Гидравлический разрыв пласта. Схема проведения гидравлического разрыва пласта.

Гидравлический разрыв пласта (ГРП) - процесс гидравлической обработки его призабойной зоны для углубления и расширения уже имеющихся и образования новых трещин в породе продуктивного пласта, а также последующего их сохранения.

Гидравлический разрыв проводят как в эксплуатационных, так и в нагнгетательных скважинах. В первом случае ГРП позволяет увеличить приток пластовой жидкости, во втором -улучшить приемистость скважины.

Гидравлический разрыв пласта проводят для увеличения проницаемости призабойной зоны пласта, создания условий, облегчающих приток пластовой жидкости у эксплуатационной колонне или соответственно вход ее в пласт при работе нагнетательной скважины. При проведении ГРП расширившиеся старые и образовавшиеся новые трещины служат каналами для перетока пластовой жидкости, обладающими меньшим гидравлическим сопротивлением.

Основой ГРП является механическое разрушение породы продуктивного пласта под давлением жидкости, закачиваемой в него. Для сохранения образовавшихся трещин и предотвращения смыкания их стенок после снижения давления в них закачивают крупнозернистый песок.

В зависимости от целей различают несколько видов ГРП: однократный - для создания одной трещины в продуктивном пласте; многократный - для образования большого количества трещин; направленный (поинтервальный) - для создания Трещин в определенных интервалах пласта.

Материал, из которого сложены породы, имеет определенную прочность, т.е. характеризуется определенным давлением, которое необходимо создать, чтобы разорвать, механически разрушить породу. Характерно, что у всех пород прочность при растяжении много меньше прочности на сжатие. Например, песчаники имеют прочность на сжатие 20-500, а на растяжение 0,5-25 МПа, известняки соответственно 5-260 и 0,2-25 МПа. Это означает, что для разрушения образца - столбика с размером поперечного сечения 1x1 см - необходимо приложить сжимающее усилие от 2 до 50 кН или растягивающее - от 50 до 2500 Н. Столь большой интервал изменения нагрузок, при которых будет происходить разрушение, обусловлен особенностями строения породы, периодом и условиями ее образования.

Процесс образования трещин в пласте может быть представлен следующим образом: породы, слагающие пласты, находятся в сжатом состоянии, что обусловлено весом лежащих над ними пород.

Таким образом, чтобы образовались новые трещины или расширились старые, необходимо создать в пласте такое давление, которое преодолело бы горное и прочность породы. Для выполнения этого условия в пласт нагнетают жидкость с таким расходом, который превышает количество жидкости, поглащаемое пластом, и обеспечивает создания в нем требуемого давления.

Как показывают исследования, трещины, возникающие в пласте при ГРП, могут иметь протяженность до нескольких десятков метров.

Расход и давление нагнетания жидкости рассчитывают заранее на основе данных о проницаемости пласта, его пористости и т.п.

Гидравлический разрыв пласта проводят следующим образом (рис. 13.1):

а) в зоне пласта, подлежащей разрыву, устанавливают пакеры (нижний может отсутствовать);

б) по специальной колоне труб, закачивают жидкость для образования в пласте трещин.
Установка пакеров обусловлена необходимостью разгрузки эксплуатационной колонны от
давления жидкости, а также обеспечением нагружения определенного интервала пласта,
находящегося между пакерами;

в) в трещину закачивают крупнозернистый песок, который остается в ней и в дальнейшем при
эксплуатации скважин выполняет роль каркаса, препятствует смыканию стенок трещин после

Рис. 13.1 Схема проведения гидравлического разреза пласта;

 

а – установка пакера; б – создание трещины; в – закачка песка; 1 – эксплуатационная

колонна; 2 – колонна труб; 3 – продуктивный пласт; 4 – верхний пакер; 5 – нижний

пакер; I – жидкость разрыва; II – жидкость-песконоситель; III – продавочная жидкость.

Последовательность работ при проведении ГРП следующая. Подготовительные работы. При гидравлическом разрыве пласта, когда давление может оказаться выже допустимого для эксплуатационной колонны, в колоне следует установить пакеры.

Места установки агрегатов для ГРП должны быть соответствующим образом подготовлены и освобождены от посторонних предметов, препятствующих установке агрегатов и прокладке коммуникаций.

