Тріщини ГРП у неглибоких (до 900 м) свердловинах мають горизонтальну орієнтацію, а в глибоких – вертикальну, або похилу, близьку до вертикальної. Тріщини розвиваються у тій площині, де найменші сили опору, тобто найменший гірничий тиск. Наприклад, напрямок розвитку тріщин на деформованих антиклінальних складках Передкарпаття переважно збігається з напрямком короткої їх осі.
ГРП застосовують у будь-яких породах за винятком пластичних сланців і глин. Це метод не тільки відновлення природної продуктивності свердловин, але й значного їх збільшення.
Застосовувані технології звичайних ГРП передбачають неглибоке закріплення тріщин ( близько 10 т піску ) і забезпечують дво, трикратне збільшення поточного дебіту нафтових, газових або приймальності нагнітальних свердловин у низькопроникних (до 0,05 мкм2 ) пластах, товщиною не менше п’яти метрів, які залягають на глибинах до 3500 м, а також у пластах з дещо більшою проникністю (до 0,15 мкм2 ), але дуже забрудненою привибійною зоною.
Зі збільшенням кількості піску до 20 т здійснюють глибокопроникний ГРП, який сприяє значному збільшенню фільтраційної поверхні, зміцьнює характер припливу рідини від радіального до лінійного з підключенням нових зон пласта, ізольованих внаслідок макронеоднорідності. Тріщини такого ГРП сягають 100….150 м довжини при ширині 10…20 мм.
У газоносних пластах проникністю до 0,001 мкм2 застосовують масивний ГРП, під час якого розвиваються тріщини довжиною до 1000 м, закріплені до 300 т піску. Масивний ГРП дуже дорогий, тому він передбачений у кошторисі будівництва свердловини й збільшує її вартість на 50 %.
Для проведення ГРП у свердловину на НКТ спускають пакер, що ділить її стовбур на дві частини і захищає верхню частину експлуатаційної колони від високого тиску. Гирло свердловини обладнують арматурою, наприклад 2АУ-700, на робочий тиск до 70 Мпа. Усі насосні агрегати (до 10 шт.) для нагнітання рідини ГРП, наприклад 4АН-700, обв’язують з арматурою гирла свердловини через блок маніфольда (1БМ-700). Рідини для ГРП транспортують автоцистернами по 20 м3 , або ж складають у стаціонарних резервуарах по 50 м3 , загальною місткістю 100…300 м3 . Допоміжні насосні агрегати (ЦА-320М) помпують рідину в піскозмішувач (4ПА), з якого відцентровим насосом спочатку тільки рідина, а потім рідина з піском спрямовуються на вхід насосних агрегатів (4АН-700) для нагнітання в свердловину.
Щоб провести ГРП зі свердловини, піднімають НКТ та інше глибинне устаткування ( насосне, газліфтне), шаблонують експлуатаційну колону, спускають пакер на НКТ і обпресовують хї. Процес ГРП починається з перевірки приймальності свердловини з найменшої витрати рідини розриву, яку поступово збільшують, наприклад, від 250 до 450, 900, 1500 м3 /добу і аж до значення, за якого забезпечується закріплення тріщин (2000…5000 м3 /добу). Далі нагнітають рідину-пісконосій, звичайно з концентрацією Кпск піску 40…500 кг/ м3 . концентація залежить від в’язкості рідини. На завершення процесу потрібно витіснити суміш рідини з піском зі стовбура свердловини в пласт протискуючою рідиною і закрити НКТ, аж доки тиск у свердловині не знизиться до атмосферного. Опісля піднімають НКТ з пакером і спускають глибинне устаткування для екпслуатації свердловини.
Звичайні ГРП проводять ньютонівськими рідинами. Для проведення звичайних ГРП потрібні закріплюючий агент (кварцовий пісок) Gпс =10…20 т, фракції 0,6…1 мм або 1,0…1,6 мм, рідина розриву пласта (Vр =10…30 м3 ), рідина пісконосій (Vпс =100…3000 м3 ), рідина для протискування в пласт (Vпр) пісконосія в об’ємі тієї частини порожнини свердловини, по якій надходять рідини. Невелику частину рідини-пісконосія без закріплювача, яка нагнітається після рідини розриву для попереднього розкриття тріщин, називають буферною рідиною.
Рідина розриву пласта повинна бути сумісною з пластовими флюїдами, добре фільтруватися в низькопроникну породу, не зменшувати її проникність, не горіти, бути доступною, недорогою, тому найчастіше застосовують водні розчини ПАР.
