Расчет параметров гидравлического разрыва пласта на примере МалоБалыкского месторождения
 Скачать 0.8 Mb.
|
|
5. Применение гидравлического разрыва пласта в отечественной и зарубежной практике Гидравлический разрыв пласта, как метод воздействия на призабойную зону, стал применяться за рубежом с 1949 года. Только в США до 1981 года проведено более 800 тысяч успешных операций, в результате чего 35 - 40% фонда скважин США оказалось обработано этим методом. Успешность метода около 90%. За счет применения метода 25 - 30% запасов нефти переведено из балансовых в извлекаемые. Отечественной практике метод применяется в отдельных скважинах, работающих с заниженными дебитами, по сравнению с прилегающими скважинами данного месторождения, или на скважинах, значительно снизивших свои добычные показатели. В связи с высокой стоимостью ГРП, этот метод используется в крайнем случае, когда применение других методов не обеспечивает желаемого эффекта. За рубежом ГРП рассматривается, главным образом, как метод, составляющий часть общей системы разработки объекта, сложенного низкопроницаемыми коллекторами [10]. Из литературных источников можно отметить следующие требования и особенности метода [10, 11, 12]: практически в любой технически исправной скважине, дренирующей неистощенный пласт, может быть проведен ГРП с определенным технологическим эффектом; в пластах с относительно высокой проницаемостью ГРП увеличивает текущий дебит, мало влияя на конечную нефтеотдачу. В низкопроницаемых пластах ГРП может существенно влиять на конечную нефтеотдачу; трещина распространяется перпендикулярно плоскости наименьшего напряжения в пласте; для областей, тектонически ослабленных, гидроразрыв происходит при давлениях меньше горного, ориентация трещины - вертикальная; показателем горизонтальной трещины является давление разрыва, равное или превышающее горное. Горизонтальные трещины получаются в областях активного тектонического сжатия, где наименьшее напряжение вертикальное и равно горному. Для проектирования ГРП очень важным выводом из механизма образования трещины является то, что в одинаково напряженных районах пласта трещины будут параллельны друг другу. Эта характеристика может быть ключом к проектированию расстановки скважин для проведения ГРП. Значительное влияние на успешность ГРП оказывает правильный подбор жидкости разрыва и расклинивающего агента. К жидкости разрыва предъявляются сложные требования. В отечественной практике исследовательские работы в области гидравлического разрыва были начаты в УфНИИ в 1948 г. На промыслах Татарии этот метод стал применятся в 1954 г. и до 1957 г. носил исключительно экспериментальный характер [13]. Этот период (1954 - 1957 г.) характеризовался применением для ГРП маломощной техники и несовершенной технологии, вследствие чего процесс ГРП производился при небольших темпах нагнетания и невысоких давлениях разрыва, а трещины закреплялись небольшим количеством песка мелких фракций, который разрушался при высоких пластовых нагрузках [11]. В последствии (1962 г.) были начаты работы по определению величины раскрытия трещин при ГРП, которые показали, что эта величина достигает 5 мм и более. Закрепление таких трещин в открытом состоянии с сохранением их максимальной проницаемости возможно только путем применения песка более крупных фракций [14]. гидравлический скважина нефть В период с 1958 г. по 1961 г. для ГРП применялась более совершенная техника, в результате повысились расходы жидкости и давление закачки, что позволило увеличить объем закачиваемого песка. Это особенно характерно для 1959 г., когда каждое применение ГРП стало эффективным. Среднесуточный прирост нефти на одну скважину составлял в среднем 27 т. Большинство выбранных для ГРП эксплуатационных скважин относилось к зонам повышенных пластовых давлений, почти равных средневзвешенным по площади [11]. В 1960 - 1961 