, которая бы давала возможность удерживать песок во взвешенном состоянии. Высокая удерживающая способ- ность жидкоств-песконосвтеля должна предупредить возможность оседания песка на пути движения песконосителя до забоя, а также преждевременную потерю подвижности песка в самой трещине.

При высокой фильтруемости жидкости-песконосителя большое ее количество отфильтровывается, концентрация песка непрерывно

112

8 ЗaJraa 61

113

12. равВ конце исследования путем подключения нескольких агрегатов создают максимально ВОЗМожное давление, при котором вновь заме- ряют расход. По полученным данным строят кривую зависимости приемистости скважины от давления, по которой можно определить давление разрыва пласта (рис. 40). Такое исследование проводят обычно только в отдельных типичных скважинах данного месторо- ждения.

    За давление разрыва условно принимают давление, при котором коэффициент приемистости скважины увеличивается в 3-4 раза по сравнению с начальным. В данном случае, как видно из графика,

    ~ такое увеличение будет при

    t;O "00 Рза.о:f((j) забойном давлении ~35 Mn/J.t²

    i- ЗО '1: зоо -,г=I(~;--=--=---=-----= (350 ,..Г/ем²) и расходе жидкости

    >: ~" разрыва 1300 м³/еуm,..u (15 л/се,..).

    ~ 20 " , 1<' ((ОI Перед началом работ забой

    ;:;... , скважины необходимо очистить

    ~ ,О - J

    ~ 5 "на_ лучше всего промывкой. В от-

    о дельных случаях для улучшения

    О '000 {ООО ЗООО а. I'1Jlcymn фильтрационных свойств пластов

    Рис. 40. График для определения рекомендуется проводить соляно- давления разрыва и приемистостп кислотную или грязевую обра- скважины (1 м,З/"Г/см,2 = 0,1 },t^З/n/},t²; ботку И дополнительную пврфо-

    1 "r/},t² = 0,1 n/м²).

    рацию. Эти мероприятия снижают

    давление разрыва и повышают его эффективность. Наилучший эффект дает гидропескоструйная пер- форация интервала, намеченного для разрыва.

    После очистки в скважину спускают насосно-компрессорные трубы желательно диаметром 75 или 100 MJ.t, чтобы при продавке иметь меньшие потери давления. Для предохранения обсадной ко- лонны от воздействия большого давления над разрываемым пла- стом иногда устанавливают пакер, При больших давлениях при гидроразрыве на пакер снизу действуют очень большие усилия. Для предотвращения сдвига пакера по колонне на трубах выше пакера устанавливают гидравлический якорь.

    После спуска труб с паиером и якорем на устье скважины устана- вливают головку, к которой и подключают насосные агрегаты для нагнетания.

    Вначале жидкость разрыва закачивают насосными агрегатами.

    По мере закачки давление постепенно повышается. В момент, когда давление на забое достигнет определенной величины, пласт «разор- вется» и образуется трещина. Момент разрыва обнаруживается по рез- кому спаду давления на манометре, установленном на выкидной ли- нии. После разрыва давление на устье падает, а расход нагнетаемой жидкости сильно возрастает - начинает «работатъ» трещипа и сква- жина начинает принимать жидкости больше, чем она принимал а перед разрывом.

    После разрыва пласта переходят к нагнетанию жидкости-песко- носителя с l1еском. Наибольший эффект получается при закачке

    1.14

    жидкости-песконосителя с большимв скоростями И при высоких давлениях нагнетания.

    Затем жидкость с песком продавливают в пласт путем нагнетания продавочной жидкости при максимальном давлении и с максималь- вой скоростью, для обеспечения быстрейшего заполнения трещин песком. Для этого подключают наибольшее число насосных агрега- тов (обычно четыре). Количество продавочной жидкости должно

    быть равно емкости колонны труб. При прокачке излишнего количества продавочной жидкости она может оттеснить песок в глубь пласта и после снятия давления трещина в непосред- ственной близости к забою скважины может сомкнуться, тогда эффект от раз- рыва может быть сведен к нулю.

