Механизм воздействия ГРП на породы

Гидравлический разрыв пласта - метод механического (физического) воздействия на породу нефтяного пласта давлением нагнетаемой жидкости, достаточным для расширения и развития естественных микротрещин обычно в вертикальных плоскостях, с последующим их заполнением зернистым высокопрочным материалом - проппантом.

Основным показателем технологической эффективности гидроразрыва пласта является повышение продуктивности скважин, что обусловлено уменьшением влияния скин-эффекта и увеличением средней проводимости в результате искусственного создания протяжённого канала высокоё проницаемости.

Увеличение продуктивности скважин после ГРП определяется соотношением проницаемостей пласта и трещины и размерами трещины. Причем продуктивность не возрастает неограниченно с ростом длины трещины. Существует предельное значение длины трещины, превышение которого не приводит к росту дебита жидкости. Определение этой величины может быть осуществлено на основе расчетной методики.

Проницаемость трещины определяется в основном свойствами пропанта. При заданных значениях проницаемостей пласта и трещины можно вычислить кратность увеличения дебита скважины при различных размерах трещины гидроразрыва. Как показывают расчеты, изменение раскрытия трещины в пределах нескольких миллиметров в большинстве случаев незначительно влияет на продуктивность скважины. Определяющим параметром является полудлина трещины. Зависимости дебита скважины от длины трещины наглядно показывают существование предельной полудлины, превышение которой не дает прироста продуктивности. При определении рекомендуемых размеров трещины для каждого конкретного случая целесообразно построить аналогичные зависимости. Например, при проницаемости пласта порядка 10 мД предельная полудлина трещины составляет приблизительно 50 м, при проницаемости пласта порядка 100 мД эта величина не превышает 10 м. Следует отметить, что эти оценки получены для однородного пласта.

В неоднородном пласте может быть эффективно создание более длинных трещин, особенно если они позволяют подключить к разработке не дренируемые или слабо дренируемые зоны пласта. Для этого в каждом конкретном случае необходим анализ геологического строения пласта. Особенно следует обратить внимание на скважины, оказавшиеся внутри низкопроницаемых включений. В этом случае можно ожидать значительно более высокого эффекта от ГРП, особенно, если низкопроницаемое включение имеет сравнительно небольшие размеры. Особую актуальность в этой ситуации приобретает знание ориентации трещины, поскольку это позволит подобрать размер трещины таким образом, что бы она выходила за пределы включения. Например, расчеты, проведенные для скважины, расположенной внутри низкопроницаемого включения прямоугольной формы размером 100x300 м в элементе пятиточечной системы разработки (проницаемость пласта, включения, трещины соответственно 0,1; 0,001;80 Д) показали, что если трещина с полудлиной 100 м целиком содержится внутри включения, то дебит скважины после ГРП возрастает приблизительно в 6 раз; а если трещина тех же размеров ориентирована по-другому и на половину своей длины выходит за пределы включения, то дебит возрастает в 11,5 раз.

В случае прерывистых пластов, гидроразрыв позволит подключить к разработке не дренируемые или слабо дренируемые области пласта. В некоторых случаях ГРП в нагнетательных скважинах создаст возможность для заводнения новых пропластков, которые до этого были изолированы от нагнетания.

Определение рекомендуемой длины трещины в условиях неоднородного пласта должно осуществляться на базе детерминированной геологической модели и с учетом реального направления трещины.

При ГРП расчет сводится к определению следующих данных:

· технологических показателей процесса гидроразрыва пласта

· увеличение проницаемости призабойной зоны скважины

· ожидаемого прироста дебита скважины после ГРП

5.7 Расчёт технологических показателей для ГРП

При расчете технологических показателей необходимо определить следующие показатели:

1. Давление разрыва.

2. Допустимое давление на устье скважины (при проведении ГРП без пакера).

3. Объем жидкости разрыва.

4. Количество расклинивающего материала, концентрация расклинивающего материала в жидкости-носители.

5. Объем жидкости-носителя.

6. Объем продавочной жидкости.

7. Общую продолжительность процесса ГРП.

8. Тип и число необходимых насосных агрегатов.

