3 ГРП. Гидравлический разрыв пласта Задача (
Скачать 166.45 Kb.
|
Гидравлический разрыв пласта Задача (Вариант 1). Рассчитать основные характеристики ГРП в добывающей скважине глубиной L = 900 м. Разрыв провести по НКТ с пакером, условный диаметр dНКТ = 60 мм, толщина стенки δ = 5 мм. Проверить колонну НКТ на внутреннее избыточное давление и сделать заключение о пригодности НКТ для проведения ГРП (группа прочности Е). В качестве жидкости разрыва и песконосителя используется нефильтрующаяся амбарная нефть плотностью ρж = 945 кг/м3 и динамической вязкостью μж = 0,285 Па·с. Предполагается закачать в скважину Qп = 3,5 т песка с диаметром зерен 1 мм. Темп закачки жидкости разрыва Q= 0,010 м3/с. Использовать агрегат 4АН-700. Рассчитать необходимое число насосных агрегатов, а также время их работы. Определить потребное число пескосмесительных агрегатов 4ПА и автоцистерн для транспортировки на скважину продавочной жидкости. Определить размеры трещин в пласте после ГРП. Толщина пласта h = 9,5 м. Проектирование процесса ГРП состоит из двух частей: расчет основных характеристик процесса и выбор необходимой техники; определение вида трещины и расчет ее размеров. Решение Давление, которое необходимо создать на устье при гидроразрыве пласта Ру р : где Рзаб·р – забойное давление при гидроразрыве, Р тр - потери давления на трение при движении жидкости-песконосителя по НКТ, ρжп – плотность жидкости- песконосителя, g – ускорение свободного падения; L – глубина залегания обрабатываемого пласта. 1 Определение давления на забое Рзаб (Рпл.) : Вертикальная составляющая горного давления Ргв : Ргв = ρп · g · L = 2600 · 9,81 · 900 ·10-6 = 22,96 МПа, где ρп = 2600 кг/м3 – средняя плотность пород над продуктивным пластом, g = 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения. Горизонтальная составляющая горного давления Рг : Ргг = Ргв ν /(1 – ν) = 22,96 · 0,3 / (1 – 0,3) = 9,84 МПа, где ν = 0,2…0,3 – коэффициент Пуассона для горных пород [1, с.215] Коэффициент Пуассона – величина отношения относительного поперечного сжатия к относительному продольному растяжению. Следовательно, при ГРП можно ожидать возникновения вертикальной трещины. Для приближенной оценки давления разрыва пласта на забое можно использовать эмпирическую формулу [1, с.216; 4, с.149]: Р заб.р.(пл) = 10-2 ·к ·L = 10-2 ·1,8 · 900 = 16,2 МПа, где к – коэффициент, равный (1,5 -1,8) МПа/м [1, с.216], к – коэффициент, равный (1,5 -2,0) МПа/м [4, с.149]. 2 Определение потерь давления (напора) на трение Ртр при движении жидкости-песконосителя по НКТ (формула Дарси- Вейсбаха) [2, с.123]: где λ – коэффициент трения (коэффициент Дарси); ν – скорость движения жидкости в трубах; ρжп – плотность жидкости-песконосителя; L – глубина залегания обрабатываемого пласта; dэ – эквивалентный диаметр трубы. При прямой промывке dэ равен внутреннему диаметру насосно-компрессорной трубы. При обратной промывке нагнетание идет по межтрубному пространству поэтому dэ определяется по формуле [2, с.125]. Выражая скорость потока ν через расход Q и площадь сечения получим [1, с.77, с.216] формулу для определения потерь давления на трение в трубах (для ньютоновских жидкостей) . Плотность жидкости-песконосителя ρжп : ρжп= ρж · (1 – βп) + ρп · βп = 945 ·(1-0,107) + 2500 · 0,107 = 1111 кг/м3, где ρж = 945 кг/м3 – плотность чистой жидкости-песконосителя без песка, ρп = 2500 кг/м3 – плотность песка, βп = 0,107 – объемная концентрация песка в смеси (см. ниже). Объемная концентрация песка в смеси βп определяется по формуле: где Сп = 250 – 300 кг/м3 – концентрация песка в 1 м3 жидкости. Число Рейнольдса определяется по формуле [1, с.216] где μжп – вязкость жидкости-песконосителя. при 3 Давление, которое необходимо создать на устье при гидроразрыве: Рабочую жидкость гидроразрыва в скважину закачивают насосными агрегатами 4АН-700. Необходимое число насосных агрегатов : где рр - рабочее давление агрегата; рр = 29 МПа – рабочее давление агрегата на четвертой скорости; Qр - подача одного агрегата при рабочем давлении; Qр = 14,6 л/с – подача одного агрегата при этом давлении. Ктс - коэффициент технического состояния в зависимости от срока службы