А. Образование горизонтальной трещины.
Лекция № 4
Интенсификация добычи нефти с использованием технологии ГРП
Общие положения
1. Гидравлический разрыв пласта (ГРП) – механический метод воздействия на пласт.
Порода разрывается в соответствии с напряженным состоянием или по плоскостям минимальной прочности под действием избыточного давления при закачке жидкости разрыва.
2. После разрыва трещина увеличивается и возникает ее связь с другими трещинами и зонами повышенной проницаемости. Расширяется область пласта, дренируемая скважинами.
3. В образованные трещины транспортируют зернистый материал (проппант) для закрепления трещины после снятия давления.
Таким образом гидравлический разрыв пласта (ГРП) заключается в создании искусственных и расширении естественных трещин. Микротрещины в ПЗС связаны с процессом первичного вскрытия в фазе бурения, а также с процессом вторичного вскрытия - перфорации).
Сущность ГРП заключается в нагнетании под давлением в ПЗС жидкости, которая заполняет микротрещины и расклинивает их, а также формирует новые трещины. Если при этом ввести в образовавшиеся или расширившиеся трещины закрепляющий материал (например, песок), то после снятия давления трещины не смыкаются.
Давление разрыва
1. В невозмущенном горном массиве напряженное состояние горных пород характеризуется следующими напряжениями:
|
|
- вертикальным σz = Рг, определяемым весом вышележащих горных пород
σz = Pг = ρп g H , (1)
- горизонтальным σх= σу =Ргг
σх= σу =Ргг=λ ρп g H , (2)
где ρп – плотность вышележащих горных пород,
Н – глубина залегания горизонта, для которого рассчитываются напряжения,
λ – коэффициент бокового распора, определяемый по формуле академика А.Н. Динника:
, (3)
ν – коэффициент Пуассона горной породы, зависящий от продольных и поперечных ее деформаций.
Для песчаников и известняков ν = 0,2 ÷ 0,3; для упругих пород коэффициент Пуассона изменяется в пределах 0,25 ÷ 0,43. Для пластичных горных пород (глина, глинистые сланцы, каменная соль) коэффициент Пуассона стремиться к 0,5, вследствие чего λ → 1.
Академик С.А.Христианович связывает величину горного давления, кроме того, с наличием в разрезе скважины глинистых пластичных пород.
Пусть горизонтальное горное давление в нем Ргг , а со стороны скважины – давление Рскв. Так как Рскв < Ргг , то:
|
|
Ргг – Рскв = ΔР .
Перепад давлений ΔР, действующий на глинистый пропласток, может оказаться выше прочности глины. В этом случае глина вытекает в скважину, формируя вокруг нее зону пониженного горного давления.
Рис. 1. К образованию зоны пониженного горного давления в разрезе
скважины
Давление разрыва Рр является трудно рассчитываемой величиной, но принципиально оно может соотноситься с горным давлением Рг следующим образом:
Рр < > Pг .
В общем случае давление разрыва зависит от следующих основных факторов:
- горного давления Рг,
- проницаемости ПЗС и наличия в ней микротрещин,
- прочности и упругих свойств горной породы,
- структуры порового пространства,
- свойств жидкости разрыва,
- геологического строения объекта,
- технологии проведения ГРП и др.
Разрыв осуществляют так называемой жидкостью разрыва, а заполнение образовавшихся или расширившихся трещин закрепляющим материалом с жидкостью-носителем.
4. Эффект от ГРП связан со следующими факторами:
|
|
- снижение фильтрационных сопротивлений в ПЗ скважины;
- увеличение фильтрационной поверхности скважины;
- приобщение к выработке слабодренируемых зон и пропластков.
5. Технологии ГРП различаются объемами закачки технологических жидкостей и проппантов.
Локальный гидроразрыв как управление продуктивностью.
Длина трещины – 10 -20 м; десятки метров кубических жидкости и единицы тонн проппанта. Дебит скважины увеличивается в 2 -3 раза.
ГРП с протяженными трещинами (40 -60 м). Объемы закачки увеличиваются на порядок. Возможно вовлечение в разработку дополнительных запасов нефти – увеличение коэффициента охвата, снижение обводненности.
Селективный гидроразрыв - для вовлечения в разработку и повышения продуктивности низкопроницаемых слоев.
Массированный ГРП – трещины протяженностью до 1000 м (тысячи кубометров жидкостей, тысячи тонн пропанта).
Критерии применения
1. Неоднородность пласта по простиранию и расчлененности;
2. Проницаемость пласта не более 30 мД, при вязкости нефти не более 5 мПа*сек; проницаемость до 50 мД при вязкости до 50 мПа*сек; в высокопроницаемых пластах эффективен локальный ГРП;
3. Литологические экраны (глинистые слои, отделяющие продуктивный пласт от газо- и водо- насыщенных коллекторов) не менее 4,5 – 6 м;
|
|
4. Эффективная нефтенасыщенная толщина пласта должна обеспечивать длительность технологического эффекта после ГРП;
5. Текущий КИН не должен превышать 30%. / /
Механизм образования трещин
А. Образование горизонтальной трещины.
