Гідравлічний розрив пласта (ГРП) служить одним з найбільш ефективних геолого-технічних заходів, метою якого є інтенсифікація припливу пластового флюїду до видобувних свердловинах. Застосування цієї технології дозволяє не тільки підвищити вироблення запасів в радіусі дренування свердловини, але і розширити цю область, збільшивши кінцеву нафтовіддачу пласта. Враховуючи цей фактор, проектування розробки родовища можна виробляти з облаштуванням більш рідкісною сітки свердловин.
Короткий опис
Сутність гідравлічного розриву пласта описується наступним процесом:
- на продуктивний пласт впливають надлишковим тиском (витрата технологічної рідини набагато більше, ніж вона може бути поглинута гірськими породами);
- тиск на забій зростає, поки воно не перевищить внутрішні напруги на колекторі;
- гірські породи розриваються в площині найменшої механічної міцності (найчастіше в похилому напрямку або по вертикалі);
- новостворені та старі тріщини збільшуються, з’являється їх зв’язок з системою природних часу;
- зростає зона підвищеної проникності близько свердловини;
- в розширені тріщини закачують спеціальні зернисті расклинивающие матеріали (проппанты) для їх фіксації в розкритому стані після усунення тиску на пласт;
- опір руху пластової рідини стає практично рівним нулю, в результаті дебіт свердловини зростає в кілька разів.
Довжина тріщин в породах може становити кілька сотень метрів, а вибій свердловини стає пов’язаним з віддаленими ділянками пласта. Одним з найважливіших факторів ефективності даної обробки є кріплення тріщини, що дозволяє створити фільтраційний канал. Однак продуктивність свердловини не може збільшуватися необмежено при зростанні розміру тріщини. Існує її максимальна довжина, при перевищенні якої дебіт не стає інтенсивніше.
Область застосування
Дана технологія використовується як для видобувних (збільшення нафтовіддачі), так і для нагнітальних (підвищення прийомистості), горизонтальних і вертикальних свердловин. Виділяють наступні області застосування ГРП:
- інтенсифікація дебіту свердловин з забрудненої привибійної зоною в пластах з різною проникністю;
- розробка неоднорідних за структурою покладів;
- поліпшення гідродинамічної зв’язку свердловини з природною системою тріщин у колекторі;
- розширення зони припливу пластового флюїду;
- розробка пластів з низькою проникністю і низькорентабельних свердловин;
- зміна фільтраційних потоків в нагнітальних свердловинах;
- відновлення параметрів свердловин, що не піддаються впливу іншими методами.
Обмеженнями для технології гідравлічного розриву пласта служать газонафтові зони, для яких характерні наступні особливості:
- швидке конусообразование (підтягування пластової води до вибою свердловини);
- різкі прориви води або газу в стовбур свердловини;
- виснажені пласти з низькими запасами, нефтенасыщенные лінзи невеликого обсягу (зважаючи економічної нерентабельності).
Найбільш часто ГРП застосовується в якості методу інтенсифікації для середньо – і високопроникних пластів. Для них головним фактором збільшення припливу пластового флюїду є довжина утвореної тріщини, а у покладів з низькою проникністю порід – її ширина.
Гідравлічний розрив пласта: переваги та недоліки
Достоїнствами ГРП є:
- можливість застосування на площах з різноманітним геологічною будовою;
- вплив як на всю поклад, так і на її ділянку;
- ефективне зниження гідравлічного опору в привибійній зоні;
- залучення слабодренируемых прилеглих областей;
- дешева робоча рідина (вода);
- висока рентабельність.
До недоліків відносяться наступні:
- необхідність наявності великих запасів води, піску, додаткових хімікатів;
- неконтрольований процес створення тріщини в породі, непередбачуваність механізму тріщиноутворення;
- при запуску в роботу свердловин з великими дебітами після проведення гідравлічного розриву пласта можливий винос проппанта з тріщин, у результаті чого спостерігається зниження ступеня їх розкриття та зменшення дебіту в перші місяці після початку експлуатації;
- ризик виникнення некерованого був фонтануючий і забруднення навколишнього середовища.
Різновиди процесу
Методи ГРП розрізняються за типом утворення тріщин, обсягом закачиваемой рідини і проппантов, а також по іншим характеристикам. До основних видів гідравлічного розриву пласта відносять наступні:
- По області впливу на пласт: локальний (довжина тріщин до 20 м) – має найбільше поширення; глибокопроникаючий (довжина тріщин 80-120 м); масований (1000 м і більше).