Перед ГРП в скважинах, оборудованных ШСК, необходимо отключить привод СК, затормозить редуктор, а на пусковом устройстве вывесить плакат «Не включать - работают люди!». Балансир СК устанавливают в положение, при котором можно беспрепятственно разместить заливочную арматуру и обвязать устье скважины. После этого выполняют следующие операции.

1. У устья скважины устанавливают агрегат подземного ремонта для спуска-подъема

колонны труб при спуске и установке внутрискважинного оборудования. Рядом со

скважиной располагают оборудование для выполнения непосредственно ГРП, насосные и

пескосмесительные агрегаты, цистерны и другое оборудование.

Агрегаты для ГРП устанавливают на расстоянии не менее 10м от устья скважины и таким

образом, чтобы расстояние между ними было не менее 1 м и кабины не были обращены к

устью скважины.

2.Из скважины извлекают оборудование, использовавшееся для ее эксплуатации (колонна

подъемных труб, штанговый скважинный насос или ЭЦН). Уточняют глубину забоя скважины, расположение пласта (или группы пластов), подлежащего разрыву.

3.Скважину промывают для удаления загрязнений и песчаных пробок. В ряде случаев для повышения эффективности ГРП проводят кислотную обработку и дополнительное вскрытие продуктивного пласта в интервале, намеченном для гидроразрыва. При этом используют кумулятивную или гидропескоструйную перфорацию, создавая до 100 отверстий на 1 м скважины. В результате давление, развиваемое насосами при ГРП, уменьшается, а количество трещин в пласте возрастает.

4. На колонне НКТ спускают пакер с якорем и устанавливают на 5-10 м выше верхних

отверстий перфорации.

В ряде случаев он может находиться ниже верхней кровли пласта. Длина хвостовика

должна быть максимально возможной, чтобы обеспечить движение песка в восходящем

потоке к трещине и предупредить его выпадение в зумпф скважины.

В зависимости от технологии гидроразрыва может быть установлен и второй пакер - ниже

перфорационных отверстий.

5. Скважину промывают и заполняют до устья жидкостью: если скважины эксплуатационная - дегазированной нефтью, если нагнетательная - водой.

6. Сажают и оппресовывают пакер той же жидкостью, какой заливают скважину. При этом во внутренней полости спущенных НКТ создают давление, а качество герметизации контролируют по отсутствию перелива жидкости из кольцевого пространства скважины. Оппресовывают пакер при двух давлениях - заведоме меньшем и максимально возможном, развиваемом насосами.

Если пакер не обеспечивает требуемой герметичности, его срывают и проводят повторную посадку, после чего опять опрессовывают.

7. После опрессовки устье скважины обвязывают. Для этого используют специальную
арматуру устья.

Непосредственно ГРП выполняют следующим образом.

1. Насосным агрегатом закачивают в скважину жидкость разрыва, которая в зависимости от физико-механических особенностей пласта имеет соответственно повышенную вязкость и бывает двух типов: на основе углеводородных жидкостей или водных растворов. В первом случае это могут быть сырая высоковязкая нефть, загущенные керосин или дизельное топливо, во втором - вода, сульфитспиртовая барда, загущенные растворы соляной кислоты.

Жидкость разрыва закачивают при нескольких значениях подач насосов и на каждом режиме работы определяют приемистость скважины, строят график зависимости расхода поглощаемой жидкости от развиваемого давления. Расход жидкости, закачиваемой в пласт, ступенчато увеличивают до тех пор, пока не произойдет скачкообразного увеличения поглощения жидкости и некоторого уменьшения давления нагнетания, что свидетельствует об образовании трещин в пласте.

2. После появления трещин в колонну НКТ начинают закачивать жидкость-песконоситель.Это
может быть та же жидкость, что использовалась при разрыве пласта, но смешанная с песком.
Жидкость-песконоситель закачивают всеми насосными агрегатами при максимальных давлении
и подаче.

Содержание песка в жидкости изменяют в пределах 100 - 600 кг на 1 мЗ жидкости. Песок должен быть более прочным, чем порода, слагающая пласт, и достаточно крупным. Перед ГРП его промывают от глины и пыли и отсеивают по размерам песчинок - фракциям. Наиболее приемлемой фракцией является песок с размерами зерен 0,5-1,0 мм. Общее количество песка, закачиваемого в скважину, зависит от протяженности трещин и изменяется в пределах от 4 до 20 т.