агрегата, Ктс = 0,5 – 0,8. Необходимый объем продавочной жидкости при прямой промывке при закачке в НКТ Объем жидкости для осуществления гидроразрыва (жидкость разрыва и жидкость - песконоситель) [1, с.218]: Время работы одного агрегата 4 Определение параметров трещины В случае образования вертикальной трещины при разрыве пласта нефильтрующейся жидкостью: - длина трещины после закачки Vж = 11,7 м3 где Е – модуль упругости пород, численно равный (1-2)·104 МПа =(1-2)·1010 Па; ν = 0,2…0,3 – коэффициент Пуассона для горных пород; Рпл = 16,2 МПа - давления разрыва пласта; Ргг = 9,84 МПа - горизонтальная составляющая горного давления. - раскрытость трещины (ширина): ω0 = 4(1 – υ2)·l·(Рзаб.р. - Ргг) / Е = 4(1-0,32) ·l· (16,2-9,84) / 104 = 5 Проверка колонны НКТ на избыточное внутреннее давление Внутреннее избыточное давление, при котором наибольшее напряжение в трубах достигает предела текучести определяется по формуле Рт =0,875·2 · δ · σт /dвн =0,875 ·2·0,005·552 / 0,050 = 96,6 МПа где 0,875 –коэффициент учитывает разностенность сечения трубы, δ = 5 мм – толщина стенки трубы, dвн = 60 – 10 = 50 мм – внутренний диаметр НКТ, σт = 552 МПа – предел текучести материала трубы. Условие прочности трубы Ру·р < Рт /п, где п = 1,32 – коэффициент запаса 30,1 < 96,6 /1,32 = 73,2. Вывод: условие прочности выполняется и колонна НКТ d = 60 мм, группы прочности Е для ГРП подходит. Литература 1 Мищенко И.Т., Сахаров В.А. и др. Сборник задач по технологии и технике нефтедобычи. – М.: Недра, 1984. – 272 с. 2 Усачев П.М. Гидравлический разрыв пласта. Учеб. пособие.- М.: Недра,1986.- 165 с. 3 Могучев А.И., Сидоренко А.А. Оборудование для эксплуатации и подземного ремонта скважин: Учеб. пособие. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2005.- 74 с. 4 Юрчук А.М., Истомин А.З. Расчеты в добыче нефти. - М.: Недра, 1979. – 271 с. 5 Справочное руководство по проектированию разработки и эксплуатации нефтяных месторождений. Добыча нефти. / под общ.ред. Ш.К. Гиматудинова. / Р.С. Андриасов, И.Т. Мищенко, А.И. Петров и др. – М.: Недра, 1983.- 455 с. Технология обычных ГРП осуществляется по следующей схеме. В скважину на НКТ опускают пакер, который делит ее ствол на две части и защищает верхнюю часть эксплуатационной колонны от высокого давления. Устье скважины обустраивают арматурой, например 2АУ-700, на рабочее давление 70 МПа. Все с агрегаты (до 10) для нагнетания жидкостей ГРП, например 4АН-700, обвязывают с арматурой устья скважины через блок манифольда (1БМ-700). Жидкости для ГРП транспортируют автоцистернами вместимостью по 20м3 либо сливают в стационарный резервуар (по 50м3) общей вместимостью 100-300м3. Вспомогательные насосные агрегаты (ЦА-320М) закачивают жидкость в пескосмеситель (4ПА), из которого центробежным насосом вначале только жидкость, а затем жидкость с песком направляют на вход насосных агрегатов (4АН-700) для нагнетания в скважину. [Булатов А.И., Проселков Ю.М. Решение практических задач при бурении и освоении скважин. Краснодар, «Советская Кубань», 2006. С.558] Проектирование технологии гидроразрыва включает: - оценку давления разрыва пласта и рабочего давления агрегатов; -выбор технологической схемы процесса (однократный, многократный, поинтервальный ГРП и т.д.), рабочих жидкостей, способа расклинивания трещин и расклинивающих агентов; -расчет технологических параметров и регламентов закачки жидкости разрыва и расклинивающих агентов; - подбор и расчет технического обеспечения процесса. Гидравлический разрыв пласта Гидравлический разрыв пласта (ГРП) предназначается для увеличения проницаемости призабойной зоны путем расчленения породы пласта или расширения естественных трещин. Сущность ГРП заключается в нагнетании в призабойную зону скважины жидкости под высоким давлением, в большинстве случаев превышающим гидростатическое в 1,5 – 2 раза. Существуют три основных вида ГРП: однократный, многократный и направленный (поинтервальный). Однократный предполагает создание одной трещины в продуктивном пласте; многократный ГРП обеспечивает образование нескольких трещин. При направленном ГРП места образования трещин регулируются по продуктивному разрезу скважины. Процесс ГРП состоит из следующих последовательно проводимых операций: - Закачивание в пласт жидкости разрыва для образования трещин. - Закачивание жидкости-песконасителя с песком, предназначенным для закрепления трещин. - Закачивания продавочной жидкости для продавливания песка в трещины. В качестве жидкостей разрыва и песконосителя обычно используют одну и ту же жидкость, называя ее жидкостью разрыва. [Молчанов А.