- За охопленням пластів: одноразовий (вплив на всі пласти і пропластки); багаторазовий (для свердловин, які розкрили 2 і більше пластів); інтервальний (для певного пласта).
- Спеціальні методи: кислотний гідророзрив; технологія TSO – формування коротких тріщин для попередження їх розповсюдження до водонефтяному контакту і зниження обсягу закачування проппанта (даний спосіб показує високу ефективність у піщаних колекторах); імпульсний (створення в середньо – і високопроникних породах декількох радіально розходяться тріщин для зниження скін-ефекту – погіршення проникності пір із-за їх забруднення частинками, що містяться в фильтрующемся пластовому флюиде.
Багаторазовий розрив
Багаторазовий гідророзрив проводиться кількома методами:
У глинистих розрізах найбільш ефективним є створення вертикальних тріщин, так як вони з’єднують продуктивні нафтогазоносні пропластки. Такі тріщини отримують впливом нефильтрующихся рідин або швидким підвищенням швидкості закачування.
Підготовка до проведення ГРП
Технологія гідравлічного пласта складається з декількох етапів. Підготовчі роботи полягають в наступному:
Принципова схема обв’язки технологічного обладнання при ГРП показана на малюнку нижче.
Послідовність гідророзриву
Техніка і технологія гідравлічного розриву пласта складається з наступних процедур:
Якщо свердловина щодо неглибока, то робочу рідину допускається подавати за обсадних труб. Можливо також проведення ГРП без пакера – по трубах НКТ і затрубному простору. Це дозволяє знизити гідравлічні втрати для високов’язких робочих рідин.
Машини і механізми для ГРП
Обладнання для гідравлічного розриву пласта включає в себе наступні види техніки:
- Наземні машини та пристрої: насосні агрегати (АНА-105, 2АН-500, 3АН-500, 4АН-700 та інші); пескосмесительные установки на шасі автомобілів (ЗПА, 4ПА, УСП-50, Kerui, Lantong та інші); автоцистерни для транспортування рідин (АЦН-8С і 14С, АТК-8, Sanji, Xishi та інші); обв’язка гирла (маніфольд, гирлова головка, запірна арматура, роздатковий та напірний колектор з зворотними клапанами, манометри та інша апаратура).
- Допоміжна техніка: агрегати для спускоподъемных операцій; лебідки; станції контролю і управління; трубовозы та інша техніка.
- Підземне обладнання: пакера для роз’єднання пласта, в якому планується гідророзрив, від іншої частини експлуатаційної колони; якоря для запобігання підйому підземного обладнання з-за впливу високого тиску; колона труб НКТ.
Тип обладнання кількість одиниць техніки визначаються виходячи з розрахункових параметрів ГРП.
Розрахункові характеристики
Для розрахунку гідравлічного розриву пласта використовуються наступні основні формули:
Якщо гідравлічний розрив пласта відбувається з використанням піску в якості проппанта, то його кількість на 1 операцію приймається рівним 8-10 т, а кількість рідини визначається за формулою:
V = QsCs, де Qs – кількість піску, т, Cs – концентрація піску в 1 м3 рідини.
Розрахунок даних параметрів має важливе значення, так як при надмірно високому значенні тиску під час гідравлічного розриву відбувається перетискання рідини в пласт, виникають аварії в експлуатаційній колоні. В іншому випадку, при занадто низькому значенні, потрібно зупинка ГРП з-за неможливості досягти необхідного тиску.
Проектування гідророзриву виробляють наступним чином:
Рідини для ГРП
Робочі рідини (продавочная, для розриву і песконоситель) – це один з найважливіших елементів гідравлічного розриву пласта. Переваги та недоліки їх різних видів пов’язані в першу чергу з реологічними властивостями. Якщо раніше застосовувалися тільки в’язкі суміші на основі нафти (для зниження їх поглинання пластом), то збільшення потужності насосних агрегатів в даний час дозволило перейти на рідини на водній основі з невисокою в’язкістю. Завдяки цьому зменшилася тиск на гирлі і втрати на гідравлічний опір в колоні НКТ.
У світовій практиці застосовують такі основні типи рідин для ГРП:
- Вода з проппантами і без них. Її перевагою є низька вартість. Недолік – мала глибина проникнення в пласт.
- Полімерні розчини (гуар і його похідні ГПГ, КМГПГ; гидроксиэтиловый ефір целюлози, карбоксиметилцелюлоза, ксантанова камедь). Для зшивання молекул застосовують B, Cr, Ti, Zr та інші метали. За вартістю полімери відносяться до середньої категорії. Недоліком таких рідин є високий ризик негативних змін в пласті. До достоїнств відноситься велика глибина проникнення.
