А. Образование горизонтальной трещины.

Лекция № 4

Интенсификация добычи нефти с использованием технологии ГРП

Общие положения

1. Гидравлический разрыв пласта (ГРП) – механический метод воздействия на пласт.

Порода разрывается в соответствии с напряженным состоянием или по плоскостям минимальной прочности под действием избыточного давления при закачке жидкости разрыва.

2. После разрыва трещина увеличивается и возникает ее связь с другими трещинами и зонами повышенной проницаемости. Расширяется область пласта, дренируемая скважинами.

3. В образованные трещины транспортируют зернистый материал (проппант) для закрепления трещины после снятия давления.

Таким образом гидравлический разрыв пласта (ГРП) заключается в создании искусственных и расширении естественных трещин. Микротрещины в ПЗС связаны с процессом первичного вскрытия в фазе бурения, а также с процессом вторичного вскрытия - перфорации).

Сущность ГРП заключается в нагнетании под давлением в ПЗС жидкости, которая заполняет микротрещины и расклинивает их, а также формирует новые трещины. Если при этом ввести в образовавшиеся или расширившиеся трещины закрепляющий материал (например, песок), то после снятия давления трещины не смыкаются.

Давление разрыва

1. В невозмущенном горном массиве напряженное состояние горных пород характеризуется следующими напряжениями:

- вертикальным σ_z = Р_г, определяемым весом вышележащих горных пород

σ_z = P_г = ρ_п g H , (1)

- горизонтальным σ_х= σ_у =Р_гг

σ_х= σ_у =Р_гг=λ ρ_п g H , (2)

где ρ_п – плотность вышележащих горных пород,

Н – глубина залегания горизонта, для которого рассчитываются напряжения,

λ – коэффициент бокового распора, определяемый по формуле академика А.Н. Динника:

, (3)

ν – коэффициент Пуассона горной породы, зависящий от продольных и поперечных ее деформаций.

Для песчаников и известняков ν = 0,2 ÷ 0,3; для упругих пород коэффициент Пуассона изменяется в пределах 0,25 ÷ 0,43. Для пластичных горных пород (глина, глинистые сланцы, каменная соль) коэффициент Пуассона стремиться к 0,5, вследствие чего λ → 1.

Академик С.А.Христианович связывает величину горного давления, кроме того, с наличием в разрезе скважины глинистых пластичных пород.

Пусть горизонтальное горное давление в нем Р_гг , а со стороны скважины – давление Р_скв. Так как Р_скв < Р_гг , то:

Р_гг – Р_скв = ΔР .

Перепад давлений ΔР, действующий на глинистый пропласток, может оказаться выше прочности глины. В этом случае глина вытекает в скважину, формируя вокруг нее зону пониженного горного давления.

Рис. 1. К образованию зоны пониженного горного давления в разрезе

скважины

Давление разрыва Р_р является трудно рассчитываемой величиной, но принципиально оно может соотноситься с горным давлением Р_г следующим образом:

Р_р < > P_г .

В общем случае давление разрыва зависит от следующих основных факторов:

- горного давления Р_г,

- проницаемости ПЗС и наличия в ней микротрещин,

- прочности и упругих свойств горной породы,

- структуры порового пространства,

- свойств жидкости разрыва,

- геологического строения объекта,

- технологии проведения ГРП и др.

Разрыв осуществляют так называемой жидкостью разрыва, а заполнение образовавшихся или расширившихся трещин закрепляющим материалом с жидкостью-носителем.

4. Эффект от ГРП связан со следующими факторами:

- снижение фильтрационных сопротивлений в ПЗ скважины;

- увеличение фильтрационной поверхности скважины;

- приобщение к выработке слабодренируемых зон и пропластков.

5. Технологии ГРП различаются объемами закачки технологических жидкостей и проппантов.

Локальный гидроразрыв как управление продуктивностью.

Длина трещины – 10 -20 м; десятки метров кубических жидкости и единицы тонн проппанта. Дебит скважины увеличивается в 2 -3 раза.

ГРП с протяженными трещинами (40 -60 м). Объемы закачки увеличиваются на порядок. Возможно вовлечение в разработку дополнительных запасов нефти – увеличение коэффициента охвата, снижение обводненности.

Селективный гидроразрыв - для вовлечения в разработку и повышения продуктивности низкопроницаемых слоев.

Массированный ГРП – трещины протяженностью до 1000 м (тысячи кубометров жидкостей, тысячи тонн пропанта).

Критерии применения

1. Неоднородность пласта по простиранию и расчлененности;

2. Проницаемость пласта не более 30 мД, при вязкости нефти не более 5 мПа*сек; проницаемость до 50 мД при вязкости до 50 мПа*сек; в высокопроницаемых пластах эффективен локальный ГРП;

3. Литологические экраны (глинистые слои, отделяющие продуктивный пласт от газо- и водо- насыщенных коллекторов) не менее 4,5 – 6 м;

4. Эффективная нефтенасыщенная толщина пласта должна обеспечивать длительность технологического эффекта после ГРП;

5. Текущий КИН не должен превышать 30%. / /

Механизм образования трещин

А. Образование горизонтальной трещины.