Рідина-пісконосій повинна бути сумісною з пластовими флюїдами, мати здатність утримувати пісок, погано фільтруватися через поверхню тріщин, не горіти, бути доступною й недорогою. Для звичайних ГРП застосовують водні розчини 0,1…0,3% ПАР і полімерів (ПАА, КМЦ, ССБ). Наприклад, на Прикарпатті застосування 0,4% водного розчину ПАА забезпечує розвиток і закріплення тріщин піском кількістю до 10 т при концентрації Кпск=100 кг/м3 , об’ємі рідини 100 м3 і витратах близько 3000 м3 /добу зі застосуванням розчину 0,4% ПАА. Можливе також закріплення тріщин 20…30 т піску.
Для глибокопроникного ГРП застосовують неньютонівські рідини з динамічною в’язкістю 50…200 мПа. с при швидкості зсуву 650…1100 с-1 (q=2100…3500 м3 /добу) і температурі 20 0 С, що утримують пысок з Кпск<500 кг/м3 , і і температурі 20 0 С не менше 8 год, стабільні (2 год) при пластовій температурі. Наприклад, ВНДІКРнафта запропоновано рецептуру на водній основі, яка містить 1…2,5% КМЦ, 1…3% хроматів, 0,2…0,7% лігносульфонату, 0,75…2,1% солі хлорнуватої кислоти й може застосовуватись для пластових температур 60…150 0 С. Нові типи пісконосіїв розроблено в Україні.
Для закріплення тріщин в свердловинах глибиною до 3000 м придатний кварцовий пісок. У свердловинах більшої глибини, де бічний гірничий тиск перевищує 50…70 МПа, слід використовувати міцніші закріплювачі.
3.3 Методика розрахунку основних параметрів процесу
Тиск розриву пласта Рр є найважливішим параметром ГРП. Встановлено, що можна оцінити тиск розриву пласта за значенням гірничого тиску Ргрн
Рр = 0,8 Ргрн (3.2.1)
Оскільки Рр залежить від напруженого стану порід, який визначається не тільки глибиною їх залягання, така оцінка є дуже ненадійною.
Надійніше можна прогнозувати Рр методом, що грунтується на поєднанні промислового досвіду ГРП у свердловинах даного регіону з дослідженням приймальності тієї свердловини, в якій передбачається розрив.
Для аналізу процесу корисно використовувати індикаторні криві ГРП (рис. 3.2.1)
1- точка, одержана побудовою; 2 – режими ГРП; 3-дослідження свердловини на приймальність; 4 – режими ГРП при закріпленні тріщин; 5 – гіпотетична зміна приймальності.
Рис.3.2.1. Індикаторна крива ГРП, характерна для свердловин Чорного моря.
Розглядаючи типову картину на прикладі ГРП свердловин Чорного моря, бачимо, що в межах діапазону витрати ОА швидко зростає тиск до значення, достатнього для розкриття природних тріщин. Якщо бути точним, зміна тиску відбувається не лінійно, а по кривій (див. рис.6.2.1, поз.5). однак такі дані для побудови кривої звичайно відсутні, бо дослідження при витратах q0 <200 м3 /добу здійснюються лише в нагнітальних свердловинах, тому в діапазоні ОА зміну тиску вважають лінійною. В діапазоні витрати АВ тиск змінюється пропорційно витраті рідини. Можна вважати, що тут не відбувається розкриття нових тріщин, тільки розвивається вже існуючі. Тому при тиску в точці А закінчується процес розкриття природних тріщин у пласті.
При деяких ГРП (~ 35% усіх процесів) після досягшнення найбільшого тиску в точці В і тривалого (15…60 хв) нагнітання рідини з піском спостерігається повільне зниження тиску, а часом його різкий стрибок на 3…7 МПа. Перше можливе при очищенні стінок тріщин від забруднення або подальшого їх розвитку, друге – при утворенні нових тріщин. Після зниження тиску звичайно збільшують витрату рідини ( лінія СД ), аднак тиск уже не збільшується й значенння його в точці Д менше, ніж в точці В.
Для кожної свердловини, де проводиться ГРП, потрібно визначити: тиск на вибої Р0 з найменшою витратою рідини насосного агрегату q0 , яка дорівнює 200…250 м3 /добу, тиск на вибої РР4 , що відповіда. Чотирикратному збільшенню коєфіцієнта приймальності свердловини, а також максимальний тиск на вибої РР m , досягнений при ГРП.