г. для ГРП были выбраны эксплуатационные скважины со значительно сниженными (на 17 - 26 МПа) пластовыми давлениями. Кроме того, несколько снизились темпы закачки, давление нагнетания и количество закачиваемого песка (с 7 до 4,5 т), что снизило эффективность ГРП до 40 - 50% и уменьшило среднесуточный прирост нефти на одну скважину с 27 до 9,6 т [11]. В 1960 г. в пяти эксплуатационных скважинах был произведен поинтервальный ГРП. В четырех из них получен положительный эффект. Это указывает на то, что увеличение эффективности ГРП в эксплуатационных скважинах может быть достигнуто путем передачи процессу разрыва направленности. Продолжительность эффекта ГРП в эксплуатационных скважинах различна и зависит от геологической характеристики пласта, а также особенностей его залегания в продуктивном горизонте. Исследования показали, что продолжительность эффекта не зависит от количества песка, закаченного в пласт. За последние годы проведено значительное количество ГРП на месторождениях Западной Сибири. Наибольшее количество проведенных ГРП приходится на месторождения Юганского района [16]. Среди общих выводов о применении метода на месторождениях Западной Сибири можно отметить следующее: наибольшая успешность метода отмечается в сильно прерывистых коллекторах большой мощности в чисто нефтяных зонах; наличие ВНЗ существенно снижает эффект применение метода; в монолитных коллекторах вблизи зоны нагнетания обычно происходит резкий рост обводненности скважин после ГРП; в высокорасчлененных коллекторах после обработки наблюдается снижение обводненности; по многим скважинам, имеющим высокие дебиты до обработок, получен отрицательный эффект. Большое внимание в последних работах по анализу ГРП уделяется расчету базовой добыче нефти и расщеплению дополнительной добычи по направлениям от интенсификации притока и увеличения КИН. Предпочтение отдается методам характеристик обводнения. Есть работы по расчету эффективности на более сложных моделях, учитывающих геологическое строение пласта и трехмерность фильтрации, однако результаты таких работ вызывают серьезные сомнения в виду того, что для корректных расчетов требуется знание основных параметров геометрии трещины [15]. Моделирование распространения трещины - сложная математическая задача. Она включает в себя решение различных типов уравнений (эллиптических, параболических) и имеет движущуюся границу. Первая модель имитации движения горизонтальной трещины была разработана отечественными специалистами (Христианович С.Н., Желтов Ю.П. в 1955 г.) и потом дополнена Баренблатом Г.Н. в 1962 году. В 1961 г. Перкинсоном Т.К. и Керном Л.Р. была создана вторая модель движения трещины. Обе модели описывают двумерную трещину. В настоящее время многие зарубежные фирмы используют трехмерные решения [14]. 6. Оборудование, применяемое для гидравлического разрыва пласта На Мало-Балыкском месторождении ООО «РН-Юганскнефтегаз» гидравлический разрыв пласта производится в последнее время в основном совместным Российско-Германским предприятием «Катконефть». Все наземное оборудование для гидроразрыва пласта установлено на базе шасси «Мерседес-Бенц» и предназначено для работы в жестких условиях нефтяных месторождений. Оборудование приспособлено для производства гидроразрыва пласта на любом типе жидкости и проппанта, и управляется дистанционно с компьютерной станции, установленной на шасси автомашины. Оборудование может работать в температурном режиме от минус 30 до плюс 50 0С. Комплект оборудования для производства ГРП СП «Катконефть» включает следующее [15]: смесительный агрегат MC-60 (пескосмеситель (блендер)); автомобиль для транспортировки и подачи проппанта в смесительный агрегат (песковоз (санттрак)); автомобиль для перевозки химических реагентов; насосные установки FS-2251; агрегат для поддержания давления в затрубном пространстве ЦА-320; компьютерный центр управления