Лекция 4. ГРП. Гидроразрыв пласта. Техника, оборудование и материалыприменяемые при производстве грп
 Скачать 4.81 Mb.
|
|
В настоящее время ГРП проводится • для повышения продуктивности малодебитных скважин • для значительного увеличения уровня добычи высокодебитных скважин, пробуренных в высокопроницаемых пластах, • для уменьшения выноса песка при разработке пластов, сложенных слабосцементированными породами. Гидравлический разрыв пласта (ГРП) • разработан как метод воздействия на пласт в 1940-х • первая операция была осуществлена в 1948 году. Объем и скорость закачки и количество проппанта Необходимо определять для каждой скважины индивидуально! Основные операции по стимулированию скважин (при давлениях выше давления гидроразрыва пласта) 3 1. Традиционная операция ГРП • В данном случае жидкости закачиваются в скважину с большой скоростью и под большим давлением, которое превосходит давление гидроразрыва пласта. Далее в сформировавшуюся трещину для ее закрепления закачивают расклинивающий материал - проппант, который предотвращает ее закрытие. 2. Технология концевого экранирования (TSO) • Модификация операции гидроразрыва, при которой создаются короткие трещины (порядка нескольких десятков метров) шириной до 30 мм. Данная операция проводится на высокодебитных скважинах для уменьшения скорости потока и его турбулентности в призабойной зоне скважины, а также ограничивает вынос песка. 3. Кислотный ГРП • В этом процессе кислота закачивается под давлением достаточным для образования и развития трещины, при реакции кислоты с породой происходит ее растворение. После снятия нагрузки и закрытия трещины остаются глубокие высокопроводящие каналы, обеспечивающие увеличение притока к стволу скважины. Основные цели проведения операции ГРП • Увеличение потенциала новых скважин за счет достижения отрицательного значения скин-фактора; • Изменение темпа падения добычи за счет уменьшения сопротивления течению потока в призабойной зоне пласта при закупоривании порового пространства АСПО, солями и прочими загрязняющими осадками • Уменьшение выноса песка из высокопроницаемых слабосцементированных пластов (технология концевого экранирования) • Восстановление продуктивности скважин после проведения ремонтных работ; • Увеличение КИН, что является особенно актуальным при разработке низкопроницаемых коллекторов, вовлечение в разработку недренируемых запасов. 4 Источники загрязнения призабойной зоны • Бурение • Цементирование • Заканчивание скважины • Ремонтные операции • Перфорирование • Установка гравийных фильтров • Добыча • Закачка флюидов • Операции по изолированию водопритока • Снижение проницаемости пласта за счет проникновения воды в поровое пространство • Воздействие на пласт. 5 Скин-фактор • безразмерная величина, получаемая в результате интерпретации данных ГДИС. • Величина скин-фактора может изменяться в широком диапазоне • положительное значение не имеет предела, в то время как предельная минимальная величина составляет -6. 6 Гидравлический разрыв пласта • увеличивает производительность работы скважины за счет увеличения эффективного радиуса и прорыва загрязненного участка призабойной зоны путем создания канала высокой проводимости. 7 • пространственное положение интервала пласта, его литологию и фильтрационно-емкостные свойства (пористость, водонасыщенность, проницаемость), положение флюидоконтактов (ГНК, ВНК, ГВК); • естественные горные напряжения и их распределение в массиве горных пород; • физико-механические свойства пород (упругие параметры - модуль Юнга, коэффициент Пуассона); • пластовое давление и температура Естественные факторы, влияющие на геометрию, пространственное положение и дизайн трещины • пространственное положение ствола скважины относительно пласта, что определяет видимую мощность вскрытого интервала; • техническое состояние обсадной колонны и цементного камня скважины, выбранной кандидатом для гидроразрыва; • условия вскрытия пласта (полная или частичная перфорация, качество перфорации). Технологические факторы, влияющие на параметры и эффективность работы планируемой трещины Характеристики трещины длина, ширина, высота ее ориентация в пространстве 8 При прогнозе продуктивности скважины должны быть рассмотрены следующие факторы: 1. Индикаторная диаграмма для характеристики притока к скважине - текущая и потенциальная; 2. Объем удельных остаточных запасов; 3. Характеристика колонны лифтовых труб; 4. Пропускная способность наземной системы сбора; 5. Соответствующая ставка дисконта: должен учитываться следующий принцип - нефть, которая добыта сегодня, имеет большую ценность той нефти, которая будет добыта позже; 6. Потери в добычи при подготовке скважины к ремонту, во время операции и при освоении; 7. Учет рисков: вероятность успешного проведения мероприятия всегда меньше 100%. 