курсач по теме оборудование для гидроразрыва пласта. 1. Применение гидравлического разрыва пласта на нефтяных и газовых месторождениях
 Скачать 130.5 Kb.
|
 1. Применение гидравлического разрыва пласта на нефтяных и газовых месторождениях 1.1 Основные понятия о механизме гидроразрыва пласта Гидравлический разрыв пласта (ГРП) - это процесс, который используется для увеличения скорости и объема добычи нефти или газа путем создания трещин в пластах для повышения их проницаемости. Механизм гидроразрыва пласта основан на закачке жидкости (обычно воды) в скважину под высоким давлением, что приводит к разрушению породы и образованию гидроразрыва пласта, или трещин, в пласте. Это позволяет газу и нефти лучше проникать в скважину и повышать производительность. Процесс гидроразрыва пласта включает в себя следующие этапы: 1. Подготовка скважины к эксплуатации: устанавливаются эксплуатационные сооружения, осматривается скважина, определяются параметры коллектора. 2. Приготовление жидкости для гидроразрыва пласта: воду смешивают с химическими реагентами, жидкость закачивают в скважину. 3. Создание давления: с помощью насосной установки жидкость закачивается в скважину под давлением, что приводит к разрушению породы и образованию гидроразрыва пласта. 4. Регистрация результатов: приток нефти или газа из скважины контролируется специальными устройствами. Однако следует отметить, что гидроразрыв пласта может вызвать ряд нежелательных последствий, таких как загрязнение подземных вод, сейсмическая активность или нарушение экосистемы региона. Поэтому важно строго контролировать процесс гидроразрыва пласта и соблюдать соответствующие правила и предписания. Локальный гидроразрыв пласта получил наиболее широкое распространение как эффективное средство воздействия на призабойную зону скважин. При этом достаточно создать трещины длиной 10-20 м с закачкой десятков кубометров жидкости и единиц тонн расклинивающего агента. В этом случае дебит скважин увеличивается в 2-3 раза. В последние годы интенсивно разрабатываются технологии создания высокопроводящих трещин относительно небольшой протяженности в средне- и высокопроницаемых пластах, что позволяет снизить сопротивление призабойной зоны и увеличить эффективный радиус скважины. Технология гидроразрыва пласта в первую очередь основана на знании механизма возникновения и распространения трещин в горных породах, что позволяет прогнозировать геометрию трещины и оптимизировать ее параметры. Математическое моделирование процесса крекинга основано на фундаментальных законах теории упругости, физики нефтегазоносных пластов, фильтрации, термодинамики. Первая теоретическая модель распространения двумерной трещины, получившая всеобщее признание, была предложена С.А. Христиановичем, Ю.П. Желтовым и Г.И. Баренблаттом (модель I). Чуть позже Т.К. Перкинс, Л.Р. Керн предложили вторую модель (модель II). Эти две основные двумерные теоретические модели распространения трещин гидроразрыва пласта отличаются физической постановкой задач. В обеих моделях высота вертикальной трещины постоянна, но в модели I вертикальное поперечное сечение трещины представляет собой прямоугольник, а в модели II - эллипс. Горизонтальное сечение вертикальной трещины в модели I представляет собой эллипс с точками на концах трещины, а в модели II представляет собой эллипс. Вертикальные продольные сечения трещин в обеих моделях представляют собой прямоугольники. Вертикальное поперечное сечение горизонтальной круговой трещины гидроразрыва пласта в модели II имеет эллиптическую форму, а в модели I оно эллиптическое с острыми концами на противоположных концах. Обе модели основаны на линейной теории трещин в упругом теле. Различия в моделях приводят к различиям в поведении давления в трещине и других параметрах процесса гидроразрыва пласта. Возможность образования вертикальной или горизонтальной трещины зависит от распределения тектонических напряжений. На небольших глубинах вертикальное напряжение может быть значительно меньше горизонтальных эффективных напряжений, что способствует образованию горизонтальной трещины. Считается, что при нормальных условиях горизонтальные трещины образуются на глубинах до 200 м, а вертикальные - на глубинах свыше 400 м. На промежуточных глубинах, где основные напряжения примерно равны, ориентация трещин определяется другими факторами, например, анизотропией. Поскольку разрабатываемые в настоящее время залежи нефти и газа в основном приурочены к значительным глубинам, в большинстве теоретических исследований рассматриваются вертикальные трещины. 