3. Без прекращения подачи жидкости и снижения давления после окончания закачки жидкости-песконосителя начинают закачивать в скважину продавочную жидкость, объем которой должен быть на 1,5-2 мЗ больше объема НКТ, на которых спущен пакер, и зумпфа. В качестве продавочной жидкости используют маловязкую нефть или воду, обработанную ПАВ. Часто в нефтяные скважины после закачки жидкости-песконосителя закачивают 2-2,5 мЗ чистой жидкости без песка, после чего приступают к закачке продавочной жидкости - воды. В этом случае объем воды выбирают таким, чтобы предупредить попадание ее в пласт.

При гидравлических испытаниях обвязки устья и трубопроводов обслуживающий персонал удаляют от испытываемых объектов за пределы опасной зоны.

Во время закачки и продавки жидкости нахождение людей возле устья скважины и у нагнетательных трубопроводов запрещается. Во время работы агрегатов запрещается ремонтировать их или крепить обвязку устья скважины и трубопроводов. Перед отсоединением трубопроводов от устьевой арматуры следует закрыть краны на ней и снизить давление в трубах до атмосферного.

Пуск агрегатов разрешается только после удаления людей, не связанных непосредственно с выполнением работ, за пределы опасной зоны. Заключительные работы выполняют следующим образом:

1. После закачки продавочной жидкости устье скважины закрывают до тех пор, пока давление в
колонне НКТ не уменьшится до атмосферного или близкого к нему. Это необходимо для
предотвращения выноса песка из трещин, созданных при гидроразрыве, и образования песчаных
пробок.

В это время обычно демонтируют коммуникации, соединявшие наземное оборудование, убирают его со скважины.

2. Срывают пакер и извлекают на поверхность внутрискважинное оборудование.

3. Промывают скважину от песка, не попавшего в пласт и осевшего на забой.

4. Освоение скважины проводят обычным путем: если она эксплуатационная - спускают насос, колонну НКТ и начинают отбор жидкости, если нагнетательная - промывают от взвешенных частиц; поднимают колонну промывочных труб и подключают к водоводу.

Остатки жидкости разрыва и нефти должны сливаться из емкостей агрегатов и автоцистерн в промышленную канализацию, нефтеловушку или специальную емкость-отстойник.

В зимнее время после временной остановки работ следует пробной прокачкой жидкости убедиться в отсутствии пробок в трубопроводах. Запрещается подогревать систему нагнетательных трубопроводов открытым огнем.

Если продуктивный пласт достаточной толщины или состоит из отдельных, чередующихся прослоев песчаника и глины, то максимальный эффект от ГРП может быть получен при создании большого количества трещин, равномерно распределенных по высоте всех слоев продуктивного пласта. Для решения этой задачи проводят поинтервальный ГРП.

Существует несколько его технологий. Одна из них предусматривает проведение ГРП, начиная с нижнего пропластка (рис. 13.2, а). При этом перфорируют нижний пропласток в требуемом интервале, устанавливают пакер и проводят ГРП. Далее колонну труб с пакером извлекают и подвергнутый интервал изолируют с помощью песка, засыпаемого в скважину (рис. IV. 14, б). После этого вновь спускают перфоратор на меньшую высоту, соответствующую расположению лежащего выше пропластка, который вскрывают. Затем аналогичным образом проводят ГРП вскрытого пропластка (рис. 13.2, в). Для каждого из обрабатываемых пропластков комплекс работ повторяют. Затем скважину промывают до забоя и вводят в эксплуатацию, (рис. 13.2, г).

Если толщина пропластков глин и песчаника достаточно велика, то поинтервальный ГРП можно проводить с помощью сдвоенного пакера, при этом верхний пакер устанавливают несколько выше кровли пласта, а нижний чуть ниже его подошвы. Сдвоенный пакер позволяет исключить изоляцию ранее разорванных пропластков засыпкой песка и последующую промывку скважины.

 

Основная литература: 2 [стр. 149-151], 3 [стр. 414-421], 4 [стр. 297-311].

Контрольные вопросы:

1. Для чего проводят гидроразрыв пласта.
2. Какова последовательность работ при проведение ГРП.
3. Подготовительные работы для проведения ГРП.
4. Какие виды ГРП Вы знаете.
5. Заключительные работы при проведении ГРП.
6. В каких случаях проводят поинтервальный ГРП.
7. В чем сущность селективного ГРП.

 

Тема лекции 14