Гидравлический разрыв пласта


Гидравлический разрыв пласта – в данное время один из основных методов повышения производительности работы нефтяных и газовых скважин и увеличения приемистости нагнетательных скважин. Данная технология заключается в создании высокопроводимой трещины (или сети трещин) в продуктивном пласте за счет подачи в него под высоким давлением жидкости разрыва с целью обеспечить приток добываемого флюида.

гидравлический разрыв пласта

Первый проведенный в истории ГРП

Первопроходцем в осуществлении технологии ГРП на практике стала компания Halliburton, которая осуществила его в США в далеком 1947 году. Тогда Halliburton использовало техническую воду как жидкость разрыва, речной песок - в качестве расклинивающего агента.


Halliburton

Американская межнациональная компания, являющаяся одной из крупнейших в мире. Основана в 1919 году. Оказывает сервисные услуги в нефте- и газодобывающей отрасли.


Позже ГРП начали применять и в Советском Союзе. Заложение основ теории проведения ГРП принадлежит таким советским учёным как Желтов Ю. П. и Христианович С. А. (1953 год), Работы этих знаменательных ученых дали значительный толчок в развитии метода гидравлического разрыва во всем мире.

Впервые в мире гидроразрыв угольного пласта (для добычи метана из угольных пластов) был произведён в 1954 году в Донбассе.

ГРП используют также при разработке нетрадиционных месторождений: для добычи газа уплотненных песчаников, а также сланцевого газа и легкой нефти из низкопроницаемых пород (многостадийный ГРП в протяжённых горизонтальных скважинах). Сегодня метод ГРП довольно часто применяется как государственными, так и частными добывающими компаниями в качестве метода интенсификации добычи нефти и газа.

Технология проведения ГРП

ГРП состоит из трех операций:

  • 1. Cоздание в продуктивном пласте искусственных трещин (или же дополнительное раскрытие природных);
  • 2. Закачка по насосно-компрессорным трубам в призабойную зона жидкости с наполнителем трещин;
  • 3. Продавка жидкости с наполнителем в трещины для их закрепления геометрии трещины;

Принципиальная схема оборудования скважины для проведения ГРП

Принципиальная схема оборудования скважины для проведения ГРП

1 — продуктивный пласт; 2 — трещина; 3 — хвостовик; 4 — пакер; 5 —якорь; 6 — обсадная колонна; 7 — колонна НКТ; 8 — устьевое оборудование; 9 — жидкость разрыва; 10 — жидкость-песконоситель; 11 — жидкость продавки; 12 — манометр.

Этапы проведения ГРП

Подготовка скважины — исследование на приток или приемистость, что позволяет получить данные для оценки давления разрыва, объема жидкости разрыва и других характеристик.

Промывка скважины — скважина промывается промывочной жидкостью с добавкой в нее определенных химических реагентов. При необходимости осуществляют декомпрессионную обработку, торпедирование или кислотное воздействие. При этом рекомендуется использовать насосно-компрессорные трубы диаметром 3-4" (трубы меньшего диаметра нежелательны, т.к. велики потери на трение).

Закачка жидкости разрыва – создается необходимое для разрыва горной породы давление для образования новых и раскрытия существовавших в ПЗС трещин. В зависимости от свойств ПЗС и других параметров используют либо фильтрующиеся, либо слабофильтрующиеся жидкости.

Определение параметров проведения процесса ГРП

+ ОНЛАЙН-РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ПРОВЕДЕНИЯ ПРОЦЕССА ГРП
Показатель Значение
Глубина скважины, м
Вскрытая толщина пласта, м
Диаметр НКТ, м
ρ'ж (плотность) жидкости разрыва, кг/м3
Вязкость жидкости разрыва, Па*с
Объем песка, тонн
Темп закачки, м3/c
Давление подачи агрегата, МПа
Объем подачи агрегатом, м3/c
pгв горного давления
pгг горного давления
Pзаб разрыва
β'п - объемная концентрация песка
ρ'жп жидкости разрыва
μжр жидкости разрыва
Re
λ гидравлического сопротивления
Потери на трение
Давление на устье скважины
Необходимое кол-во агрегатов
Объем продавочной жидкости, м3
Объем жидкости для ГРП, м3
Суммарное время работы агрегата, мин.
Сохранить в Excel

Важными вопросами при проведении ГРП являются вопросы определения местоположения, пространственной ориентации и размеров трещин. Такие определения должны быть обязательными при производстве ГРП в новых регионах, т.к. позволяют разработать наилучшую технологию процесса.