Для морського регіону
РР4 = 1,15 Р0 (3.2.2)
РР m = 1,22 Р0 (3.2.3)
звідки
РР m = 1,06 Р0 (3.2.4)
Для визначення очікуваного тиску ГРП використовують також поняття вертикального градієнта тиску gradP, який є відношенням тиску Р0 , РР4 , РР m до глибини Н залягання пласта в даній свердловині у вигляді
gradP = Р/Н (3.2.5)
Очікуваний тиск розриву в даній свердловині визначають шляхом нагнітання в пласти даної свердловини рідини з витратою близько 200…250 м3/добу, заміряють тиск Р0 і, використовуючи залежність (3.2.2) і (3.2.3), вираховують тиск при розриві.
|
 |
і тангенсна кута tgb = DКпр /DР, кривих зміни коефіцієнта приймальності до осі тисків Кпр =f(Р), за умовноъ лінеаризації цієї залежності.
Типову картину зміни коефіцієнта приймальності від тиску наведено на рис.3.2.2.
точка А відповідає приймальності Кпр.0 при витраті q0 і тиску Р0 ;
точка В – при Р=РР max ;
точка D – при Кпр =Кпр. max
Рис.3.2.2 Зміна коефіцієнта приймальності свердловин під час ГРП.
Розрахункова формула має вигляд
|
 |
при чому для умов Чорного моря за
tgb = 13650 (10Р0 )-1,235 (3.2.8)
Оріентація тріщин. З теорії ГРП відомо, що про вертикальність тріщин свідчать такі особливості перебігу процесу:
тиск розриву пласта менший від гірничого;
збільшення об’єму рідини, що нагнітається в пласт, супроводжується зниженням тиску;
пластовий тиск впливає на тиск розриву пласта.
Виявлено, що в свердловинах родовищ на Чорному морі під час ГРП звичайно тиск розриву дорівнює 0,7…0,8 від гірничого; тиск на гирлі свердловини після досягнення його максимального значення і при постійній найбільшій витраті рідини дуже часто знижується на 3…7 МПа; вплив пластового тиску на тиск ГРП оцінюється такими експерементальними залежностями:
gradP0 =0,107+qradРпл , 3.2.9)
gradPР4 =0,122+qradРпл , (3.2.10)
Таким чином, тріщини, що розкриваються під час ГРП у свердловинах Чорного моря, мають орієнтацію близьку до вертикальної.
Витрата рідини. Усі методи розрахунку потрібної витрати рідини під час ГРП базуються на лабораторних чи промислових експерементальних даних.
За G-D Ю.П.Желтова використовують аналітичні рішення, наведені для розрахунку розмірів тріщини. Водночас, додатково, за формулами Гірстма і Де Клерка, враховують витрати рідини в стінки тріщини. Це аналітично складний метод, який потребує застосування ПЕОМ.
Інший підхід полягає в окремому розрахунку витрати рідини, необхідної для перенесення піску по тріщині qтр , і витрати рідини для компенсації фільтраційних витрат рідини через її стінки. Отже, потрібна витрата рідини
qmіn = qтр + qф (3.2.11)
|
 |
Звідси
де qтр – витрата по тріщині, л/с; hiw - висота вертикальної тріщини та її ширина, см; m - в’язкість рідини-пісконосія, мПа × с.
Витрату рідини для компенсації кількості відфільтрованої рідини розраховують, використовуючи дані лабораторного експеременту. Визначають фільтрацію даної рідини через одиницю поверхні натурального зразка породи, що підлягає ГРП, а потім розраховують:
qф = 4 hLqф1 (3.2.13)
де qф – витрата рідини для компенсації фільтраційних витрат, л/с; qф1 – фільтраційні витрати на одиницю поверхні з двох сторін тріщини, л/(с × см2 ); hiL- висота та довжина півтріщини, см.
Відомий також простий і надійний підхід для планування витрат рідини під час ГРП з достатньою точністю. Для цього використовують вже описаний спосіб дослідження окремої свердловини на приймальність.
Очікувану найменшу й найбільшу витрату рідини під час ГРП визначають з точністю до 20% за такими залежностями:
qР4 = 4 Кпр (Рр4 -Рпл ), (3.2.14)
qm = Aq Кпр (1,06Рр4 -Рпл ), (3.2.15)
де Аq=4…8. Зазначимо, що Аq=8 застосовують для рідин з в’язкістю, близькою до в’язкості пластової рідини, а Аq=4 для рідин з в’язкістю на два порядки більшою.