процессом ГРП (станция управления и контроля); блок манифольда IS-200; установленные на кусту емкости с жидкостью ГРП (автоцистерны АЦН-10, называемые буллитами), обвязку устья скважины 2АУ-700; подъемный агрегат для монтажа и демонтажа наземного и подземного оборудования А-50У. Арматура устья 2АУ-700 и 2АУ-700СУ используется для обвязки устья скважин с насосными установками при гидроразрыв пластов. Арматура состоит из трубной и устьевой головок и элементов их обвязки. К оборудованию, при помощи которого проводят спуско-подьемные операции, относятся подъемные лебедки, монтируемые на самоходной транспортной базе автомобиля (А-50У). В дополнение, в состав оборудования ГРП входит регулируемый предохранительный клапан, устанавливаемый на обсадную колонну и служащий для предотвращения ее порыва при приложении давления ГРП в случае обрыва подвески НКТ. При проведении ГРП в качестве подземного оборудования используются гладкие, высокогерметичные НКТ типа НКМ из стали групп прочности «K», «E», «М» по ГОСТ 633-80 условным диаметром 73 и 89 мм и толщиной стенки 7 и 8 мм. Также могут быть использованы трубы типа N-80 и P-105 по стандарту АНИ. Для разобщения фильтровой зоны ствола скважины от верхней части с целью предотвращения порывов эксплуатационной колонны применяются пакеры-разобщители. Для проведения ГРП в СП «Катконефть» применяют пакер фирмы SITE модель «Omega Matic», спускаемый в скважину на НКТ 89. Пакер подбирают по ожидаемому максимальному перепаду давления в нем при проведении процесса ГРП, диаметру проходного сечения (для применяемых НКТ), диаметру эксплуатационной колонны и температуре Кроме того, при производстве ГРП с применением огнеопасных жидкостей на кустовой площадке находятся пожарные автомобили в количестве не менее двух. С целью оказания первой медицинской помощи в случае аварии или при несчастном случае на кустовой площадке находится также автомобиль «скорой помощи» с квалифицированным медперсоналом. Для обеспечения контроля за параметрами процесса в кабине оператора смесительного агрегата установлены следующие контрольно-измерительные приборы: манометр давления всасывания жидкости из булитов; манометр давления подачи жидкости на насосные установки; манометр давления в основной нагнетательной линии; указатель подачи жидкости; манометр давления в гидросистеме; указатель оборотов шнека смесительной емкости. Для обеспечения контроля за подачей жидкости на смесительном агрегате установлен расходомер турбинного типа. Блендер МС-60 - передвижной агрегат, предназначенный для предварительного приготовления технологических жидкостей в резервуарах и последующей их подачи через систему манифольда на прием насосных агрегатов. Благодаря тщательно продуманной системе компьютерного управления агрегат способен обеспечить высокое качество смешивания жидкостей, проппанта и химикатов. Блок управления блендера обеспечивает соблюдение заданного уровня жидкости в смесителе, автоматический контроль подачи проппанта и автоматический контроль подачи сухих и жидких химикатов. Силовой двигатель - ходовой дизель Мерседес-Бенц мощностью 280 кВт гидравлической системой передачи мощности. Максимальная подача смеси - 8 мЗ/мин при давлении 0,4 МПа. Возможность рециркуляции жидкости через резервуары при загеливании жидкостей разрыва. Также в состав блендера входит радиоактивный плотномер смеси. Два шнека проппанта с общей подачей до 8 т/мин - управление бортовым компьютером или оператором. Контролируемые параметры - расход на приеме и выкиде, расход сухих и жидких химикатов, расход проппанта, плотность смеси на выкиде, давление на приеме и выкиде, параметры силовой установки, основные из них: давление ГРП, затрубное давление, расход проппанта, расход жидкости разрыва. Ниже на рисунке 3.1 представлена диаграмма основных показателей процесса ГРП, которые контролируются из станции управления