Гидравлический разрыв пласта. Условия применения

Введение

1. Гидравлический разрыв пласта как средство поддержания продуктивности скважин

2. Сущность метода гидравлического разрыва пласта

2.1 Проведение ГРП

2.2 Средства проведения ГРП

3 Технология и техника проведения ГРП

4 Выбор технологии ГРП

5 Оборудование, используемое при ГРП

6 Пример расчёта гидравлического разрыва пласта

Заключение

Список использованной литературы

ВВЕДЕНИЕ

Извлечение нефти из пласта и любое воздействие на него осуществляется через скважины. Призабойная зона скважины (ПЗС) – область, в которой все процессы протекают наиболее интенсивно. Здесь как в единый узел сходятся линии токов при извлечении жидкости или расходятся – при закачке. От состояния призабойной зоны пласта существенно зависят эффективность разработки месторождения, дебиты добывающих, приёмистость нагнетательных и та доля пластовой энергии, которая может быть использована на подъём жидкости непосредственно в скважине.

Механические методы воздействия эффективны в твёрдых породах, когда создание дополнительных трещин в ПЗС позволяет приобщить к процессу фильтрации новые удалённые части пласта.

Одним из наиболее распространенных методов интенсификации добычи нефти или газоотдачи является гидравлический разрыв пласта (ГРП).

Его используют для создания новых трещин как искусственных, так и для расширения старых (естественных), с целью улучшения сообщаемости со стволом скважины и увеличению системы трещин или каналов для облегчения притока и снижения энергетических потерь в этой ограниченной области пласта.

Гидравлический разрыв пласта проводится при давлениях, доходящих до 100 МПа, с большим расходом жидкости и при использовании сложной и многообразной технике.

1. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАЗРЫВ ПЛАСТА КАК СРЕДСТВО ПОДДЕРЖАНИЯ ПРОДУКТИВНОСТИ СКВАЖИН

Сущность метода гидравлического разрыва пласта заключается в том, что на забое скважины путем закачки вязкой жидкости создаются высокие давления, превышающие в 1,5-2 раза пластовое давление, в результате чего пласт расслаивается и в нем образуются трещины.

Промысловая практика показывает, что производительность скважин после гидравлического разрыва увеличивается иногда в несколько десятков раз. Это свидетельствует о том, что образовавшиеся трещины соединяются с существовавшими ранее, и приток жидкости к скважине происходит из удаленных изолированных от скважины до разрыва пласта высокопродуктивных зон. О раскрытии естественных или образовании искусственных трещин в пласте судят по графикам изменения расхода Q и давления P при осуществлении процесса. Образование искусственных трещин на графике характеризуется падением давления при постоянном темпе закачки, а при раскрытии естественных трещин расход жидкости разрыва растет непропорционально росту давления.

Гидравлический разрыв пласта осуществляется для поддержания продуктивности скважин так, как показала практика проведение ГРП выгоднее, чем строительство новой скважины как с экономической стороны так и с точки зрения разработки. Но проведение гидравлического разрыва требует очень тщательного изучения термодинамических условий и состояния призабойной зоны скважины, состава пород и жидкостей, а так же систематического изучения накопленного промыслового опыта на данном месторождении. Осуществление гидравлического разрыва пласта рекомендуется в следующих скважинах:

1. Давших при опробовании слабый приток

2. С высоким пластовым давлением, но с низкой проницаемостью коллектора

3. С загрязненной призабойной зоной

4. С заниженной продуктивностью

5. С высоким газовым фактором(по сравнению с окружающими)

6. Нагнетательных с низкой приёмистостью

7. Нагнетательных для расширения интервала поглощения

Целью проведения гидравлического разрыва является увеличение продуктивности скважин, с воздействием на призабойную зону скважины – изменение свойств пористой среды и жидкости (свойства пористой среды изменяются при гидроразрыве за счет образования системы трещин).

Допустим, что успех или неуспех гидроразрыва мы связываем с двумя факторами: предшествующим дебитом скважины и толщиной пласта. В действительности эффективность гидроразрыва зависит, конечно, не от двух, а от многих факторов: давления нагнетаемой жидкости, темпа закачки, процента песка в этой жидкости и т.д.

