Факторы, определяющие эффективность гидроразрыва пласта

Существует ряд факторов, которые следует учитывать при проектировании процесса ГРП.

1) Литологическая характеристика пласта, а именно тип коллектора, степень сцементированности зерен, степень трещиноватости и кавернозности, степень глинистости. Из опыта ГРП по России известно, что наибольший эффект от проведения операций ГРП получается в карбонатах или сильно сцементированных песчаниках с низким содержанием глин и малой степенью трещиноватости. Неуспешные операции ГРП определялись некоторыми признаками и один из первых это разрушение глинистых экранов и, как следствие резкое, увеличение обводненностью скважин. Наличие в пласте трещин ставит под угрозу выполнение ГРП, так как возможен уход жидкости разрыва в естественные трещины и мы не получим никакого эффекта.

2) Литологическая неоднородность, характеризующаяся коэффициентами песчанистости, расчлененности, анизотропии. Большой эффект получается при воздействии на однородный пласт с низким коэффициентом анизотропии по проницаемости.

3) Физические свойства пласта (пористость, проницаемость). Эффект будет положительным в пластах с низкими фильтрационными характеристиками, так как при высоких данных характеристиках нет смысла проводить ГРП.

4) Наличие газовой шапки и подошвенной воды. При их близости ставится под сомнение успешность ГРП. Известно также, что во избежание прорыва воды не рекомендуется осуществление ГРП в случаях, когда раздел между продуктивным и водоносным горизонтами менее 10 м.

5) Толщина продуктивного пласта. Для направленного ГРП необходимо пласт отпакеровать двумя пакерами. Поэтому достаточно проблематично осуществление данного процесса в пластах мощностью менее 2 м.

6) Глубина залегания пласта, а точнее величина пластового давления.

7) Степень закольматированности призабойной зоны пласта. В отдельных случаях невозможно провести иные ГТМ по повышению продуктивности, кроме ГРП.

8) Степень обводненности продукции скважин, которая характеризует равномерность дренирования эффективной толщины пласта. При наличии в продуктивной толщине высоко обводненных пропластков эффективность ГРП низка.

9) Темп закачки и давление обработки иногда ограничивают, в зависимости от градиента разрыва пласта и возможностей устьевого оборудования.

10) Жидкость разрыва оказывает сильное влияние на распределении и закачивание расклинивающих агентов и на общую эффективность воздействия на пласт. Высоковязкая жидкость создает более широкую трещину и лучше транспортирует расклинивающие агенты, но при ее закачивании возникает более высокое давление, которое создает предпосылки для нежелательного роста трещины по вертикали.

11) Объем жидкости разрыва. От параметра зависит длина и раскрытость трещины.

12) Качество расклинивающего агента. Прочность расклинивающего агента должна быть достаточной, чтобы не быть раздавленной массой вышележащей толщи горных пород и, в то же время, зернистые материалы не должны вдавливаться в поверхность трещины. Не допускается широкий разброс по фракционному составу. Считается, что с увеличением размера частиц увеличивается гидропроводность трещины, а с уменьшением их размера повышается транспортирующая способность жидкости-песконосителя.

13) Концентрация расклинивающего агента. Содержание песка либо другого агента определяется удерживающей способностью жидкости-песконосителя. При малом содержании агента имеем возможность того, что трещина полностью не заполнится, а при большом появляется возможность образования песчаной пробки.

14) Объем продавочной жидкости. Он определяет конечную глубину проникновения расклиненной трещины и ее проводимость.

Все эти факторы можно разделить на геологические (исходная информация) – факторы не поддающиеся корректировке и технологические, которые можно регулировать, используя промысловый опыт.

Проведенные исследования на месторождениях выявили стимулирующее воздействие ГРП в добывающей скважине на режимы работы соседних скважин, что противоречит результатам расчетов в рамках большинства существующих моделей. /2/.