1.2 Выбор скважин для гидравлического разрыва пласта При выборе скважин для гидроразрыва пласта руководствуются в первую очередь гидродинамическими характеристиками пласта, призабойной зоны и скважины. В то же время, в случае многослойного объекта разработки параметры определяются для каждого пласта или прослойки, вскрытых скважиной отдельно, посредством ее исследований методом стационарного отбора проб и измерений профилей притока или нагнетания в каждом режиме. Как и в любом другом геологическом проекте, выбор скважин для гидроразрыва пласта должен основываться на рациональных критериях. Для определения этих критериев используются данные геологических и гидродинамических исследований. Основными критериями выбора скважин являются: 1. Геологические условия почвы, включая структуру и состав пласта, геологическую историю и тектоническую активность. 2. Гидродинамические свойства пласта, включая стратиграфическое положение, проницаемость, пористость и содержание воды. 3. Технические характеристики скважины, включая ее диаметр, глубину, угол наклона и силу перегрузки. 4. Оценка имеющихся ресурсов и стоимости разработки скважины. При выборе скважин для гидроразрыва пласта следует учитывать эти критерии и выбирать скважины, наиболее подходящие для проведения операции. Комплексный подход позволит нам получить наиболее полные данные о состоянии пласта и даст возможность сделать оптимальный выбор скважин для проведения гидроразрыва пласта. Для гидроразрыва пласта предпочтительны слабопроницаемые сцементированные прочные породы, т.е. гидроразрыву пласта сначала следует подвергать скважины, в которых породы пласта не разрушаются во время испытаний или эксплуатации и в которых не наблюдаются заторы песка. В скважинах, где отмечается разрушение горных пород и вынос пластового песка на дно с образованием песчаных пробок, осуществляются процессы, которые также называются "гидроразрыв пласта". Однако его основной задачей является заполнение крупнозернистым песком каверн и каналов в призабойной зоне, образовавшихся в процессе эксплуатации скважины. Когда призабойная зона скважины полностью насыщена крупнозернистым песком, он действует как фильтр, который предотвращает поступление пластового песка на дно скважины и тем самым предотвращает образование пробки. Рекомендуется избегать разрывов в глинистых зонах, хотя наличие глиняных линз не может существенно повлиять на результат этого процесса. Отмечена закономерность изменения результатов гидроразрыва пласта от степени разработки горизонтов и залежей в целом. Наилучшие результаты гидроразрыва пласта в добывающих скважинах наблюдаются в пластах с высоким давлением, меньшей степенью дренирования и более высокой нефтенасыщенностью. Для горизонтов, которые разрабатываются с поддержанием пластового давления, эффективность гидроразрыва пласта выше, чем для тех, которые эксплуатируются без поддержания пластового давления. В то же время нецелесообразно проводить гидроразрыв пласта в добывающих скважинах, расположенных вблизи очагов или линии нагнетания, а также водонефтяного контура, поскольку может произойти резкое увеличение притока воды и уменьшение притока нефти. Гидравлический разрыв пласта может быть запланирован для скважин, работающих с высоким газовым фактором, с целью его снижения. Снижение газового фактора за счет гидроразрыва пласта достигается в скважинах, имеющих небольшую площадь разложения вокруг забоя, т.е. снижение высокого газового фактора за счет гидроразрыва пласта возможно в тех скважинах, где большой приток газа не связан с его прорывом из увеличенной газонасыщенной части пласта. или прорыв из скважин для нагнетания газа. Гидравлический разрыв в последних двух случаях проводить не следует, так как это может привести к еще большему увеличению притока газа. Считается, что гидроразрыв пласта в скважинах с открытым забоем менее благоприятен, чем в обсаженных и перфорированных скважинах. Предпочтительная толщина продуктивной части разламываемого пласта составляет 2-15 м. В скважинах, вскрывших многослойные отложения или пласты толщиной более 15 м, проводят многократный или интервальный гидроразрыв пласта. Гидроразрыв пласта не рекомендуется проводить в технически неисправных скважинах (со сломанной фильтрующей частью, со сломом или смятием колонны, с недостаточной высотой подъема цемента или плохим состоянием цементного кольца за колонной). В скважинах, где в результате разрушения цементного камня или неудовлетворительной цементации возникла циркуляция жидкости за колонной, необходимо провести цементацию для исправления кольца, а затем спланировать гидравлический разрыв. В скважинах с притоком пластовой воды целесообразно проводить гидроразрыв пласта после предварительной изоляции ее притока. При выборе скважин для гидроразрыва пласта полезно использовать данные электрического каротажа, анализ керна, историю эксплуатации скважин, данные о трещинах на других скважинах того же месторождения и т.