Тиск на гирлі свердловини визначають для заданих діаметра НКТ, глибини спуску, густини рідини і піску, концентрації піску в рідині, в’язкості рідини та її витрат.
Тиск на гирлі свердловини під час ГРП
Рр.г =РР m -Pгс.т +Рвтр , (3.2.16)
де Рвтр – втрати тиску під час нагнітання рідини; Pгс.т - тиск гідростатичного стовпа рідини, який визначають з урахуванням густини рідини.
Маса закріплювача тріщин. Для свердловин глибиною до 3000 м, закріплювачем тріщин може бути кварцовий пісок, що відповідає ТУ 39-982-84. Звичайно застосовують пісок фракції 0,4…1,6 мм.
Розрахунок маси закріплювача (піску) доцільно здійснювати з урахуванням потрібної поверхні тріщини ГРП та питомого розподілу його на одиницю поверхні. Відомо, що прийнятні значення провідності тріщини ГРП спостерігається при питомій концентрації закріплювача mпс =0,5 кг/м2 , яка відповідає розрідженому моношару. Концентрації більші від mпс =2,4 кг/м2 відповідають багатошаровому розміщенню закріплювача. На практиці ГРП рекомендується застосовувати до mпс =5…20 кг/м2 .
Оптимальну півдовжину вертикальної тріщини визначають за залежністю, одержаною з обробки даних
L=143 k-0,27 , (3.2.17)
де L – півдовжина (одного крила) двобічної вертикальної тріщини, м;
k- проникність породи, фм2 (1фм2 =10-3 мкм2 ).
Поверхня двох півдовжин тріщини
Sтр = 2 Lh, (3.2.18)
де L – визначається за формулою (3.2.17); h – звичайно дорівнює товщині пласта, що підлягає ГРП, м.
Питомий розподіл закріплювача (кг/м2 ) в тріщині можна розрахувати за емпіричними залежностями
mпс = 4+40 (m-0,09) для m <= 0,11, (3.2.19)
де m = 0,07¸0,20 – пористість породи, частки одиниці.
Масу закріплювача (піску) (т), потрібну для закріплення тріщин, розрахуємо так:
Mпс = Sтр mпс /1000. (3.2.20)
Як випливає з рівнянь (3.2.19) і (3.2.20), у міцних породах малої пористості кількість закріплювача (піску), необхідна для закріплення тріщин, значно менша, ніж у м’яких породах з великою пористістю.
Об’єм рідини для ГРП і концентація піску. Під час ГРП у свердловину послідовно нагнітають ньютонівську малов’язку рідину розриву пласта, буферну та рідину-пісконосій, що характеризується однаковими властивостями, які звичайно мають не тільки більшу в’язкість, але й часто неньютонівські властивості. Наприкінці запомповують малов’язку протискуючу рідину.
Об’єм малов’язкої рідини розриву звичайно Vр.р =20…30 м3 .
Об’єм буферної рідини, яка знаходиться перед рідиною-пісконосієм, повинен забезпечити розкриття тріщин на ширину в 3…5 разів більшу, ніж діаметр закріплювача, а це 3…5 мм.
Наближено об’єм буферної рідини можна визначити так:
Vб.р. =(0,1…0,3) Vр.п. , (3.2.21)
Об’єм рідини пісконосія
Vр.п. =103 Мпс /Кпс , (3.2.22)
де Кпс – концентація піску в рідині-пісконосію, кг/м3 .
Оптимальна концентрація піску в рідині-пісконосію залежить від швидкості падіння зернинок закріплювача u.
Залежність швидкості падіння піщинок діаметром 0,8 мм від в’язкості рідини за даними запишемо у вигляді
u= 638m-0,73 , (3.2.23)
де u – швидкість падіння, м/год; m - в’язкість мПа . с.