Дополнительная добыча нефти от проведения ГРП в нагнетательных скважинах на 30% выше, чем в добывающих. Это обусловлено более сильным влиянием достигаемого в результате ГРП увеличения дебита нагнетательной скважины на режим дренирования участка при равных с добывающими скважинами кратностях прироста продуктивности.

При выполнении ГРП по традиционной технологии происходит проникновение трещины вглубь экранов, а при небольшой толщине экранов в кровле или подошве пласта – нарушение их герметичности. В последующем при эксплуатации скважин это приводит к прорыву воды или газа по трещине на забой и уменьшению дебитов.

2.6. Расчет параметров гидравлического разрыва пласта

Расчёт параметров закачки производится инженерной службой организации, которая производит гидроразрыв, после получения исходных параметров по скважине от геологической службы НГДУ.

Вертикальная составляющая горного давления:

Р_гв = r_п*g*L , (2.4)

Горизонтальная составляющая горного давления

Р_гг=Р_гв*n/(1-n) ,(2.5)

Давление на забое

, (2.6)

Длина трещины

, (2.7)

Раскрытость трещины

W=4*(1-V²)*1*(Р_заб - Р_г)/Е ,(2.8)

Объемная доля проппанта в смеси

, (2.9)

Вязкость жидкости - песконосителя

m_ж =m *ехр(3,18*n₀) ,(2.10)

Остаточная ширина трещины

W₁ =W* n₀/(1-m) ,(2.11)

Проницаемость трещины

, (2.12)

Средняя проницаемость в призабойной зоне при вертикальной трещине

K₁=((π*D–W₁)*k+W₁*k_т)/π*D,(2.13)

Плотность жидкости-пескносителя

P_ж=Р_н*(1-n₀)+Р_пр*n_0, (2.14)

Число Рейнольдса

, (2.15)

Коэффициент гидравлического сопротивления

l=64/Rе,(2.16)

Потери давления на трение при Re >200

, (2.17)

Устьевое давление при гидроразрыве

P_у=Р_заб-r*g*h*L+P_тр, (2.18)

Необходимое число насосных агрегатов

, (2.19)

Объем жидкости для продавки

V_п=0,785d²L ,(2.20)

Коэффициент, учитывающий вязкость жидкости разрыва

, (2.21)

Коэффициент, учитывающий сжимаемость пластовой жидкости

,(2.22)

Кальматирующие свойства жидкости разрыва

С_w = 0,0022* ,(2.23)

S_p = 0,032 * ,(2.24)

Приведенный коэффициент фильтрационных утечек

, (2.25)

, (2.26)

, (2.27)

, (2.28)

Расчет устьевого давления

1. 3абойое давление разрыва

Р_р=Р_г+d_р (2.29)

d_р » З МПа - прочность породы на разрыв

2. Устьевое давление разрыва

, (2.30)

где , .

Расчет на блендере

1. Плотность смеси

, (2.31)

2. Подача проппанта

, (2.32)

3. Расход жидкости по стадиям

, (2.33)

3. Объем стадии

V´_ж=V“_см– V´_{см ,} (2.34)

4. Всего проппанта по стадиям

, (2.35)

(за исключением 2 и 3 стадий)

, (2.36)

5. Всего проппанта G_å =G₁+G₂+G₃+G₄+G₅ (2.37)

Условные обозначения:

r_п - плотность пород;

g- ускорение свободного падения;

L- глубина скважины;

n - коэффициент Пуассона;

E- модуль упругости пород;

Q- темп закачки;

m -динамическая вязкость;

Q_ж- объем жидкости;

G- масса проппанта на 1 м³ жидкости;

r_пр- плотность проппанта;

m - пористость трещин после закрытия;

k - коэффициент проницаемости пород;

D - диаметр скважины;

r_ж - плотность жидкости;

r_н - плотность жидкости-носителя проппанта;

d - внутренний диаметр НКТ;

P_r, - рабочее давление агрегата;

Q_а - подача агрегата при рабочем давлении;

K_тс - коэффициент технического состояния агрегата. /3/.