Расчет гидравлической мощности

 

Расчет необходимой мощности (HHP) может быть произведен с помощью следующего уравнения:

 

                               HHP = Q x P_w                         (Уравнение 22)

                                           40,8

 Где:

       HHP = гидравлическая мощность, л.с.

       Q = скорость закачкки, барр/мин

       P_w = устьевое давление, psi

 

Пример расчета необходимой для проведения ГРП гидравлической мощности

 

Для ГРП, со скоростью закачки 15 барр/мин и предполагаемым устьевым давлением 9000 psi рассчитать необходимые гидравлическую мощность, количество насосных установок и резервную мощность (при 50%-м запасе).

 

Решение:

 

       Дано: Q = 15 барр/мин и P_w = 9000 psi, из уравнения 22,

 

                   HHP =  15 x 9000

                                 40,8

                       

HHP = 3309 HHP

 

Так как необходимая мощность составляет 3309 HHP, потребуется минимум 4 установки мощностью 1000 HHP каждая. С 50%-м запасом необходимая мощность составляет 4964 HHP, потребуется 5 установок мощностью 1000 HHP.

 

 Установки для закачки углекислого газа и азота

 

Углекислый газ и азот используются для облегчения и ускорения процесса очистки скважины от жидкости разрыва после завершения ГРП. При закачке углекислого газа используются трехцилиндровые насосы, подобные используемым для закачки жидкости при обыкновенном ГРП. Углекислый газ доставляется на место проведения полевых работ в специальных емкостях и подается к насосным установкам в жидком состоянии. Углекислый газ закачивается как жидкость, которая переходит в газообразное состояние при достижении температуры 88^o F (критическая температура CO₂). Жидкий CO₂, перейдя в газообразное состояние, достигает желаемых свойств (растворимость газа в жидкости, что облегчает извлечение закачанной жидкости.).

 

Азот также доставляется на место проведения полевых работ в жидкости состоянии. Так как критическая температура азота –232,8^oF, для превращения его в газ используются теплообменники. Насосное оборудование нагнетает газообразный азот в рабочую жидкость. Насосная установка для закачки азота изображена на рис.43.
         

Рис.43. Насосная установка для закачки азота

 

Когда для очистки скважины или ГРП с применением пены используются азот или углекислый газ, для проведения процесса их закачки должны быть сделаны необходимые шаги. Сжиженный газ хранится в емкостях, из которых затем закачивается в скважину. Для обеспечения непрерывности процесса закачки емкости должны постоянно пополняться. 

 

Расходомер

Так как скорость закачки является важным параметром ГРП, она должна контролироваться на протяжении всей операции. Химические реагенты (разрушители вязкости, например) и проппант добавляются в жидкость при определенной концентрации (галл или фунт/галл). Поэтому для успеха операции сведения о скорости закачки являются решающими.

 

При ГРП широко используется турбинный расходомер (рис.44). Для осуществления операции обычно используются два турбинных расходомера: один на приеме блендера, для замера расхода чистой жидкости, второй на выходе блендера, для замера расхода готовой жидкости. При закачке гелевых жидкостей турбинные расходомеры должны быть откалиброваны для закачиваемой в скважину системы жидкости.

 

Рис.44. Схема турбинного расходомера

 

При приготовлении основной жидкости рекомендуется замерять уровни в емкостях, чтобы знать, сколько жидкости закачано и сколько осталось. И, конечно же, необходимо сравнивать показания расходомера и непосредственного замера объема жидкости в емкостях.

 

Так как ГРП – динамичная операция, объемы жидкости и проппанта постоянно меняются, поэтому важно знать их точные значения.

 

Радиоактивный плотномер

Концентрация проппанта обычно контролируется с помощью радиоактивного плотномера (рис.45). Плотномер использует радиоактивный источник, который излучает низкорадиоактивные гамма-лучи с достаточной для прохождения через сечение линии и контакта с детектором энергией (рис.46). При повышении плотности жидкости только малое количество лучей достигает детектора. Поэтому чем меньше лучей достигает детектора, тем больше плотность жидкости.

Рис.45. Радиоактивный плотномер

 

Концентрация проппанта, которая отображается на цифровом дисплее, рассчитывается через плотность жидкости (для увеличения точности измерений полезно производить калибровку радиоактивного плотномера путем тестовых замеров основной жидкости). Плотномер должен быть смонтирован в линию между насосными установками и устьем (обычно как можно ближе к устью). Для обеспечения проектных концентраций проппанта показания плотномера во время проведения ГРП тщательно контролируются. Для обеспечения контроля качества при проведении ГРП инженер-проектировщик должен придать особое значение необходимости использования радиоактивного плотномера.