ГРП с помощью двух компьютеров. Все эти параметры записывает компьютер и в конце процесса ГРП делает распечатка на бумаге. После окончания ремонта по освоению скважины распечатки по контролю за параметрами ГРП сдаются в цех добычи вместе со всеми другими документами [16]. С помощью этой компьютерной техники сам процесс ГРП становится «прозрачным», его можно легко проконтролировать и своевременно замечать все отклонения от расчета разрыва пласта и наряд-задания на весь процесс ГРП. Передвижной насосный агрегат FS-2251 предназначен для закачки в скважину различных жидкостей и смесей с проппантом с высоким темпом и при большом давлении. Трехплунжерный пятидюймовый насос SPM приводится в действие через автоматическую трансмиссию ALLISON двигателем DETROIT DIESEL. Силовая установка - двухтактный дизель 16V149TIB, номинальная мощность - 1655 кВт при 2050 об/мин. Насос SPM модель TWS 2000 - трехплунжерный, пятидюймовый, одностороннего действия, гидравлическая мощность - 1471 кВт, принудительная смазка плунжеров. Максимальное рабочее давление - 80 МПа при подаче 0,77 мЗ/мин. Максимальное давление - 105 МПа. Максимальная подача - 2,5 мЗ/мин. Полностью дистанционное управление из станции контроля или выносного пульта. Электронная система защиты от превышения установленного давления. Для облегчения холодного пуска предусмотрены электроподогрев основных систем смазки, охлаждения и гидравлики, и эфирный запуск дизеля. Песковоз предназначен предназначен для доставки требуемого количества проппанта на кустовую площадку и для его подачи в смесительный агрегат со скоростью, определяемой программой ГРП. Автомобиль с химическими реагентами предназначен для их транспортировки и подачи в смесительный агрегат в процессе приготовления жидкости ГРП. Конструктивно он представляет собой закрытый кузов, смонтированный на автомобильном шасси. Блок манифольда предназначен для распределения жидкости от блендера к каждому насосу по системе низкого давления и подаче общего потока от насосов в скважину по системе высокого давления. Конструктивно манифольд выполнен на отдельной платформе-скиде, перевозимой на специальном грузовике. Одновременное подключение до шести насосов. Линии низкого давления оборудованы 4-дюймовыми задвижками типа «Батерфляй». Линии высокого давления оборудованы 3-дюймовыми пробковыми кранами с червячным редуктором, обратными клапанами и электронным преобразователем давления [15]. Типовая схема размещения оборудования ГРП представлена на рисунке 3.2. 7. Типовая схема размещения оборудования ГРП Жидкости и материалы, применяемые для гидравлического разрыва пласта. В качестве рабочего реагента при проведении гидроразрыва пласта применяются различные жидкости, обладающие разнообразными физическими параметрами. К данным жидкостям применяются следующие требования [10]: рабочие жидкости, нагнетаемые в пласт, не должны уменьшать ни абсолютную, ни фазовую проницаемость породы пласта; рабочие жидкости для ГРП не должны содержать посторонних механических примесей и при соприкосновении с пластовыми жидкостями и породой пласта не должны образовывать нерастворимых осадков; рабочие жидкости для ГРП должны обладать свойствами, обеспечивающими наиболее полное их удаление из созданных трещин и порового пространства пород. Вязкость рабочих жидкостей должна быть стабильна в условиях обрабатываемого пласта в пределах времени проведения процесса ГРП. Жидкости гидроразрыва делятся на три категории: жидкость разрыва - является рабочим агентом, нагнетанием которого в призабойной зоне пласта создается давление, обеспечивающее нарушение целостности пород пласта с образованием новых трещин или расширением уже существующих. Требования, предъявляемые к ее свойствам: минимальная фильтрация в пласт; пониженная вязкость в период закачивания; возможность быстрого удаления жидкости разрыва после смыкания трещины; хорошие