Г., Чичеров Л.Г. Нефтепромысловые машины и механизмы.- М.: Недра, 1976.- 328 с.] Рабочая жидкость, при закачивании которой в призабойную зону пласта создается давление, достаточное для нарушения целостности породы, называется жидкостью разрыва. Рабочая жидкость, используемая для транспортировки песка с поверхности до трещин и их заполнения, называется жидкостью-песконосителем. Она должна быть слабофильтрующейся и иметь высокую пескоудерживающую способность. Повышение вязкости жидкостей достигается добавлением в них загустителей – соли органических кислот, нефтяной гудрон, нефтекислотные и водонефтяные эмульсии. В водонагнетательных скважинах для ГРП используют воду, загущенную сульфит-спиртовой бардой (ССБ). Продавочная жидкость при всех условиях должна обладать минимальной вязкостью для уменьшения потерь напора. Песок предназначается для заполнения образовавшихся при ГРП трещин с целью предупреждения их смыкания после уменьшения давления ниже величины давления разрыва. Поэтому песок должен иметь достаточную прочность и сохранять высокую проницаемость. Этим требованиям удовлетворяет хорошо откатанный однородный кварцевый песок (пропант). Гранулы имеют размер 0,4 – 1,2 мм. Эффективность ГРП определяется раскрытостью и протяженностью созданных трещин: чем они больше, тем выше эффективность обработки. Для создания таких трещин в скважину закачивают от 4 до 20 т песка. Концентрация песка в жидкости-песконосителя зависит от фильтруемости и удерживающей способности жидкости и изменяется 100 – 600 кг/1м3 жидкости. Перед ГРП проводят мероприятия по очистке забоя и призабойной зоны – промывки растворителями, ПАВ, кислотные обработки. Иногда проводят гидропескоструйную перфорацию (ГПП) в узком интервале пласта, в котором планируют создать трещину. В скважину спускают НКТ с пакером и нагнетают сначала жидкость разрыва в таких объемах, чтобы создать на забое давление, достаточное для разрыва пласта. При этом непрерывно наблюдают за давлением и расходом жидкости на устье. Момент разрыва на поверхности отмечается резким увеличением расхода жидкости при одном и том же давлении на устье или резким падением давления при одном и том же расходе. После разрыва пласта, не снижая давления, в скважину закачивают жидкость-песконоситель – вязкую жидкость, смешанную с песком, которая под воздействием продавочной жидкости проталкивается в НКТ и в пласт. После завершения продавки скважину закрывают и оставляют в покое до момента снижения давления до нуля. Затем скважину промывают для удаления остатков песка и осваивают. Водонагнетательные скважины пдвергают поршневанию для вымывания из трещины закаченной вязкой жидкости. Основными для ГРП являются установки насосные (4АН-700) и пескосмесительные, с помощью которых проводят подготовку рабочих агентов и закачку их в пласт. Установка насосная 4АН-700 предназначена для нагнетания жидких сред при ГРП, ГПП, кислотной обработке и т.п. Песковоз предназначен для перевозки песка (проппанта) и представляет собой гидравлический самосвал с полностью закрытым кузовом. Максимальная полезная нагрузка – до 30 тн. Емкости технологических жидкостей ГРП: Для приготовления технологических жидкостей гидроразрыва (гелей на водной или углеводородной основе) используется парк передвижных емкостей. Емкости цилиндрические, горизонтальные, объемом от 45м3 до 75м3 смонтированы на трехосных колесных прицепах. Подземное оборудование: - - пакер - - насосно-компрессорные трубы Назначение пакера: разобщение призабойной зоны от верхней части с целью предотвращения порывов эксплуатационной колонны при гидроразрыве пласта. Насосно-компрессорные трубы служат для спуска пакера и для подачи жидкости разрыва с устья на забой скважины при проведении ГРП. |