2. СУЩНОСТЬ МЕТОДА ГРП

Гидравлический разрыв пласта проводится следующим образом: в проницаемый пласт закачивается жидкость при давлении до 100 МПа, под действием которого пласт расщепляется, либо по плоскостям напластования, либо вдоль естественных трещин. Для предупреждения смыкания трещин при снятии давления в них вместе с жидкостью закачивается крупный песок, сохраняющий проницаемость этих трещин, в тысячу раз превышающую проницаемость ненарушенного пласта.

Для предупреждения смыкания образовавшихся в пласте трещин и сохранения их в раскрытом состоянии после снижения давления ниже давления разрыва в образовавшиеся трещины нагнетают вместе с жидкостью отсортированный крупнозернистый кварцевый песок. Подача песка обязательна как во вновь созданные, так и в существовавшие в пласте трещины, раскрытые при гидроразрыве. Как показывают исследования, в процессе гидравлического разрыва возникают трещины шириной 1-2 мм. Радиус их может достигать нескольких десятков метров. Заполненные крупнозернистым песком трещины обладают значительной проницаемостью, в результате чего после гидроразрыва производительность скважины увеличивается в несколько раз.

Гидравлический разрыв пласта (ГРП) проводят для образования новых или раскрытия уже существующих трещин с целью повышения проницаемости призабойной зоны пласта и увеличения производительности скважины.

Гидравлический разрыв пласта получают в результате закачки жидкости в пласт под высоким давлением. Для предотвращения смыкания после окончания операции и снижения давления до первоначального в них вместе с жидкостью закачивают пористый материал - кварцевый песок, корунд.

Одним из важнейших параметров проведения ГРП является давление гидроразрыва, при котором образуются трещины в породы. В идеальных условиях давление раскрытия рр должно быть меньше горного давления рг, создаваемого толщей вышележащих пород. Однако в реальных условиях может выполняться неравенство рг * рп < рр, что объясняется наличием в пласте глинистых пропластков, обладающих пластичными свойствами. В процессе бурения, когда цикл скважины не обсажен, под действием веса вышележащих пород может произойти выдавливание глины из пласта в скважины и частичное разгружение пласта, расположенного под глинистыми пропластками, что и приводит к снижению давления гидроразрыва.

Таким образом, давление разрыва зависит от предшествующего эксплуатации скважин процесса бурения. Поэтому рассчитать давление разрыва нельзя. Однако при сходных технологиях проводки скважин на данной площади можно говорить о среднем давлении разрыва, определяя его по данным гидроразрыва на соседних скважинах.

2.1 Проведение гидроразрыва

Гидроразрыв проводят по следующей технологии. Вначале под большим давлением закачивают жидкость разрыва. После разрыва пласта для закрепления трещин закачивают жидкость с песком. Обычно и жидкость разрыва, и жидкость-песконоситель при обработке добывающих скважин приготавливают на углеводородной основе, при обработке нагревательных скважин - на водной. Как правило, для этих целей используют различные эмульсии, а также углеводородные жидкости и водные растворы. Концентрация песка в жидкости-песконосителе обычно колеблется в пределах от 100 до 500 кг/м3 и зависит от ее фильтруемости и удерживающей способности.

Механизм гидравлического разрыва пласта, т. е. механизм образования в нем трещин, может быть представлен следующим образом. Все породы, слагающие тот или иной пласт, имеют естественные микротрещины, которые находятся в сжатом состоянии под влиянием веса вышележащей толщи пород или, как это принято называть, горного давления. Проницаемость таких трещин небольшая. Все породы обладают некоторой прочностью. Поэтому для образования в пласте новых трещин и расширения существующих необходимо снять в породах пласта напряжения, создаваемые горным давлением, и преодолеть прочность пород на разрыв.

Давление разрыва даже в пределах одного пласта непостоянно и может изменяться в широких пределах. Практикой подтверждено, что в большинстве случаев давление разрыва Pp на забое скважины ниже горного давления и составляет (15...25) * Н, кПа (1,5…2,5 кгс/см2).