· Решение. Определяем давление разрыва по формуле

Р_разр = Р_вг-Р_пл+б_р

где Р_вг - вертикальное горное давление, Мпа

Р_рл - пластовое давление, Мпа

б_р - давление расслоения пород (принимаем равным 1,5Мпа)

Вертикальное горное давление определяем по формуле

Рвг = Н р_п g

где Н - глубина залегания пласта (нижних отверстий фильтра)

р_п - средняя плотность вышележащих пород кг/м³

· Вследствие проведения ГРП только с пакером, расчет проведения процесса без пакера не рассматривается.

· Объем жидкости разрыва не подается точному расчету. По опытным данным и на основании проведения миниразрыва определяется его значение, это значение колеблется в пределах 10-15 м³.

· Количество расклинивающего материала G_п потребное для закрепления трещины также нельзя рассчитать. На основании проведенных операций по гидроразрыву количество расклинивающего материала принимается равным 6-16 тонн на один гидроразрыв.

· Концентрация расклинивающего материала С зависит он вязкости жидкости носителя и темпа ее закачки. Обычно для нефти вязкостью 5*10^-2Па*с значение ее колеблется в пределах 150-500 кг/м³.

· Объем жидкости носителя определяется по формуле:

V_пр = G_п / С

· Объем продавочной жидкости принимают на 20-30% больше, чем объем колонны труб, по которой закачивают жидкость с расклинивающим материалом:

V_пр =К П d²_B H / 4

где d²_B - внутренний диаметр труб, по которым закачивают жидкость разрыва

К - коэффициент, учитывающий превышение объема жидкости

над объемом труб (1,2-1,3)

Н - глубина спуска пакера

· Общую продолжительность процесса гидроразрыва определяют из соотношения

t = (V_P + V_Ж.П +V_ПР) /Q

где Q - расход рабочих жидкостей, равный, принятой скорости их

нагнетания

V_P - объем жидкости разрыва

V_Ж.П - объем жидкости носителя

V_ПР. - объем продавочной жидкости

· Число насосных агрегатов определяется с учетом их подачи (модель FC-2251 2547 л/мин), требуемого давления (802 кг/см2) и расхода жидкости (772л/мин) по формуле (при одном резервном)

N = (0,03 / 0,0123)+1 = 3+1 =4 агрегата

Для определения увеличения проницаемости призабойной зоны скважины после гидроразрыва необходимо знать ширину трещины, радиус ее распространения и проницаемость пласта. Радиус трещины определяется по формуле:

R_T = 5.08*10 ^5C (Q M t_P / k)^0.5

где С - эмпирический коэффициент, зависящий он давления и

характеристики горных пород, равный 0,02:

Q - расход жидкости разрыва, м³/мин:

М - вязкость жидкости разрыва, Па*с:

t_Р - время закачки жидкости разрыва, мин.:

k - коэффициент проницаемости, мкм²:

Проницаемость созданной трещины определяется по формуле:

k_T = (10³w/12) 10^-12

где к_Т - проницаемость трещины, м²

w - ширина трещины, см

Проницаемость призабойной зоны определяется по формуле:

k_ПЗ = k_П h +k_T w/ h + w

где k - проницаемость пласта

h - эффективная мощность пласта

w - ширина трещины

Ожидаемый прирост дебита скважины после проведения гидроразрыва пласта определяется следующим путем:

Дебит скважины найдем по формуле Дюпюи

Q = 2П k_П h ^Р

м lg R_K /r_C

где Q - дебит скважины, м³/сут

k_П - проницаемость пласта, м²

h - эффективная мощность пласта, м

R_K - радиус контура питания скважины

^Р - депресия на забое, Мпа

м - динамическая вязкость нефти, 0,8 Па*с

Дебит скважины после гидравлического разрыва пласта определяется по формуле Дюпюи, принимая радиус скважины, равным радиусу трещины (r_C=r_T):

Q = 2П k_П h ^P

м 2,3lg(R_K/r_Т)

где k_П - проницаемость пласта, м²

r_T - радиус трещины

R_K - радиус контура питания скважины

В настоящее время при расчете гидроразрыва пласта на Ловинском месторождении используется программа трехмерного моделирования гидравлическогоразрыва MFrac-III версия3.5.ОR1.12.99г. разработанная компанией Meyer & Associates. Inc.