Слишком сложно? Тогда запросите консультацию специалиста!
Наша компания занимается тем, что помогает студентам выполнять различные учебные работы на заказ. Вы можете ознакомиться с перечнем выполняемых работ, а так же с их стоимостью на странице с ценами.
I 0,1
J 1 1
Гидравлический разрыв пласта
Меры безопасности при приготовлении растворов и проведении кислотных обработок скважин, охрана окружающей среды
1. Приготовление растворов и обработка скважин ядовитыми веществами должны производиться в соответствии с инструкцией по обработке ОПЗ и разработанными корпоративными инструкциями.
2. Работы по приготовлению рабочих растворов кислот рекомендуется производить в закрытых емкостях с использованием грузоподъемных механизмов, стоя с наветренной стороны, группой рабочих не менее двух человек.
3. Работы по приготовлению и закачке рабочих растворов кислот производить в резиновых фартуках, прорезиненных перчатках и очках.
4. На рабочих местах необходимо иметь 3% раствор соды, запас пресной воды и комплект спецодежды (аварийный запас).
5. При попадании кислот на кожу или в глаза необходимо сначала хорошо промыть пораженные участки содовым раствором, затем большим количеством воды, при необходимости обратиться к врачу.
6. Не допускать разлива химреагентов, попадания сыпучих ядовитых веществ на рельеф.
7. После закачки рабочих растворов кислот трубы, оборудование и бочки необходимо хорошо промыть водой, остатки слить в специальную емкость, нейтрализовать известью и все вывезти в отведенное место.
Сущность гидравлического разрыва пласта (ГРП) в том, что посредством закачки жидкости при высоком давлении происходит раскрытие естественных или образование искусственных трещин в продуктивном пласте и при дальнейшей закачке песчано-жидкостной смеси или кислотного раствора расклинивание образованных трещин с сохранением их высокой пропускной способности после окончания процесса и снятия избыточного давления.
ГРП является одним из наиболее сложных видов работ в нефтегазовой отрасли. Эта технология была впервые использована в США в конце 40-х годов для приобщения к разработке пластов с нарушенной проницаемостью возле ствола скважины и увеличения продуктивности скважин в низкопроницаемых коллекторах. В СССР про-
мышленное внедрение гидроразрыва пласта начато в 1954 г.
В настоящее время ГРП широко применяется во всем мире как в низкопроницаемых, так и в высокопроницаемых пластах-коллекторах.
Цели ГРП для пластов с низкой проницаемостью следующие:
- увеличить добычу или приемистость созданием каналов с высокой продуктивностью;
- улучшить движение флюидов между скважиной и пластом.
Цели ГРП для пластов с высокой проницаемостью следующие (рис. 8.2.1):
- изменение радиального характера притока жидкости из пласта к
забою скважины на линейный или билинейный, в случае ради
ального движения жидкости к забою скважины происходит деста
билизация пласта. Объясняется это явление тем, что скорости
фильтрации вблизи забоев скважин выше, чем в пласте. Соответ
ственно, возникает значительный перепад давлений между различ
ными участками пласта, скорость движения флюида вблизи забоя
скважины сильно возрастает и существует проблема разрушения
породы пласта и засорения мехпримесями призабойной зоны сква
жины:
Область загрязнения
|
Скважина до ГРП. Радиальный приток
Скважина после ГРП. Линейный приток
1 I I
1t t f tit1
Билинейный приток, низкая проницаемость
Рис. 8.2.1. Характер притока жидкости из пласта
решение проблемы снижения проницаемости призабойной зоны скважины, возникшего в результате воздействия физических или химических факторов (солеотложения, засорение пор призабойной зоны пласта мехпримесями из раствора глушения, проникновение бурового раствора в пласт, образование АСПО и т.д.); улучшение сообщаемости ствола скважины с призабойной зоной; миниминизация напряжений в пласте;
снижение скоростей, минимизация миграции тонкодисперсных фракций.
| п Проппант набивается в дальнюю границу трещины |
| * |
| Проппант |
| Потеря жидкости |
При производстве ГРП должны быть решены следующие задачи:
создание трещи
ны гидроразрыва
путем закачки
специально подо
бранной жидко- А
сти ГРП;
удержание тре
щины в раскры
том состоянии
путем добавления
в жидкость гид
роразрыва проп- в
панта с зернами
определенного
размера и опреде
ленной прочнос
ти;
| Проппант заполняет трещину |
| Р |
удаление жидко
сти гидроразрыва с
для восстановле
ния высоких
фильтрационных
характеристик
призабойной
зоны скважины.