Здесь Н - глубина скважины в м.

Для малопроницаемых пород это давление может быть достигнуто при закачке маловязких жидкостей разрыва с ограниченными скоростями закачки. Если породы высокопроницаемые, требуется большая скорость нагнетания, а при ограниченной скорости нагнетания необходимо использовать жидкости повышенной вязкости. Наконец, для достижения давления разрыва в случае особо высокой проницаемости пород пласта следует применять еще большие скорости закачки высоковязких жидкостей. Процесс гидравлического разрыва пласта состоит из следующих последовательно проводимых операций: 1) закачка в пласт жидкости разрыва для образования трещин; 2) закачка жидкости-песконосителя с песком, предназначенным для закрепления трещин; 3) закачка продавочной жидкости для продавливания песка в трещины.

2.2 Средства проведения ГРП

Обычно в качестве жидкости разрыва и жидкости-песконосителя применяют одну и ту же жидкость, поэтому их объединяют под одним названием - жидкость разрыва. Для гидравлического разрыва пласта применяют различные рабочие жидкости, которые по физико-химическим свойствам можно разделить на две группы: жидкости на углеводородной основе и жидкости на водной основе.

В качестве углеводородных жидкостей применяют нефть повышенной вязкости, мазут, дизельное топливо или керосин, загущенные нафтеновыми мылами.

К растворам, применяемым в нагнетательных скважинах, относятся: водный раствор сульфит спиртовой барды, растворы соляной кислоты, вода, загущенная различными реагентами, а также загущенные растворы соляной кислоты.

Процесс разрыва в большой степени зависит от физических свойств жидкости разрыва и, в частности, от вязкости, фильтруемости и способности удерживать зерна песка во взвешенном состоянии.

К жидкости разрыва предъявляются следующие требования. Во-первых, она должна быть высоковязкой, чтобы не произошло ее быстрое проникновение в глубь пласта, иначе повышение давления вблизи скважины будет недостаточным. Во-вторых, при наличии в разрезе скважины нескольких продуктивных пропластков необходимо обеспечить по возможности равномерный профиль приемистости. Для этого ньютоновские жидкости не подходят, так как количество поступающей жидкости в каждый пропласток будет пропорционально его проницаемости. Поэтому лучше будут обрабатываться высокопроницаемые пропластки и, следовательно, эффект от проведения гидроразрыва будет снижен. Для гидроразрыва необходимо использовать жидкость, вязкость которой зависит от скорости фильтрации. Если с увеличением скорости фильтрации вязкость возрастает, то при движении в высокопроницаемом пропластке вязкость жидкости будет выше, чем в низкопроницаемом. В результате профиль приемистости становится более равномерным. Подобной фильтрационной характеристикой и обладают вязкоупругие жидкости, закон фильтрации для которой может быть записан в виде.

V=(kDp)/(mk L),………………………………………….................(1)

где mk - кажущаяся вязкость, определяемая по формуле

mk/mo = 1 + A Dp/L,…………………………………………….(2)

mo - предельная кажущаяся вязкость жидкости при v ® 0; A - константа, зависящая от вязкоупругих свойств жидкости (при A=0 получаем закон Дарси).

2.3 Необходимые параметры для проведения ГРП

При закачке жидкости в два слоя с проницаемостями k1 и k2 отношение подвижностей при одинаковых градиентах давления равно

(k/mk)1: (k/mk)2 = k1 /k2 * (1+A (Dp/L)*)/1+A(Dp/L)*),…….(3)

Пусть, например, A(Dp/L)*) =2

Тогда при k1 /k2 =25 A (Dp/L)*=0,4

И отношение подвижностей равно примерно 11,7 вместо 25.

Для гидроразрыва в скважину спускают трубы, по которым Жидкость поступает в пласт. Для предохранения обсадной колонны от больших давлений над разрываемым пластом устанавливают пакер, а для повышения герметичности над ним - гидравлический якорь. Под действием давления поршни якоря раздвигаются и прижимаются к обсадной колонне, предотвращая сдвиг пакера.