9 Основные требования при выборе скважины-кандидата для ГРП. Не рассматриваются при выборе кандидатов для ГРП скважины: • С плохой или сомнительной характеристикой цементного камня за обсадной колонной • С пластами-объектами, обводненными закачиваемой водой более 70%. • С пластами, обводненными «верхними» или «нижними» пластовыми водами, а также водой с неопределенным источником происхождения. Необходимо руководствоваться следующими основными требованиями при назначении скважин-кандидатов для ГРП: • Нижний критический предел пластового давления (Рпл) на выбранном участке 12 МПа по девонским и 8 МПа по тульско-бобриковским отложениям. • Толщина глинистых перемычек между выше и нижележащими пластами не менее 5м, а если эти разделы представлены плотными глинисто- алевролитовыми разностями, то их толщина должна быть не менее 7 м. • Наличие однозначной геолого-геофизической характеристики нефтеносных и водоносных пластов. 10 Информационное обеспечение скважины-кандидата для ГРП. • Общая информация по скважине. • Информация по эксплуатационной колонне • Вид перфорации, количество отверстий на метр перфорации. • Параметры работы скважины • Геологические данные • Информация по выше и ниже лежащим породам пласта • Графические материалы (копии) - стандартного каротажа продуктивного горизонта; - профильный разрез продуктивной зоны скважин; - карты разработки участка скважины; - АКЦ в районе перфорации (выше и ниже 30 м). 11 Сущность гидравлического разрыва пласта (ГРП) • Посредством закачки жидкости при высоком давлении происходит раскрытие естественных или образование искусственных трещин в продуктивном пласте и при дальнейшей закачке песчано-жидкостной смеси или кислотного раствора расклинивание образованных трещин с сохранением их высокой пропускной способности после окончания процесса и снятия избыточного давления. • В настоящее время ГРП широко применяется во всем мире как в низкопроницаемых, так и в высокопроницаемых пластах- коллекторах. • Трещина развивается в направлении перпендикулярном направлению минимального горного напряжения! 12 Развитие трещины и ориентация перфорации Геометрия трещин гидроразрыва зависит от двух факторов: 1) механических свойств пород; 2) распределения естественных напряжений в массиве горных пород. Акустический метод! • Волна сжатия возникает в скважине, заполненной буровым раствором. • Формируется несколько типов упругих волн, распространяющихся в пластах. • Продольные и поперечные волны используются для непосредственных оценок упругих свойств пород. 13 Вязкость разрушения , предел прочности и угол внутреннего трения Определение этих параметров возможно только при изучении образцов керна ! Направление минимальных и максимальных естественных напряжений в массиве горных пород вертикальные напряжения горизонтальные напряжения 14 Взрывные Пулевая перфорация Торпедная перфорация Кумулятивная перфорация Гидродинамическ ие Гидропеско- струйная перфорация Механические Сверлящий перфоратор Химические Вторичное вскрытие происходит за счет химической реакции Виды перфорации 15 Выбор технологии ГРП. • Массированный (глубокопроникающий), длина трещины до 100 и более метров. Применяется в пластах с толщиной 10 и более метров, с проницаемостью менее 5 мд. • Нормальный (средний), длина трещины до 50 м. Применяется в пластах с проницаемостью 5-50 мд и толщиной не менее 5 м. • Миниразрыв, длина трещины 10-20 м. Применяется в пластах с высокой проницаемостью (более 50 мд), но с заблокированной (загрязненной) призабойной зоной. Модификация операции гидроразрыва, при которой создаются короткие трещины (порядка нескольких десятков метров) шириной до 30 мм. Контролируемое распространение трещины и ее закрепления проппантом Концентрация проппанта возрастает на фронте закачки, что приводит к образованию проппантных пробок вблизи конца трещины Закачка проппанта, продолжаемая после остановки трещины, позволяет повысить давление внутри трещины, увеличивая тем самым ее раскрытие. Уменьшаются затраты на проведение работ Технология концевого экранирования (TSO) 17 Расклинивающий агент. Назначение проппанта Проппант предназначен для предотвращения смыкания трещины после окончания закачивания. Проппант добавляется к жидкости глушения и закачивается вместе с ней. Возможности трещины транспортировать жидкость к стволу скважины, обусловлены пропускной способностью трещины. Обычно она определяется произведением проницаемости трещины и ширины трещины: S=K*W где K- проницаемость (миллидарси); W - ширина трещины (мм) На частицы проппанта действует напряжение закрытия трещины. В результате этого некоторые из частиц могут быть раздавлены или же, в мягком пласте вдавливаться в породу. Проницаемость трещины зависит от следующих взаимосвязанных факторов : 1. типа, размера и однородности проппанта; 2. степени его разрушения или деформации; 3. количества и способа перемещения проппанта. На степень раздавливания или вдавливания влияют: прочность и размер проппанта ; твердость пласта ; напряжение закрытия, прилагаемое к слою проппанта Свойства проппантов: 1) Прочность 2) Размер гранул 3) Наличие примесей 4) Растворимость в кислотах 5) Сферичность 6) Округлость 7) Плотность 18 Современные материалы, используемые для закрепления трещин – проппанты Применяемые в настоящее время проппанты по прочности можно разделить на следующие группы : 1. кварцевые пески ( плотность до 2,65 г/см 3 ), 2. синтетические проппанты средней прочности ( плотность 2,7-3,3 г/см 3 ), 3. синтетические проппанты высокой прочности ( плотность 3,2-3,8 г/см 3 ). 