Концентацію піску (кг/м3 ) визначають за формулою
Кпс =4000/u(3.2.24)
Об’єм протискуючої рідини (м3 )
Vп.р. =0,785 (Hт d2 в.т +(H-Hт )D2 в.к ), (3.2.25)
де Hт – глибина спуску НКТ з пакером, м; H – глибина залягання пласта, що підлягає ГРП, м; dв.т і Dв.к – внутрішні діаметри НКТ і експлуатаційної колони, м.
 |
|
крила вертикальної двосторонньої тріщини рідиною, яка фільтрується, має такий вигляд
де L – півдовжина тріщини, см; Vр.п - об’єм рідини-пісконосія, см3 ; qm – витрата рідини під час закріплення тріщин (qР4 , qm ), см3 /с; m - в’язкість рідини мПа . с; h- товщина пласта, см; m- пористість породи, частка одиниці; k- проникність породи, см2 .
рб =( DРс +DР0 )/2(3.2.27)
де рб – бічний гірничий тиск, Па; DРс =Рpm -Pпл . і DР0 =Р0 -Pпл .
|
 |
де рб – теоретичний бічний гірничий тиск, МПа; n- коефіцієнт Пуассона, звичайно n=0,25; H- глибина пласта в свердловині, м; rп – густина породи, кг/м3 ; g=9,8 м/с2 .
Вважають, що утворення тріщини можливе, якщо перепад між тиском у свердловині та пластовим тиском був більшим, ніж бічний гірничий тиск DРс> рб .
Якщо в’язкість рідини-пісконосія близька до в’язкості пластової рідини, то для одержання прийнятних розмірів тріщини у чисельник формули (3.2.26) вводимо коефіцієнт умовного збільшення в’язкості, прийнявши
m = 4m. (3.2.29)
 |
Ширину тріщини розраховують за формулою
де n– коефіцієнт Пуасона для гірських порід (n=0,25); w - ширина тріщини, см; Е – модуль Юнга для гірських порід (Е »104 Мпа).
 |
Кількість насосних агрегатів для ГРП визначають, виходячи з відомих Рр.г , qm , характеристики одного агрегата Ра1 , qа1 і технічного стану агрегатів Ка1» 0,5…0,9:
Тривалість проведення ГРП наближено оцінюють за такою залежністю:
t=1440(Vp . p +Vб.р. +Vр.п +Vпр )/qm (3.2.32)
|
 |
де Qгр і Q0 – відповідно дебіти після і до ГРП; Rк – радіус контура живлення, rс - радіус свердловини.
Якщо свердловина має забруднену привибійну зону, приймаємо за rс приведений радіус свердловини rс = rпр .
3.3 Розрахунок ГРП
Таблиця 3.3.1. Вихідні дані для розрахунку ГРП
| Параметр | Значення |
| Діаметр експлуатаційної колони, мм | 168 |
| Товщина стінки, мм | 9 |
| Тиск обпресування, Мпа | 18 |
Верхні і нижні отвори перфорації, м Нв.п Нн.п |
1840 1900 |
| Товщина пласта, що підлягає ГРП,м | 14 |
| Пластовий тиск, Мпа | 25,1 |
| Пластова температура, 0 С | 77 |
| Пористість порід,% | 16 |
| Середня проникність,мкм2 | 0,003 |
| Поточна обводненість,% | 0 |
Характеристика НКТ Марка Зовнішній діаметр,мм Товщина стінки,мм Глибина спуску,м |
Е 89 6,5 1870 |
| Тип насосного агрегата | УН1-630х700А(4АН-700) |
| Максимальний робочий тиск,МПа | 70 |
| Приймальність агрегата, при Р=70 МПа, м3 /добу | 552,96 |
| Приймальність агрегата, при Ро=20 МПа, м3 /добу | 250 |
| Дебіт свердловини, тис. м3 /добу | 20 |
При ГРП застосовують такі рідини: рідина розриву та протискуюча рідина – водний розчин 0,2% неонолу густиною rр.р. =1000 кг/м3 ; буферна рідина і пісконосій – водний 0,4% розчин ПАА в’язкістю mр.п. =40 мПа с, густиною rр.п. =1000 кг/м3 .
I.Розрахуєм тиск та витрату рідини під час ГРП.
1.
 |
Визначимо середню глибину інтервалу перфорації:
2.
 |
Розрахуємо тиск на вибої Ро під час випробування свердловини на приймальність з тиском на гирлі Рог. Оскільки для цього застосовують малов’язку рідину з невеликою витратою qo =250 м3 /добу то гідравлічні витрати незначні приблизно в 89 мм НКТ.
Отже витрати приблизно дорівнюють 0,006+0,00023=0,01 Мпа/100м.
Отже тиск на вибої:
 |
3.Знайдемо початковий коефіцієнт
29-04-2015, 00:56