При очень низкой вязкости жидкости разрыва для достижения давления разрыва требуется закачка в пласт большого объема жидкости, что связано с необходимостью использовать несколько одновременно работающих насосных агрегатов.

При высокой вязкости жидкости разрыва для образования трещин необходимы высокие давления. В зависимости от проницаемости пород оптимальная вязкость жидкости разрыва колеблется в пределах 50-500 сП. Иногда при закачке через обсадную колонну используют жидкость с вязкостью до 1000 сП и даже до 2000 сП.

Жидкость разрыва должна быть слабофильтрующейся и обладать высокой удерживающей способностью в отношении взвешенного в ней песка, что предупреждает возможность оседания его в цилиндрах насоса, элементах обвязки, трубах и на забое скважины.

При этом достигаются сохранение постоянной концентрации песка в жидкости разрыва и хорошие условия для переноса его в глубь трещины. Фильтруемость проверяют на приборе по определению водоотдачи глинистого раствора. Низкой считается фильтруемость менее 10 см3 жидкости за 30 мин.

Способность жидкости разрыва удерживать песок во взвешенном состоянии находится в прямой зависимости от вязкости.

Более вязкие жидкости, как, например, мазуты, имеют удовлетворительную вязкость при температуре ниже 20°С; сырые нефти и вода, имеют низкую вязкость, в большинстве случаев хорошо фильтруются, и их не рекомендуется в чистом виде использовать при гидроразрыве пласта.

Повышение вязкости, как и уменьшение фильтруемости жидкостей, применяемых при гидроразрыве пластов, достигается введением в них соответствующих загустителей. Такими загустителями для углеводородных жидкостей являются соли органических кислот, высокомолекулярные и коллоидные соединения нефтей (например, нефтяной гудрон) и другие отходы нефтепереработки.

Значительной вязкостью и высокой песконесущей способностью обладают некоторые нефти, керосино-кислотные, нефтекислотные, а также водо-нефтяные эмульсии. Эти жидкости используют в качестве жидкости разрыва и жидкости-песконосителя при разрыве пластов в нефтяных скважинах.

В нагнетательных скважинах при гидравлическом разрыве используют загущенную воду. Для загущения применяют сульфит-спиртовую барду (ССБ) и другие производные целлюлозы, хорошо растворимые в воде и имеющие низкую фильтруемость.

В зависимости от концентрации сухих веществ ССБ бывает двух видов - жидкая и твердая. Вязкость исходного жидкого концентрата 1500-1800 сП. Добавка воды к растворам ССБ ведет к быстрому понижению вязкости и способствует хорошему вымыванию ССБ водой из пористого пространства и восстановлению приемистости. Раствор ССБ обладает хорошей удерживающей способностью и низкой фильтруемостью. Для разрыва в основном применяется раствор ССБ вязкостью 250-800 сП.

В последнее время в качестве жидкости-песконосителя применяют загущенную ССБ концентрированную соляную кислоту (40% НСl и 60% ССБ). Применение такой жидкости разрыва позволяет сочетать процесс гидроразрыва с химическим воздействием на призабойную зону. В смеси с ССБ соляная кислота медленно реагирует с карбонатами (2-2,5 ч против 30-40 мин при использовании чистого раствора НСl). Это дает возможность по трещинам, образовавшимся при гидроразрыве, продавить глубоко в пласт химически активную соляную кислоту и обработать призабойную зону пласта на большом удалении от ствола скважины.

При гидроразрыве пласта в условиях высоких пластовых температур (130-150°С) вязкость 20- и 24%-ных растворов ССБ с повышением температуры до 90° С резко понижается до 8-0,6 сП.

При более высоких температурах вязкость этих растворов приближается к вязкостным свойствам воды. Поэтому в качестве эффективной жидкости разрыва и песконосителя, обладающей хорошей пескоудерживающей способностью и слабой фильтруемостью, применяют водные растворы КМЦ-500 (карбоксиметилцеллюлоза) в пределах 1,5-2,5% с добавкой иногда хлористого натрия до 20-25%. Продавочная жидкость при всех условиях должна иметь минимальную вязкость в целях снижения потерь напора при прокачке.