повышение про
дуктивности пла
ста.---------------------------------------
На месторожде- Рис. 8.2.2. Технология концевого экранирования
ниях ОАО "Томскнефть" для увеличения производительности скважин применяется метод создания в высокопроницаемых пропласт-ках коротких и широких трещин, проникающих за пределы зоны загрязнения, который называется технологией концевого экранирования (TSO).
Технология концевого экранирования (рис. 8.2.2) является модификацией операции гидроразрыва, при которой создаются короткие трещины (несколько десятков метров) шириной до 30 мм. Это достигается путем контролируемого распространения трещины до запланированной длины и последующего ее закрепления проппантом, закачиваемым с рабочей жидкостью. Благодаря фильтрационным утечкам рабочей жидкости через поверхности трещины, концентрация проппанта возрастает на фронте закачки, что приводит к образованию проппантных пробок вблизи конца трещины, которые препятствуют ее дальнейшему распространению. Закачка проппанта, продолжаемая после остановки трещины, позволяет повысить давление внутри трещины, увеличивая тем самым ее раскрытие. При такой технологии ГРП уменьшаются затраты на проведение работ за счет уменьшения объемов закачиваемой жидкости и проппанта и сокращения времени проведения операций.
Эффект образования перемычек и повышенной упаковки проппанта в конце трещины считался одним из серьезных осложнений при проведении ГРП, сопровождающихся преждевременным выпадением проппанта и остановкой распространения трещин, но закачка могла быть продолжена и после этого еще некоторое время. Инженерное решение состояло в использовании данного эффекта для решения задач управления распространением трещин и оптимизации их раскрытия. Процесс образования перемычек и повышенной упаковки проппанта в конце трещины можно успешно использовать для создания коротких и широких трещин в высокопроницаемых пластах-коллекторах. Увеличение раскрытия закрепленной трещины ведет к увеличению ее проводимости. Значение безразмерного параметра гидравлической проводимости С позволяет оценить продуктивность скважины после ГРП методом подстановки в формулу Дюпюи эффективного радиуса скважины вместо фактического. Эффективный радиус скважины пропорционален длине трещины, умноженной на функцию гидравлической проводимости трещины:
C=(Wkpmp)/{xkform), (8.2.1)
где W— раскрытие трещины, kprop— проницаемость проппантной набивки, х — полудлина трещины, kj-onn— проницаемость пласта.
Для месторождений Западной Сибири безразмерная проводимость трещины Снаходится в пределах от 0,5 до 1,5.
Особенности технологии TSO:
— предотвращает нежелательное распространение трещины после
прекращения закачки. При использовании традиционных техно
логий ГРП после закрытия скважины большой объем буферной
жидкости обычно остается перед рабочей жидкостью ГРП с проп-
пантом, и поэтому трещина может продолжать распространяться,
что может уменьшить проводимость трещины;
- возможность предотвращения выноса проппанта за счет достиже
ния более равномерного распределения напряжений по упаковке
проппанта.
Трещины, созданные с использованием традиционных методов, смыкаются дольше, позволяя некоторому количеству проппанта осесть, что создает более высокие концентрации проппанта в нижней части трещины. В результате увеличивается вероятность локального каналообразования или формирования "карманов" в проппан-тной упаковке с низким сжимающим трещину напряжением, что облегчает вынос проппанта при добыче. Технология TSO, в которой фильтрационные утечки рабочей жидкости подавляются в меньшей мере для создания высоких концентраций проппанта на фронте закачки, обеспечивает более быстрое смыкание трещин и позволяет, тем самым, минимизировать вынос проппанта.
| -е--е-т |
0,01
| ^ C = {W-k„p)/{x-kform) | ||
| 0,5 |
| 1,5 |
0,01
Рис. 8.2.3. Проводимость трещины
|
|
Вертикальная трещина F1 > F2> F3 Горизонтальная трещина F2 >F1 > F3
Рис. 8.2.4. Направление трещины при ГРП
| ffiraEfane ffeneflraflbo (jn) |
Образование трещин гидроразрыва и направление их развития
| ИМ И+-НЦ Перемычки |
По мере заполнения скважины жидкостью и создания на поверхности давления, давление жидкости в порах породы возрастает и действует равномерно во всех направлениях.
| Рис. 8.2.5. Направление трещины при ГРП в реальных условиях |
При повышении давления жидкости до момента, когда разрывающая сила жидкости, действующая на породу, превысит силы сцепления этой породы, скала расколется и произойдет разрыв. Трещины могут быть горизонтальными, вертикальными и наклонными. Пространственная ориентация трещины определяется напряженным состоянием горных пород в зоне скважины и изменениями, обусловленными распределением напряжений. Напряжения формируются, главным образом, под действием гравитационных сил.
Для песчаников и известняков коэффициент бокового распора составляет 0,25—0,4; для глин - около 1.