Если в призабойную зону скважины нагнетать слабо фильтрующуюся (средне фильтрующуюся) жидкость, то фильтрация начинается в наиболее проницаемые области ПЗС, определяемые, как правило, наличием трещин. Фильтрация возможна только при определенном перепаде давлений ΔР_ф, зависящем от ряда факторов:

ΔР_ф = Р_заб – Р_пл . (4)

В этом случае слабо фильтрующаяся жидкость действует как клин, увеличивая длину и раскрытость горизонтальной трещины. При этом, положительный результат может быть получен только при определенном темпе закачки жидкости разрыва. Минимальный темп закачки жидкости разрыва определяют по эмпирической зависимости:

, (5)

где Q_min_г – минимальная подача насосным агрегатом жидкости разрыва для образования горизонтальной трещи

R_т – радиус горизонтальной трещины, м,

ω₀ – ширина трещины на стенке скважины, м ,

μ – вязкость жидкости разрыва, мПа с.

Рис. 5.4. Схема горизонтальной и вертикальной трещин

Б. Образование вертикальной (наклонной) трещины

Если используется нефильтрующаяся жидкость разрыва, то по мере повышения давления закачки напряжение в горной породе возрастает. При определенном напряжении, превышающем предел прочности породы на сжатие, порода разрывается.

По мере роста давления закачки напряжение в горной породе возрастает и происходит ее сжатие. Сжатие происходит до определенного предела, определяемого прочностью на сжатие. После превышения этого предела порода не может сопротивляться увеличивающемуся сжатию и растрескивается. После снятия давления закачки возникают остаточные трещины (трещины разуплотнения), как правило, вертикальной или наклонной ориентации.

Минимальный темп закачки жидкости разрыва рассчитывают по следующей эмпирической зависимости:

, (6)

где Q_min_в – минимальная подача насосным агрегатом жидкости разрыва для образования вертикальной трещины, м³/с,

h – толщина пласта, м.

Расчет размеров трещин производится по методикам, предложенным в учебном пособии И.Т. Мищенко «Скважинная добыча нефти» / /

Технология проведения ГРП

Технология проведения ГРП заключается в совокупности следующих операций:

· Подготовка скважины – исследование на приток или приемистость.

· Промывка скважины – скважина промывается промывочной жидкостью с добавкой в нее определенных химических реагентов.

· Закачка жидкости разрыва.

В качестве жидкостей разрыва можно использовать:

в добывающих скважинах

- дегазированную нефть,

- загущенную нефть, нефтемазутную смесь,

- гидрофобную нефтекислотную эмульсию,

- гидрофобную водонефтяную эмульсию,

- кислотно-керосиновую эмульсию и др.,

в нагнетательных скважинах

- чистую воду,

- водные растворы соляной кислоты,

- загущенную воду (крахмалом, полиакриламидом – ПАА, сульфит-спиртовой бардой – ССБ, карбоксиметилцеллюлозой - КМЦ),

- загущенную соляную кислоту (смесь концентрированной соляной кислоты с ССБ), и др.

· Закачка жидкости-песконосителя.

Песок или любой другой материал, закачиваемой в трещину, служит наполнителем трещины, являясь по существу каркасом внутри нее и предотвращает смыкание трещины после снятия (снижения) давления. Жидкость-песконоситель выполняет транспортную по отношению к наполнителю функцию.

В качестве жидкостей-песконосителей в добывающих скважинах используются вязкие жидкости или нефти, желательно со структурными свойствами; нефтемазутные смеси; гидрофобные водонефтяные эмульсии; загущенная соляная кислота и др. В нагнетательных скважинах в качестве жидкостей-песконосителей используются растворы ССБ (сульфит-спиртовая барда); загущенная соляная кислота; гидрофильные нефтеводяные эмульсии и др.

- Закачка продавочной жидкости.

Основной целью этой жидкости является продавка жидкости-песконосителя до забоя и задавка ее в трещины. С целью предотвращения образования пробок из наполнителя, как показывает практика, должно соблюдаться следующее условие:

где - скорость движения жидкости-песконосителя в колонне НКТ, м/с,

μ – вязкость жидкости-песконосителя, мПа с.

Как правило, в качестве продавочных используются жидкости с минимальной вязкостью. В добывающих скважинах часто используют собственную дегазированную нефть (при необходимости ее разбавляют керосином или соляркой); в нагнетательных скважинах используется вода, как правило, подтоварная.

В качестве наполнителя трещин могут использоваться:

- кварцевый отсортированный песок с диаметром песчинок 0,5 ÷ 1,2 мм, который имеет плотность около 2600 кг/м³. Так как плотность песка существенно больше плотности жидкости-песконосителя, то песок может оседать, что предопределяет высокие скорости закачки,

- стеклянные шарики,

- зерна агломерированного боксита,

- полимерные шарики,

- специальный наполнитель – проппант.

Основные требования к наполнителю:

- высокая прочность на сдавливание (смятие),

- геометрически правильная шарообразная форма.

Более подробные сведения о рабочих агентах и их свойствах приведены в специальной литературе.

Дата добавления: 2018-05-13; просмотров: 2342; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!