    В качестве продавочной жидкости используют нефть для нефтяных сква- жин и воду для нагнетательных. После продавки устье закрывают и скважину оставляют в покое, пока давление на устье не упадет до нуля. Затем сква- жину промывают, очищая от песка, и приступают к освоению.

    Водяные нагнетательные скважины после промывки некоторое время порш- нюют для извлечения из трещин зака- чанной вязкой жидкости.

    В скважинах, имеющих большую фильтровую зону, или в скважинах,

    у которых вскрыто несколько продук- тивных пропластков. проводят селек- тивные или многократные, поинтерваль-

    ные гидравлические разрывы. .

    Сущность с е л е к т и в н о г о

    г и Д р о раз рыв а состоит в том, что при наличии большой фильтровой зоны гидрораврыв производят лишь

    в наименее проницаемых интервалах. Более проницаемые аопы времепно закупориваются. Схема подземного оборудования для селективного гидроразрыва покавана на рис. 41. Под пакером 4 ниже наиболее проницаемого пропластка монтируют на трубах цилиндрическую емкость 5, которую засыпают на поверхности :арикам~, ~зготовленными из упругой массы (из капрона или

    ефтестоикои резины). Шарики 6 предназначены для закрытия перфорационных отверстий в обсадной колонне. Размер шариков зависит от типа перфорации. При кумулятивной и пулевой перфора- ции применяют шарики диаметром 14, 18 и 20 мм. а при торпедной перфорации - 28 J.tМ.

2

з

Рис. 41. Схема подземного оборудования для селектив-

ного гидроразрыва:

1 - обсадная иолонна; 2 - насос- но-компрессорные трубы; 3 - яиоръ; 4 - паиер; 5 - цилиндр для шариков; 6 - шарвки; 7-

процтнтиввые пласты.

8*

115

Закачиваемая в скважину жидкость разрыва в первую очередь устремляется в наиболее проницаемые зоны (на рис. 41 в верхний пропласток) и увлекает за собой шарики, плотно прилегающие к пер- форациопным отверстиям, закупоривая их. При прокачке жидкости- песконосителя шарики находятся в загрузочном устройстве 5, кото- рое открывается вниву после того, как прокачано 0,5-0,6 объема насосно-компрессорных труб, спущенных в скважину. После того как отверстия закрываются, поток жидкости устремляется в нижнюю малопроницаемую зону, где и производит разрыв пласта. После сня- тия давления шарики падают в емкость 5. На рис. 42 покавана схема поинтервального разрыва пластов с применением шариков. оасаана я колонна	1\		/,/
	/	//~
.....		/!J
		111
		!I
	~~	//
-:;
		tr .
	·
	· .
~	.
	· .
	.

а яерфооаиая
	~~
~		~
	.
	.
	.
....•	. .	..-
	.
		;,...
		~

б	~~
2		~.
	...
	..
	..
	..
	.
..-ij		,-	,,,"-
		, .
,...,

13. в

    Рпс. 42. Схема поивтервальното многократного гидравлического разрыва пластов с применением шариков.

    а - первая стадия; б - вторая стадия; в - третья стадия.

    На промыспах Татарии применяется более простая схема гидро- разрыва поинтервально двух пропластков. Вначале обрабатывается нижний пропласток. Чтобы разобщить его с верхним, ниже пакера между пропластками монтируют рааобщитель, состоящий из па- трубка с резиновыми манжетами. При закачке манжеты под давле- нием жидкости плотно прижимаются к обсадным трубам, так что давление разрыва будет действовать только на нижний пропластов. Перед разрывом вышележащего пропластка нижний пропласток, в котором уже произведен разрыв, засыпается песком, после чего производится гидрораврыв верхнего пропластка обычным путем.

    ТатНИИ разработал новый способ повнтервального гидрораврыва , позволяющий за один спуск вабойного оборудования осуществлять в любой последовательности гидрораврыв нескольких заранее наме- ченных пластов. Сущность способа (рис. 43) заключается в том, что при осуществлении гидрораврыва в одном пласте перфорационные

    116

    отверстИЯ против вышележащих пластов перекрываются тонущими, а против нижележащих пластов - плавающими в жидкости разрыва эластиЧНЫМИ шариками.