Проектирование гидравлического разрыва пласта (ГРП) является довольно сложной задачей, которую можно разделить на два этапа: расчет основных характеристик процесса и выбор необходимой техники для его осуществления; определение вида трещины ГРП и расчет ее размеров.

Для определения Pзаб разрыва продуктивного пласта при применении нефильтрующейся жидкости следует использовать следующую формулу (при закачке 1 м3 жидкости разрыва):

Забойное давление разрыва пласта, где:

pгг - горизонтальная составляющая горного давления, МПа:

горизонтальная составляющая горного давления

ν - коэффициент Пуасонна горных пород (ν = 0.2 - 0.3);

pгв - вертикальная составляющая горного давления, МПа:

вертикальная составляющая горного давления

ρп - плотность горных пород над продуктивным горизонтом, кг/м3п = 2600 кг/м3);

E - модуль упругости пород (E = 1..24 МПа);

Q - темп закачки жидкости разрыва, м3/с.(в соответсвии с характеристикой насосного агрегата);

μжр - вязкость жидкости разрыва, Па*с;

Для приблизительного расчета давления разрыва на забое при примении фильтрующейся жидкости можно воспользоваться формулой:

забойное давление разрыва пласта

K - коэффициент, принимаемый равным (1,5-1,8) МПа/м.

Устьевое давление при закачке жидкости-песконосителя:

УСтьевое давление при закачке жидкости-песконосителя

ρжп - плотность жидкости-песконосителя кг/м3:

плотность жидкости-песконосителя

ρ'жп - плотность жидкости, которая используется как песконоситель кг/м3;

ρ'п - плотность песка, кг/м3 (ρ'п = 2500 кг/м3);

β'п - объемная концентрация песка в смеси:

объемная концентрация песка в смеси

Сп - концетрация песка в 1 м3, кг/3п = 250-300 кг/м3);

Потери давления на трение жидкости-песконосителя:

Потери давления на трение жидкости-песконосителя

λ - коэффициент гидравлических сопротивлений:

коэффициент гидравлических сопротивлений

число Рейнольдса

Q - темп закачки, м3/c;

μжп - вязкость жидкости, Па*с;

вязкость жидкости с песком

μ'жп - вязкость жидкости, которая используется в качестве песконосителя, Па*с;

Если Re > 200, то потери давления на трение возврастают в 1,52 раза:

потери давления на трение

Необходимое число насосных агрегатов:

необходимое число насосных агрегатов

pp - рабочее давление агрегата;

Qp - подача агрегата при данном pp;

Kтс - коэффициент технического состояние агрегата (Kтс = 0,5-0,8);

Минимальный объем продавочной жидкости (при закачке в НКТ):

Минимальный объем продавочной жидкости (при закачке в НКТ)

Минимальный темп закачки жидкости разрыва определяется по формулам:

Для горизонтальной трещины:

Минимальный темп закачки жидкости разрыва для горизонтальной трещины

Для вертикальной трещины:

Минимальный темп закачки жидкости разрыва для вертикальной трещины

Rт - радиус горизонтальной трещины, м;

ω0 - раскрытость (ширина) трещины на стенке скважины, м;

μжр - вязкость жидкости разрыва, Па*с;

h - толщина пласта, м;

В случае использовании нефильтрующейся жидкости можно принять фактический темп закачки Q равным Qmin. В случае использовании фильтрующейся жидкости фактический темп закачки жидкости Q > Qmin.

Объем песка Qп , который приходится на один гидравлический разрыв пласта, принимаеися равным 8-10 т. При концентрации Qп в 1 м3 жидкости Сп объем жидкости:

Минимальный темп закачки жидкости разрыва для горизонтальной трещины

Новости ТЭК