Цель заполнения песком трещин - предупреждение их смыкания и сохранение в открытом состоянии после снятия давления ниже величины давления разрыва. Поэтому к песку предъявляются следующие требования:

1) песок должен иметь достаточную механическую прочность, чтобы не разрушаться в трещинах под действием веса породы;

2) сохранять высокую проницаемость.

Этим требованиям удовлетворяет хорошо скатанный однородный кварцевый песок.

Применяется песок следующих фракций: 0,25-0,4 мм; 0,4-0,63; 0,63-0,79; 0,79-1,0; 1,0-1,6ММ. Наиболее приемлемой фракцией для гидроразрыва пласта являются пески с размером зерен от 0,5 до 1,0 мм.

Степень эффективности гидравлического разрыва пласта определяется диаметром и протяженностью созданных трещин и, следовательно, повышенной проницаемостью. Чем больше диаметр и протяженность трещин, тем выше эффективность обработки. Создание трещин большой протяженности достигается закачкой больших количеств песка. Практически в скважину закачивают от 4 до 20 тОНН песка.Концентрация песка в жидкости-песконосителе зависит от фильтруемости и удерживающей способности жидкости и колеблется от 100 до 600 кг на 1 м3 жидкости.

3.ТЕХНОЛОГИЯ И ТЕХНИКА ПРОВЕДЕНИЯ ГРП

Гидравлический разрыв проводят в пластах с различной проницаемостью в случае падения дебита или приемистости нагнетательных скважин.

До проведения гидроразрыва скважину испытывают на приток, определяют ее поглотительную способность и давление при поглощении. С этой целью одним агрегатом закачивают нефть до получения на устье некоторого избыточного давления, при котором скважина начинает принимать жидкость. В течение 10-20 мин замеряют расход при постоянном давлении нагнетания. После подключения второго агрегата и увеличения количества закачиваемой жидкости поднимают давление на 2-3 МПа и вновь определяют расход.

Процесс увеличения расхода жидкости и давления повторяют несколько раз, и в конце исследования создают максимально возможное давление, при котором вновь замеряют расход. По полученным данным строят кривую зависимости приемистости скважины от давления нагнетания. По данным о поглотительной способности скважины до и после разрыва определяют количество жидкости и давление, необходимые для проведения разрыва, а также судят о качестве проведенного разрыва и об изменениях проницаемости пластов призабойной зоны после разрыва. За давление разрыва пласта условно принимают давление, при котором коэффициент приемистости скважины увеличивается в 3-4 раза по сравнению с начальным.

Забой скважины очищают от грязи способом дренирования и затем промывают. В отдельных случаях для увеличения фильтрационных свойств пластов рекомендуется предварительно обработать скважину соляной или грязевой кислотой и провести дополнительную перфорацию. Осуществление этих мероприятий способствует снижению давления разрыва и повышению его эффективности.

После промывки, очистки и проверки специальным шаблоном в скважину спускают насосно-компрессорные трубы диаметром 75 или 100 мм, по которым прокачивается жидкость разрыва. Для предохранения обсадной колонны от воздействия большого давления над разрываемым пластом устанавливают пакер, который разобщает фильтровую зону пласта от ее вышележащей части. Благодаря этому давление, создаваемое насосами, передается только на фильтровую зону и на нижнюю поверхность пакера.

Применяют различные конструкции пакеров. Наиболее распространены шлипсовые пакеры, выпускаемые под различные диаметры эксплуатационных колонн и рассчитанные на давление 50 МПа (рис.1).

Герметизация обсадной колонны осуществляется при деформации резиновых уплотнительных манжет от веса колонны насосно-компрессорных труб при опоре конуса на шлипсы пакера, центрирование которого осуществляется фонарем. Замковое устройство фонаря раскрывается при трении фонаря о стенки обсадных труб во время вращения пакера.

