Проектирование процесса гидравлического разрыва пласта

Лабораторное занятие 5

Цель работы: проектирование процесса гидравлического разрыва пласта.

Теоретическое обоснование

ГРП следует прежде всего проводить в тех скважинах, в которых обнаруживается: слабый приток нефти при освоении после бурения, при высоком пластовом давлении, заниженный дебит по сравнению с окружающими скважинами, низкая неравномерная по толщине продуктивного пласта приемистость.

Гидравлический разрыв пласта должен производиться в скважинах с исправными обсадными колоннами.

Проектирование процесса гидравлического разрыва пласта (ГРП) представляет собой достаточно сложную задачу, которая состоит из двух частей: расчет основных характеристик процесса и выбор необходимой техники для его осуществления; определение вида трещины и расчет ее размеров.

Для расчета забойного давления разрыва пласта Р_забр при использовании нефильтрующейся жидкости можно воспользоваться следующей формулой (при закачке 1 м³ жидкости разрыва):

(5.1)

где Р_гг горизонтальная составляющая горного давления, МПа

(5.2)

коэффициент Пуассона горных пород ( =0,2-0,2);

Р_гв вертикальная составляющая горного давления, МПа

(5.3)

плотность горных пород над продуктивным горизонтом, кг/м³ ( =2600 кг/м³);

Е модуль упругости пород (Е=(1-2)10⁴ МПа);

Q – темп закачки жидкости разрыва, м³/с (в соответствии с характеристикой насосного агрегата);

вязкость жидкости разрыва, Па·с.

При закачке жидкости-песконосителя давление на устье скважины

(5.4)

где - плотность жидкости-песконосителя, кг/м³;

(5.5)

где - плотность жидкости, используемой в качестве песконосителя, кг/м³;

плотность песка, кг/м³ ( =2500 кг/м³),

объемная концентрация песка в смеси

(5.6)

С_п- концентрация песка в 1 м³ жидкости, кг/м³ (С_п=250-300 кг/м³).

Потери давления на трение жидкости-песконосителя

(5.7)

где - коэффициент гидравлических сопротивлений

(5.8)

(5.9)

Q – темп закачки, м³/с;

вязкость жидкости с песком, Па·с.

(5.10)

- вязкость жидкости, используемой в качестве песконосителя, Па·с.

Если Re>200, то потери давления на трение по (7) увеличивается в 1,52 раза:

(5.11)

Необходимое число насосных агрегатов

(5.12)

где Р_р- рабочее давление агрегата;

Q_р подача агрегата при данном Р_р;

к_тс коэффициент технического состояния агрегата (к_тс=0,5-0,8).

Необходимый объем продавочной жидкости (при закачке в НКТ)

(5.13)

При проведении разрыва пласта нефильтрующейся жидкостью минимальный темп закачки равен фактическому.

Количество песка Q_п на один гидравлический разрыв пласта принимается равным 8-10 т. При концентрации песка в 1 м³ жидкости С_п объем жидкости

(5.14)

Расчет размеров трещин

В случае разрыва пласта нефильтрующейся жидкостью:

Раскрытость трещины

(5.15)

Длина трещины

(5.16)

Задача 5.1. Рассчитать основные характеристики ГРП в добывающей скважине глубиной L_с=2270 м. Вскрытая толщина пласта h=10 м. Разрыв провести по НКТ с пакером, внутренний диаметр НКТ d_вн=0,0759 м. В качестве жидкости разрыва и песконосителя используется нефильтрующая амбарная нефть плотностью =945 кг/м³ и вязкостью =0,285 Па·с. Предполагается закачать в скважину Q_п=4,5 т песка диаметром зерен 1 мм. Принимаем темп закачки Q=0,010 м³/с. Используем агрегат 4 АН-700.

Коэффициент Пуассона горных пород =0,3. Модуль упругости Е=10⁴ МПа. Средняя плотность пород над продуктивным пластом =2600 кг/м³. плотность песка =2500 кг/м³. Концентрация песка в 1 м³ жидкости С_п=275 кг/м³.

Решение.

1. Рассчитываем по (3) вертикальную составляющую горного давления

МПа

2. По формуле (2) рассчитываем горизонтальную составляющую горного давления

МПа

В данных условиях предположительно образуются вертикальные или наклонные трещины.

3. По формуле (5.1) рассчитываем забойное давление разрыва (методом подбора)

МПа.

4. Рассчитываем по (5.6) объемную концентрацию песка в смеси:

5. Плотность жидкости-песконосителя рассчитываем по (5.5)

кг/м³

6. Вязкость жидкости с песком