Принято считать, что на глубине свыше 300 м вертикальное напряжение гораздо выше двух других составляющих. Поэтому трещина всегда должна быть вертикальной, в силу того, что образование трещины происходит в направлении, перпендикулярном наименьшей из нагрузок.
На самом деле реальная картина несколько сложней. В зависимости от местных особенностей и строения пластов (микротрещины, наличие псевдопластических характеристик пород, разгрузка продуктивного пласта в зоне скважины и т.д.) при ГРП могут возникать как горизонтальные, так и вертикальные трещины (рис. 8.2.4,8.2.5). В случае образования вертикальных трещин, азимут трещины определяется амплитудой двух минимальных горизонтальных напряжений.
Ограничение трещины по высоте и ее геометрия тесно связаны со свойствами породы пласта, напряженным состоянием пород, изло-мостойкостью породы и плотностными свойствами проппанта.
Если образующаяся при гидроразрыве трещина приближается к поверхности раздела слоев и породы ограничивающих горизонтов обладают более высокими прочностными характеристиками, чем обрабатываемый пласт, то теоретически рост трещины по вертикали будет приостановлен (если поверхность раздела не пересекают ранее образовавшиеся трещины). Примером этого может служить пласт песчаника с выше- и нижезалегающими глинистыми пропластками, работающими как перемычки. Минимальное напряжение у песчаников ниже, значит дальнейший рост трещины будет сдерживаться.
Таким образом, рост трещины по высоте — сложная функция реологии жидкости, объемной скорости закачки, давления, создаваемого в трещине, и проявление сдерживания механизмов развития трещины в вертикальном направлении. Первые три фактора — регулируемые параметры обработки, а последний определяется механикой горных пород, в том числе поведением пласта и трещины. Определены следующие механизмы сдерживания трещин по высоте:
- различие напряжений в обрабатываемом и смежных с ним пластах;
- различие упругих свойств обрабатываемого и смежных с ним пластов.
Прочность обрабатываемого и смежных с ним пластов измеряется коэффициентом интенсивности напряжения, который зависит от геометрии трещины, свойств жидкости разрыва, объемной скорости закачки и давления обработки при гидроразрыве пласта. Этот показатель определяет распространение трещины в вертикальном и гори-
|
| Рис. 8.2.6. Формирование барьеров при ТРИ |
зонтальном направлениях. Коэффициент интенсивности напряжения снижается, когда трещина достигает высокопластичного или ма-лопроницаемого пласта. Если отсутствуют барьеры, ограничивающие распространение трещины по вертикали (контраст напряжений не достаточно высок), то возможно образование неограниченной трещины, имеющей радиальную форму.
Одним из наиболее важных факторов ограничения трещины по вертикали является сопротивление течению в узких зонах у верхнего и нижнего краев трещины (рис. 8.2.6). Расклинивающий агент с высокой концентрацией отлагается в узких зонах в верхней и нижней частях трещины и снижает проводимость и проницаемость этих участков. Жидкость, которая течет в широком центральном канале, может не проникать ни в верхний, ни в нижний забитые расклинивающим материалом узкие края трещины. Это способствует формированию верхнего и нижнего барьеров, которые исключат дальнейшее развитие трещины в вертикальном направлении.
Благодаря воздействию вышеуказанных факторов, ограничивающих вертикальное развитие трещины, при поддержании правильного расхода жидкости можно получить высокопроводимую трещину желаемой длины.
Давление гидроразрыва пласта определяется из условия, что гидродинамический напор на забое скважины должен преодолеть давление вышележащей толщи пород (геостатическое давление) и предел прочности продуктивной породы на разрыв, т.е.
pc = q + sp, (8.2.2)
где рс— забойное давление разрыва пласта; q - горное давление; sp -прочность породы обрабатываемого пласта на разрыв.
|
Давление нагнетания на устье скважины вычисляется по формуле: Pyd = 9 + sp + pmp-pwl,
(8.2.3) где руд — устьевое давление разрыва; ртр -потери давления в трубах и в зоне перфорации;/^ - пластовое давление.
Создаваемое избыточное давление дол- Рис- 8-2-7- Развитие трещины жно обеспечивать осуществление трех этапов роста трещины:
- увеличение трещины до достижения барьеров;
- рост трещины в длину в рамках барьеров, ограничивающих вертикальный рост;
- рост трещины по высоте, когда давление достигает предела разрыва.
Рш=Рс + РШТ-Рк + Р#, (8.2.4)
где Рс - давление смыкания трещины; Ph — гидростатическое давление; Ptf— общие потери давления на трение; Р^ет~ чистое давление; Рлет= ?w~ Ро ?w~ избыточное давление, Рс - давление смыкания. При PNET< О трещина будет закрываться. При PNET> О трещина будет оставаться открытой.