д. Эти данные должны быть тщательно проанализированы. 1.3 Технология проведения гидроразрыва пласта Гидравлический разрыв пласта - это технология добычи нефти и газа путем создания щели в грунте. Для этого используйте специальную смесь жидкостей под давлением. Процесс осуществляется следующим образом: сначала буровая установка прокладывает скважину на нужную глубину, затем в нее под давлением закачивается специальная жидкость, что приводит к образованию трещин в грунте. Через эти трещины нефть или газ попадают на поверхность, где они скапливаются. Гидравлический разрыв пласта в настоящее время вызывает споры между сторонниками и противниками этой технологии. Его противники считают, что это может привести к загрязнению подземных вод, усилению сейсмической активности и другим негативным последствиям. В то же время сторонники гидроразрыва пласта утверждают, что он может значительно увеличить объемы добычи нефти и газа и стать важным источником энергии. Для гидроразрыва пласта, в первую очередь, выбираются скважины с низкой производительностью из-за естественной низкой проницаемости горных пород, или скважины, фильтрационная способность призабойной зоны которых ухудшилась при вскрытии пласта. Также необходимо, чтобы пластовое давление было достаточным для обеспечения притока нефти в скважину. Перед разрывом горных пород скважину исследуют на предмет притока и определяют ее поглощающую способность и давление поглощения. Результаты исследования притока и данные о поглощающей способности скважины до и после разрыва позволяют судить о результатах операции, помогают оценить давление разрыва, правильно выбрать подходящие свойства и количество жидкости для разрыва, судить об изменениях в проницаемость пород призабойной зоны скважины после разрыва. Перед началом работ скважину очищают от грязи путем дренажа и промывают для улучшения фильтрационных свойств призабойной зоны. Хорошие результаты разрыва могут быть получены путем предварительной обработки скважины соляной или глинистой кислотой (смесью соляной и плавиковой кислот), поскольку при вскрытии пласта проницаемость горных пород ухудшается в тех интервалах, куда фильтрат и глинистый раствор проникают больше всего. Такие зазоры являются наиболее проницаемыми участками разреза, которые после вскрытия пласта при бурении на глиняном растворе иногда становятся малопроницаемыми для разрывной жидкости. После предварительной кислотной обработки улучшаются фильтрационные свойства таких слоев и создаются благоприятные условия для образования трещин. В промытую, очищенную скважину опускаются насосные трубы диаметром 76 или 102 мм, по которым на забой подается разрывная жидкость. Когда трубы меньшего диаметра опускаются из-за значительных потерь давления, процесс разрыва становится затруднительным. Для защиты обсадной колонны от воздействия высокого давления над пластом устанавливается пакер. Чтобы предотвратить его перемещение вдоль колонны при повышении давления на трубы, рекомендуется установить гидравлический анкер. Чем больше давление в трубах и внутри якоря, тем с большей силой поршни якоря толкаются и прижимаются к корпусу. Кольцевые поверхности на концах поршней, врезающиеся в колонну, оказывают тем больший тормозной эффект, чем выше давление. Существуют якоря и других типов. Разрыв пласта осуществляется путем закачки разрывной жидкости в трубы до расслоения пласта, что характеризуется значительным увеличением коэффициента захвата скважины. Если для разрыва используется слабо отфильтрованная жидкость, а также если проницаемость пород в призабойной зоне заметно ухудшена из-за засорения глинистым раствором, в момент разрыва иногда наблюдается снижение давления нагнетания. Современными материалами, используемыми для заделки трещин в открытом состоянии, являются пропанты. Они классифицируются следующим образом: кварцевые пески и синтетические проппанты средней и высокой прочности. Физические характеристики проппантов, влияющие на проводимость трещины, включают такие параметры, как прочность, размер гранул и гранулометрический состав, качество (наличие примесей, растворимость в кислотах), форма гранул (сферичность и округлость) и плотность. Основным и наиболее широко используемым материалом для заделки трещин является песок. Его плотность составляет приблизительно 2,65 г/см2. Пески обычно используются при гидроразрыве пластов, в которых напряжение сжатия не превышает 40 МПа. Керамические проппанты плотностью 2,7-3,3 г/см2, используемые при напряжении сжатия до 69 МПа, обладают средней прочностью. Сверхпрочные пропанты, такие как спеченный боксит и оксид циркония, используются при напряжениях сжатия до 100 МПа, плотность этих материалов составляет 3,2-3,8 г/см2. Использование сверхпрочных пропантов ограничено