очищающие свойства для обеспечения максимальной проводимости трещины; доступность и невысокая стоимость; высокая плотность для снижения давления ГРП; способность к утилизации [14]. Жидкость-песконоситель - используется для транспортирования песка с поверхности до трещины и заполнения последней песком. Эта жидкость должна быть не фильтрующейся или обладать минимальной, быстро снижающейся фильтруемостью и иметь высокую вязкость, которая обеспечит способность удерживать частицы проппанта во взвешенном состоянии. Продавочная жидкость - применяется для продавки из насосно-компрессорных труб в обрабатываемый пласт жидкости разрыва и жидкости песконосителя. Продавочная жидкость при всех условиях должна обладать минимальной вязкостью. Для гидроразрыва пластов на Мало-Балыкском месторождении рабочей жидкостью является гель на водной основе, который готовится непосредственно перед началом ГРП в двух емкостях общим объемом 85 м3. В процессе подготовки геля жидкость циркулирует через пескосмесительный агрегат МС-60, на котором смонтированы центробежные насосы и по две системы подачи сухих и жидких химикатов. Последовательно вводятся химреагенты: бактерицид; деэмульгатор; стабилизатор глин; геллант САТ-НС-2 - 0,006 - 0,008 м3/м³; активатор САТ-НС-Act - 0,004 - 0,005 м3/м³; брейкер HGA-B - 1,2 кг/м³. Весь процесс замешивания занимает около часа. Готовый гель имеет плотность базовой жидкости 1000 кг/м³, рН = 7, вязкость 150 - 350 мПа·с. Также распространен другой состав: BioClear (биоцид) - 0,03 кг/м3; Ecopol 40-60 (геллант) - 3,6 кг/м3; NE-201 (деэмульгатор) - 0,0015 м3/м3; NCL-100 (стабилизатор глин) - 0,0015 м3/м3; EC-HTS (стабилизатор геля) - 2 кг/м3 (подается только на жидкость мини-ГРП и жидкость разрыва основного ГРП); EC-101 (сшиватель) - 0,0015 м3/м3; Breaker DRB-HT подавать с концентрацией 0,1 кг/м3, начиная с концентрации проппанта 0,2 кг/м3 увеличивать концентрацию брейкера к концу разрыва до 0,5 кг/м3. Типичные добавки для жидкостей ГРП: демпферы (для понижения pH); сшиватели (L10); добавки для предотвращения пенообразования (D47); полимеры (J800, J801); бактерициды (для предотвращения процесса размножения бактерий, М275, M76); брейкеры (для разрушения полимера и снижения вязкости жидкости гидроразрыва J318, J466); стабилизаторы глин (2% KCl, M117, L55, L237); добавки против потерь жидкости (J418, J84, J168); стабилизаторы температур (J353, J450); поверхностно-активные вещества (F75N, U66); добавки, предотвращающие образование эмульсий (W35, W54); PropNet (для предотвращения выноса проппанта). Одним из первых расклинивающих агентов был просеянный речной песок с размером зерен 0,4 - 1,2 мм. Применяемый в настоящее время песок и другие виды расклинивающих агентов имеют менее угловатую поверхность и более точно классифицируются по размеру. Количество песка, подлежащего закачке в трещины, должно определяться специальными расчетами в зависимости от параметров пласта. Применяемые в настоящее время проппанты по прочности можно разделить на следующие группы: кварцевые пески (плотность до 2650 кг/м3); синтетические проппанты средней прочности (плотность 2700 - 3300 кг/м3); синтетические проппанты высокой прочности (плотность 3200 - 3800 кг/м3). Основные свойства проппанта: округлость и сферичность; плотность; объемная плотность; растворимость в кислоте(12% HCl - 3% HF); примеси мелкозернистых частиц; сопротивляемость раздавливанию; сцепляемость. На Мало-Балыкском месторождении концентрации проппанта в жидкости-песконосителе колеблются в широких пределах от 300 до 1100 кг/м3. Применяется проппант, имеющий следующие типоразмеры: 10/14, 12/18, 16/20, 20/40. Причем обычно в жидкость-песконоситель добавляются сразу три типоразмера проппанта в соотношении 5% (мелкий), 75% (средний) и 15% (крупный). Диаметр песчинок у типоразмера 16/20 колеблется от 0,8 до 1,2 мм, у 20/40 - от 0,4 до 0,8 мм. |