19 Высокая прочность проппанта Сохранение трещины открытой длительное время! По глубине скважин проппанты имеют следующие области применения: кварцевые пески - до 2500 м; проппанты средней прочности - до 3500 м; проппанты высокой прочности - свыше 3500 м. Силикатный песок SiO 2 преобладающий проппант, который применяется при гидроразрыве и является наиболее экономичным. его эффективность может быть ограничена из-за низкой сопротивляемости раздавливанию. Глубоко залегающие пласты с высоким давлением Частицы металлокерамическ ого боксита Проппанты ина основе аллюминевой керамики Interprop TM и Carboprop TM 20 Преимущества проппанта с покрытием из предварительно отвержденной смолы 1) не образует уплотнений 2) возможно применить в жидкостях на нефтяной и спиртовой основе, 3) низкая растворимость в кислоте, Недостатки: 1) процент раздавливания немного выше, чем у пропанта с покрытием из затвердевающих смол, 2) покрытие удаляется горячей жидкостью или каустической содой. Условия и ограничения применения 1) необходимое напряжение закрытия от 1000 до 2000 psi (для обеспечения сцепления между зернами проппанта и предотвращения выноса проппанта), 2) минимальная температура отвердения 120-140 F в течении 200 часов (возможно использование катализатора), 3) содержание алкоголя в жидкостях не выше 90%, 4) жидкости на нефтяной основе удваивают время отвердения, 5) покрытие легко стирается с проппанта, 6) хранить при температуре не выше 100F и невысокой влажности во избежание затвердевания покрытия. 21 Проппант боровичевского комбината Разрушение под нагрузкой в % - фракция 20/40 Р=680 атм – 1,78% - фракция 16/30 Р=680 атм – 4,21% Растворимость в кислотах в % - фракция 20/40 – 5,9% - фракция 16/30 – 7,1% Сферичность - фракция 20/40 – 0,8 - фракция 16/30 – 0,9 Округлость - фракция 20/40 – 0,8 - фракция 16/30 – 0,9 22 Этапы проведения гидравлического разрыва 1 Сбор и анализ данных по скважине, проектирование трещины ; 2 Закачка жидкости разрыва под давлением выше давления ГРП, для создания и развития трещины; 3. Обеспечивается эффективное развитие трещины - достигается с помощью использования вязкого, разжижающегося при сдвиге, сшитого геля на нефтяной или водной основе; 4. Раскрытая трещина затем заполняется расклинивающим материалом - проппантом, для того чтобы трещина не закрылась; 5. Жидкости должны постепенно деградировать - вязкость их уменьшается за счет добавления понизителей вязкости (окислители и энзимы) 23 Процесс ГРП. Эксплуатационная колонна Обрабатываемый пласт Интервал перфорации Закрепляющий материал (проппант) Трещина 24 Параметры получаемые при моделировании. 25 Параметры получаемые при моделировании. 26 Параметры получаемые в процессе ГРП. 27 Для производства операции ГРП на гелированных жидкостях используется 1) мобильный комплекс (флот) 2) скважинного оборудования (пакеры, скреперы, НКТ, устьевые головки). Состав комплекса (пример) 1) пескосмесительная установка (Блендер) 2) насосный агрегат FS-2251 3) блок манифольда IS-200 4) песковоз (Сандтрак) 5) станция контроля EC-22ACD 6) емкости для приготовления технических жидкостей 7) гидратационная установка, предназначенная для замешивания жидкости ГРП и подачи загеленной жидкости в поток, а также установка подогрева и фильтрации воды, предназначенная для подогрева жидкости для ГРП 28 Насосный агрегат СИН-31 Тип насоса – трехплунжерный горизонтальный одностороннего действия Диаметр плунжера – 100 мм Наибольшее давление – 70 МПа Наибольшая производительность – 17,7 (63) л/с (м 3 / час) Условный диаметр: всасывающего коллектора – 100 мм нагнетательного коллектора – 50 мм 29 Смесительный агрегат МS-60 Расход жидкости - 11,13 м 3 / мин. Мах давление нагнетания - 0,5 МПа. Мах плотность нагнетания - 2,5 кг/л. Мах подача проппанта - 7000 кг/мин. 30 Насосный агрегат АНА – 105М Тип насоса – трехплунжерный горизонтальный одностороннего действия. Диаметр плунжера – 114,3 мм Подача за один оборот коленчатого вала при объемном КПД 100% - 6,3 л/мин Максимальное давление – 105 МПа Максимальный расход (теоретический) – 2063 л/мин 31 Блок сбора данных и управления процессом ES-22ACD Панель индикации состояния работ. Компьютеры и аппаратное обеспечение. Программное обеспечение. Коммуникационная система. 32 Линия низкого давления четыре 4" входных патрубка и четыре 4" выпускных патрубка. Линия высокого давления три 3" крестовины шесть 2" линий высокого давления. Максимальное давление – 1050 атм. Блок манифольдов IS – 320 33 Комплекс ГРП после внедрения АНА – 105М. |