- Емульсії, що складаються з вуглеводневої фази (дизпаливо, нафту, газовий конденсат) і води (мінералізована чи прісна).
- Вуглеводневі гелі.
- Метанол.
- Загущений діоксид вуглецю.
- Пінні системи.
- Пеногели, що складаються із зшитих гелів, азотних або вуглекислотних пен. Вони володіють високою вартістю, але не впливають на якість колектора. Іншими їх перевагами є висока несуча здатність щодо проппанта і саморуйнування з невеликою кількістю залишкової рідини.
Для поліпшення функцій цих складів застосовують різні технологічні присадки:
- поверхнево-активні речовини;
- емульгатори;
- сполуки, що знижують гідравлічне тертя;
- піноутворювачі;
- добавки, що змінюють кислотність;
- термостабілізатор;
- бактерицидні та антикорозійні присадки та інші.
До основних характеристик робочих рідин гідророзриву відносять:
- динамічна в’язкість, необхідна для розкриття тріщини;
- инфильтрационные властивості, що визначають втрати рідини;
- здатність переносити проппант без його передчасного осадження з розчину;
- сдвиговая і температурна стійкість;
- сумісність з іншими реагентами;
- корозійна активність;
- екологічність і безпека.
Рідини з низькою в’язкістю вимагають закачування більшого об’єму для досягнення необхідного тиску в пласті, а з високою – більшого напору, развиваемого насосною технікою, так як при цьому відбуваються значні втрати на гідравлічний опір. Для більш в’язких рідин характерна також менша фільтрація в породах.
Расклинивающие матеріали
Як проппантов, або розклинюють матеріалів, найбільш часто застосовують такі:
- Кварцовий пісок. Один з найбільш поширених природних матеріалів, а тому його собівартість невисока. Закріплює тріщини в різних геологічних умовах (універсальний). Розмір зерен піску для гідравлічного розриву пласта підбирається 0,5-1 мм. Концентрація рідини-песконосителе варіюється в межах 100-600 кг/м3. У породах, що відрізняються сильною тріщинуватістю, витрата матеріалу може досягати декілька десятків тонн на 1 свердловину.
- Боксити (окис алюмінію Al2O3). Перевагою даного виду проппанта є велика міцність порівняно з піском. Виготовляється шляхом подрібнення та випалювання бокситовий руди.
- Окис цирконію. Володіє властивостями, аналогічними попереднього вигляду проппанта. Широко застосовується в Європі. Загальним недоліком таких матеріалів є їх висока вартість.
- Керамічні гранули. Для ГРП застосовують гранули розміром від 0,425 до 1,7 мм. Відносяться до среднепрочным проппантам. Показують високу економічну ефективність.
- Скляні кульки. Застосовувалися раніше для глибоких свердловин, в даний час майже повністю витіснені більш дешевими бокситами.
Кислотний гідророзрив
Сутність кислотного гідравлічного розриву пласта полягає в тому, що на першому етапі штучно створюється тріщина (так само, як і при звичайній технології ГРП), а потім у неї закачується кислота. Остання реагує з гірською породою, виникають довгі канали, які збільшують проникність колектора в привибійній зоні. В результаті зростає коефіцієнт вилучення нафти з свердловини.
Даний вид процесу гідравлічного розриву пласта є особливо ефективним для карбонатних порід. За даними дослідників, з таким типом колекторів пов’язано понад 40% запасів нафти в світі. Техніка і технологія гідророзриву в цьому випадку незначно відрізняється від вищеописаної. Обладнання виготовляється кислотостійкому виконанні. Для захисту машин від корозії застосовують також інгібітори (формалін, уникол, уротропін та інші).
Різновидами кислотного ГРП є двостадійні обробки з використанням таких матеріалів, як:
- полімерні сполуки (ПАА, ПВВ, гіпан та інші);
- латексні склади (СКМС-30, АРК);
- стирол;
- смоли (БНИ-5, ТСД-9, ТС-10).
В якості кислотних розчинників застосовують 15% розчин соляної кислоти, а також спеціальні композиції (СНПХ-9010, СНПХ-9633 та інші).
Різновидами кислотного ГРП є двостадійні обробки з використанням таких матеріалів, як:
- полімерні сполуки (ПАА, ПВВ, гіпан та інші);
- латексні склади (СКМС-30, АРК);
- стирол;
- смоли (БНИ-5, ТСД-9, ТС-10).
В якості кислотних розчинників застосовують 15% розчин соляної кислоти, а також спеціальні композиції (СНПХ-9010, СНПХ-9633 та інші).