Если в призабойную зону скважины нагнетать слабо фильтрующуюся (средне фильтрующуюся) жидкость, то фильтрация начинается в наиболее проницаемые области ПЗС, определяемые, как правило, наличием трещин. Фильтрация возможна только при определенном перепаде давлений ΔРф, зависящем от ряда факторов:
ΔРф = Рзаб – Рпл . (4)
В этом случае слабо фильтрующаяся жидкость действует как клин, увеличивая длину и раскрытость горизонтальной трещины. При этом, положительный результат может быть получен только при определенном темпе закачки жидкости разрыва. Минимальный темп закачки жидкости разрыва определяют по эмпирической зависимости:
, (5)
где Qmin г – минимальная подача насосным агрегатом жидкости разрыва для образования горизонтальной трещи
Rт – радиус горизонтальной трещины, м,
ω0 – ширина трещины на стенке скважины, м ,
μ – вязкость жидкости разрыва, мПа с.
Рис. 5.4. Схема горизонтальной и вертикальной трещин
Б. Образование вертикальной (наклонной) трещины
Если используется нефильтрующаяся жидкость разрыва, то по мере повышения давления закачки напряжение в горной породе возрастает. При определенном напряжении, превышающем предел прочности породы на сжатие, порода разрывается.
По мере роста давления закачки напряжение в горной породе возрастает и происходит ее сжатие. Сжатие происходит до определенного предела, определяемого прочностью на сжатие. После превышения этого предела порода не может сопротивляться увеличивающемуся сжатию и растрескивается. После снятия давления закачки возникают остаточные трещины (трещины разуплотнения), как правило, вертикальной или наклонной ориентации.
Минимальный темп закачки жидкости разрыва рассчитывают по следующей эмпирической зависимости:
, (6)
где Qmin в – минимальная подача насосным агрегатом жидкости разрыва для образования вертикальной трещины, м3/с,
h – толщина пласта, м.
Расчет размеров трещин производится по методикам, предложенным в учебном пособии И.Т. Мищенко «Скважинная добыча нефти» / /
Технология проведения ГРП
Технология проведения ГРП заключается в совокупности следующих операций:
· Подготовка скважины – исследование на приток или приемистость.
· Промывка скважины – скважина промывается промывочной жидкостью с добавкой в нее определенных химических реагентов.
· Закачка жидкости разрыва.
В качестве жидкостей разрыва можно использовать:
в добывающих скважинах
- дегазированную нефть,
- загущенную нефть, нефтемазутную смесь,
- гидрофобную нефтекислотную эмульсию,
- гидрофобную водонефтяную эмульсию,
- кислотно-керосиновую эмульсию и др.,
в нагнетательных скважинах
- чистую воду,
- водные растворы соляной кислоты,
- загущенную воду (крахмалом, полиакриламидом – ПАА, сульфит-спиртовой бардой – ССБ, карбоксиметилцеллюлозой - КМЦ),
- загущенную соляную кислоту (смесь концентрированной соляной кислоты с ССБ), и др.
· Закачка жидкости-песконосителя.
Песок или любой другой материал, закачиваемой в трещину, служит наполнителем трещины, являясь по существу каркасом внутри нее и предотвращает смыкание трещины после снятия (снижения) давления. Жидкость-песконоситель выполняет транспортную по отношению к наполнителю функцию.
В качестве жидкостей-песконосителей в добывающих скважинах используются вязкие жидкости или нефти, желательно со структурными свойствами; нефтемазутные смеси; гидрофобные водонефтяные эмульсии; загущенная соляная кислота и др. В нагнетательных скважинах в качестве жидкостей-песконосителей используются растворы ССБ (сульфит-спиртовая барда); загущенная соляная кислота; гидрофильные нефтеводяные эмульсии и др.
- Закачка продавочной жидкости.
Основной целью этой жидкости является продавка жидкости-песконосителя до забоя и задавка ее в трещины. С целью предотвращения образования пробок из наполнителя, как показывает практика, должно соблюдаться следующее условие:
,
где - скорость движения жидкости-песконосителя в колонне НКТ, м/с,
μ – вязкость жидкости-песконосителя, мПа с.
Как правило, в качестве продавочных используются жидкости с минимальной вязкостью. В добывающих скважинах часто используют собственную дегазированную нефть (при необходимости ее разбавляют керосином или соляркой); в нагнетательных скважинах используется вода, как правило, подтоварная.
В качестве наполнителя трещин могут использоваться:
- кварцевый отсортированный песок с диаметром песчинок 0,5 ÷ 1,2 мм, который имеет плотность около 2600 кг/м3. Так как плотность песка существенно больше плотности жидкости-песконосителя, то песок может оседать, что предопределяет высокие скорости закачки,
- стеклянные шарики,
- зерна агломерированного боксита,
- полимерные шарики,
- специальный наполнитель – проппант.
Основные требования к наполнителю:
- высокая прочность на сдавливание (смятие),
- геометрически правильная шарообразная форма.
Более подробные сведения о рабочих агентах и их свойствах приведены в специальной литературе.
Дата добавления: 2018-05-13; просмотров: 2342; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!