 

 

 

 

 

Рис. 46. Схематический разрез радиоактивного плотномера

Датчики давления

Для успешного проведения операции необходимо контролировать два давления:

 

· рабочее устьевое давление

· давление в затрубном пространстве

 

Рабочее устьевое давление P_w обеспечивает гидравлическую связь с создаваемой трещиной. Для определения характера развития трещины и распределения проппанта измеряемое на поверхности давление пересчитывается в пластовые условия. Для предотвращения превышения рабочим давлением максимально допустимого необходимо знать его значения. Проведение ГРП без замеров устьевого давления подобно полету на самолете без высотомера.

 

На практике во время проведения ГРП также осуществляют контроль затрубного давления. В зависимости от устьевого давления, затрубное давление с помощью трехцилиндровых насосов поддерживется на уровне 1000 - 5000 psi. Неожиданные изменения затрубного давления говорят об установлении гидродинамической связи между затрубным пространством и НКТ (через узловые соединения, подземное оборудование и т.д.).

 

Давление может контролироваться с помощью датчиков, передающих данные непосредственно на станцию управления. В основном рекомендуется использовать два датчика, установленных в основной линии и затрубной. На рис.47 представлена фотография  датчика давления, установленного в затрубную линию.

 

 

 

 

Рис.47. Датчик контроля затрубного давления

 

Станция управления

Все задействованное в процессе ГРП оборудование контролируется со станции управления, расположенной вдали от насосного и смешивающего оборудования. Станция управления расположена зоне видимости критической области (устье и манифольд высокого давления). Для обзора детальной информации (скорость закачки, объем жидкости, устьевое давление, концентрация проппанта и т.д.) при осуществлении контроля процесса ГРП в станции управления имеются различные мониторы. Поступающие в реальном времени данные сохраняются для их последующей обработки и составления отчетов о проведенных работах. Представитель компании ExxonMobil находится в станции управления для предоставления помощи в принятии важных решений во время проведения ГРП. На рис. 48-50 представлены станции управления различных сервисных компаний. На рис.49 изображено оборудование и компьютерные мониторы, используемые для контроля процесса ГРП. На рис.50 изображена комната управления насосными агрегатами.

Courtesy Schlumberger

Рис.48. Станция управления

 

Courtesy BJ Services

Рис.49. Оборудования для контроля процесса ГРП

 

Courtesy BJ Services

Рис.50. Комната управления насосными установками

 

Установка ГНКТ

Для очистки скважины перед проведением ГРП
 часто используются гибкие НКТ. Для удаления отложений солей, парафинов и асфальтенов также используют установку ГНКТ (рис.51 и 52).

 

Courtesy Halliburton Energy Services

 Рис.51. Установка гибких насосно-компрессорных труб

             

Courtesy BJ Services

Рис.52.  Установка гибких насосно-компрессорных труб

 

ГНКТ применимы для промывки скважины от проппанта после проведения ГРП с преждевременным экранированием трещины. Установка ГНКТ также используется для освоения скважины после проведения обыкновенного ГРП. После продавки жидкости-песконосителя в скважине остается некоторое количество проппанта, которое необходимо удалить для обнажения перфорационных отверстий.

 

Для снижения гидростатического давления столба жидкости в скважине, что значительно облегчает процедуру очистки скважины и подъем жидкости на поверхность, в пластах с пониженным давлением после завершения ГРП производится закачка азота с помощью ГНКТ. Важно заметить, что, рассматривая ГРП, большое внимание должно быть уделено выбору кандидатов для воздействия. На практике для инициирования притока в скважинах, не имеющих потенциала для обеспечения экономически рентабельного дебита, производится закачка азота с помощью ГНКТ.

ГРП через ГНКТ

Также проведение ГРП возможно через специально разработанные ГНКТ большого диаметра. ГРП через ГНКТ является экономичным методом воздействия на несколько пластов одного продуктивного горизонта или в горизонтальных скважинах. Такой ГРП требует тщательного планирования и координации программ перфорирования, изоляции интервала и очистки скважины. Большинство ГРП с применением ГНКТ проводятся при низких скоростях закачки (из-за высоких потерь давления на трение), низких давлениях и с использованием проппанта меньшего диаметра.