их высокой стоимостью. Кроме того, в США используется так называемый суперпесок - кварцевый песок, зерна которого покрыты специальными смолами, повышающими прочность и препятствующими удалению из трещины раскрошившихся частиц проппанта. Плотность суперпески составляет 2,55 г/см2. Также производятся и используются проппанты, покрытые синтетическими смолами. Прочность является основным критерием при выборе пропантов для конкретных условий залежи, чтобы обеспечить долговременную проводимость по трещинам на глубине пласта. Поэтому для различных глубин используются следующие типы проппантов: кварцевые пески - до 2500 м; проппанты средней прочности - до 3500 м; высокопрочные проппанты - свыше 3500 м. До недавнего времени в качестве пропанта в России использовался только природный песок в количестве до 130 т/сут, и в большинстве случаев перекачивалось 20-50 т/сут. Из-за относительно небольшой глубины обрабатываемых слоев не было необходимости использовать синтетические высококачественные пропанты. До конца 80-х годов при гидроразрыве пласта в основном использовалось отечественное или румынское оборудование, в некоторых случаях американское. В настоящее время существуют широкие потенциальные возможности для внедрения крупномасштабных операций гидроразрыва пласта в низкопроницаемых газоносных пластах на месторождениях Сибири (глубина - 2000-4000 м), Ставропольского (2000-3000 м) и Краснодарского (3000-4000 м) краев, Саратова (2000 м), Оренбурга (3000-4000 м). и Астраханская (Карачаганакское месторождение (4000-5000 м)) области. Выбор технологической схемы и эффективность обработки во многом зависят от мощности оборудования. Установлено, что наилучшие результаты получаются при высоких давлениях нагнетания и высокой производительности оборудования, что, по-видимому, объясняется значительным раскрытием трещин при высоких давлениях и заполнением их песком. Отечественная промышленность выпускает установки 2АН-500 и 4АН-700, предназначенные для гидроразрыва пласта. Установка AN-500 может создавать рабочее давление до 50 Мн/м2. Одновременное использование 3-4 агрегатов позволяет закачивать разрывную жидкость в скважину со скоростью 10-15 дм3/сек при давлении до 50 Мн/м2. Процесс смешивания песка с жидкостью механизирован с помощью специальных пескосмесительных агрегатов. Пескосмесительная установка Р-100 конструкции "Гидронефтемаш" способна создавать содержание песка в песконосителе до 1000 кг/м3 при производительности по сухому песку до 100 т/ч. Была разработана мобильная лаборатория для непрерывного контроля параметров разрывных жидкостей и технологии процесса. Многократный гидроразрыв пласта может быть осуществлен следующими способами: 1) Выполните гидроразрыв пласта по обычной технологии, а затем закачайте в скважину вместе с жидкостью вещества, которые временно закупоривают трещину или закрывают перфорации на промежуток разрыва. Это дает возможность снова увеличить давление и разорвать пласт в другом месте. Гранулированный нафталин, эластичные пластиковые шарики и т.д. использовались в качестве засоряющего материала. При разработке скважин нафталин растворяется в нефти и удаляется из трещины, а шарики выносятся потоком на поверхность. 2) Зона, предназначенная для образования трещин, может быть каждый раз отделена двумя пакерными или гидравлическими клапанами, и гидроразрыв пласта может осуществляться с использованием обычной технологии. 3) Осуществить многократный разрыв с изоляцией нижележащих слоев продуктивного пласта песчаной пробкой. На участках с большим количеством глинистых прослоек, т.е. с низкой вертикальной проницаемостью, крайне желательно создавать вертикальные трещины, соединяющие продуктивные прослои. Нефильтрующиеся разрывные жидкости используются для образования вертикальных трещин. Вертикальные трещины также могут образовываться при впрыске отфильтрованных жидкостей, что приводит к быстрому увеличению расхода жидкости и давления на дне. Чтобы облегчить разрыв слоев в заранее выбранном месте, можно предварительно выполнить пескоструйную перфорацию или торпедирование колонны: один и тот же участок отделяется (герметизируется) пакерами. Очень важным вопросом при гидроразрыве пласта, требующим особого внимания, является определение местоположения и характера образовавшихся трещин. Эта проблема успешно решается методами радиоактивного каротажа, проводимого после введения в трещину смеси обычного и радиоактивного песка. Активация песка осуществляется путем адсорбции и фиксации радиоактивных веществ на его поверхности. Адсорбированный активный компонент может быть закреплен путем нанесения на песчинки клеев, нерастворимых в воде и масле. На кривых гамма-каротажа в интервале образования трещин наблюдаются явные аномалии радиоактивности. |