    Забойное оборудование (см. рис. 43) состоит ив двух полых ци- линдров, соосно надетых на насосно-компрессорную трубу. Цилиндр с отверстиЯМИ в дне открыт сверху, а цилиндр с отверстиями в крыш- ке - снизу. Труба, на которую надеты и приварены цилиндры, за-

    глушена снизу и имеет отверстиЯ над нижним ци- линдром.

    Поинтервальный гид- роразрыв производят сле- дующим образом. В сква-

    жину на трубах спускают цилиндры, пакер и якорь.

    Под нижний цилиндр по- мещают эластичные ша- Пласт

    рики диаметром 18-20 .мм а

    с малым весом, следова- тельно, в жидкости они бу- пласт

    дут прижиматься к крыш- б

    ке нижнего цилиндра . Диаметр цилиндра должен

    быть таким, чтобы шарики не могли попасть в зазор между ним и эксплуатаци-

    онной колонной. Шариков берется немного больше,

    чем число перфорацион-

    ных отверстий, находя- Рис. щихся ниже самого верх-

    него интервала, намечен- ного для гидроразрыва. В верхний цилиндр поме-

    щают тонущие шарики, которых берут также больше, чем число отверстий, находящихся выше самого нижнего интервала, намечен- ного для гидрораарыва.

    Для того чтобы шарики при спуске вниз или при негерметичном перекрытии колонны не попадали под пакер, ставят специальный диск-разобщитель. Пакер устанавливают так, чтобы интервал, наме- ченный для гидрораврыва, находился между цилиндрами с шариками. После этого производят гидрораврыв. Если при разрыве начнут при- нимать жидкость выше или нижележащие пласты, то их перфорацион- ные отверстия перекрываются шариками, которые потоком жидкости увлекаются из цилиндров к этим отверстиям. Таким образом, гидро- разрыв произойдет только в намеченном интервале.

    После прекращевия закачки шарики благодаря соответствующему отбору их весов соберутся в свои цилиндры. Приподнимая или

    117

    

    [J

5

б

1I""'+==-7

I

п

43. Схема попвтервальвого гпцрораа- рыва пластов:

1 - пласта в; 11 - пласта б.

1 - якорь; 2 - панёр ; 3 - разобщитель; 4 - то- нущие шарики; 5 - верхний цилиндр; б - ниж- ний цилиндр; 7 - плавающие шарики.

опуская оборудование и устанавливая цилиндры с шариками в нужном иитервале, можно произвести гидроразрыв любого пласта.

При обычном способе гидроразрыва под давлением нагнетатель- ной жидкости пласт разрывается в самом слабом месте. Иногда этим слабым местом является непродуктивная часть пласта. Существует способ, который позволяет исключить возможность таких неудач- ных разрывов, - способ г и д р о в о л н о в о г о раз рыв а п л а с т о в. В скважину против того места, где нужно произвести разрыв, спускают сосуд, изготовленный из прочного нехрупкого материала в форме баллона. Перед спуском из сосуда специальным вакуум-насосом отсасывают воздух и при спуске герметизируют его от наружной атмосферы. Сосуд рассчитывается на давление столба жидкости плюс некоторое избыточное давление, после приложевия которого сосуд разрывается. Во время разрыва сосуда на несколько сотых долей секунды внутри скважины, где висел сосуд, создается вакуум. В это мгновение пластовое и местное горное давления сосре- доточиваются в том месте, где был сосуд; совдавшаяоя ударная волна, действуя обратно на породу, разрушает ее и производит в ней тре- щины. Ударная волна сосредоточивается по радиальной плоскости, поэтому порода разрывается по радиальному направлению и на одной плоскости, в средней зоне сосуда. Таким образом, гидроволновой удар направляет все свои силы только радиально, параллельно по- перечному сечению скважины, вследствие чего трещины образуются только в средней части сосуда, но не выше и не ниже его.

Гидроводновой разрыв позволяет разрывать самые плотные и твердые породы, в которых раньше обычный гидроразрыв не уда- вался.