Осевая нагрузка при гидроразрыве воспринимается головкой пакера с опорным кольцом и передается на якорь, удерживающий пакер и колонну насосно-компрессорных труб от перемещения вверх. Головка пакера имеет левую резьбу в месте соединения с якорем.

В случае заклинивания манжет в обсадной колонне якорь может быть отвинчен от пакера правым вращением и поднят на поверхность.

Конструкция плашечного гидравлического действия приведена на рис.2

В процессе закачки рабочей жидкости для гидроразрыва создающийся перепад давления между внутренней частью якоря и кольцевым зазором в эксплуатационной колонне деформирует резиновую трубку, выдвигая плашки до упора в стенку колонны. Плашки, врезаясь своими острыми зубцами в стенки труб, удерживают якорь и соответственно пакер от выталкивания вверх по скважине.

Наряду со шлипсовыми пакерами применяют пакеры самоуплотняющиеся ПС. В этой конструкции герметизация достигается за счет самоуплотнения резиновых манжет под воздействием жидкости гидроразрыва.

В отличие от других типов пакеров в конструкции пакера ПС предусмотрен перепускной клапан, предназначенный для перепуска жидкости гидроразрыва в затрубное пространство во время спуска пакера, за счет чего снимается давление на самоуплотняющиеся манжеты. Перепускной клапан присоединяется через переводник и устанавливается выше гидравлического якоря.

После спуска труб с пакером и якорем устье скважины оборудуют специальной головкой, к которой подключают агрегаты для нагнетания в скважину жидкости разрыва.

3.1 Обвязка и оборудование при ГРП

На рис.2 приведена общая схема обвязки и расположения оборудования при гидравлическом разрыве пласта. На первом этапе закачивают жидкость разрыва насосными агрегатами, в результате чего давление постепенно увеличивается и по достижении определенного значения происходит разрыв пласта. О моменте разрыва судят по манометру на выкидной линии. Этот момент характерен резким спадом давления и увеличенным расходом нагнетаемой жидкости.

После разрыва пласта переходят ко второму этапу - подаче в трещину жидкости-песконосителя с песком при большом расходе и высоком давлении нагнетания. Жидкость-песконоситель с песком задавливают в трещину продавочной жидкостью при максимальном давлении и с максимальной скоростью закачки. Достигается это путем подключения наибольшего числа агрегатов. В качестве продавочной жидкости для нефтяных скважин используют нефть и для нагнетательных - воду. Количество этой жидкости должно быть равно емкости колонны труб. Закачка продавочной жидкости является последним, третьим этапом непрерывного процесса гидроразрыва пласта.

После продавки устье закрывают и скважину оставляют в покое до тех пор, пока устьевое давление не упадет до нуля. Затем скважину промывают, очищают от песка и приступают к освоению.

Представляет интерес техника проведения гидроразрыва в скважинах, продуктивные горизонты которых залегают на глубинах 2800-3400м. Технология разрыва пласта в таких скважинах отличается от обычной тем, что процесс гидроразрыва проходит при постоянном противодавлении на на-сосно-компрессорные трубы и на верхний торец резинового элемента пакера. Величина противодавления определяется как разность между расчетным значением давления гидроразрыва и максимально допустимым давлением на пакер. Для таких скважин рабочее давление в кольцевом пространстве (затрубном) определяют опытным путем. Для подкачки жидкости разрыва используют вспомогательный агрегат. Особенности расположения оборудования и обвязки устья при гидроразрыве по данной технологии показан на рис.3

Работы по гидроразрыву на скважине рекомендуется осуществлять в следующей последовательности. Опрессовывают наземное оборудование на давление, равное 70 МПа, и заменяют в скважине воду на нефть, после чего спускают пакер. Затем с помощью насосных агрегатов, применяемых для гидроразрыва пласта, прокачкой жидкости в насосно-компрессорных трубах и под пакером создают максимально возможное давление. Подкачкой жидкости вспомогательным цементировочным агрегатом поднимают давление в кольцевом пространстве (затрубном) и оставляют скважину в покое на 30 мин. Этим на первом этапе достигается возможность образования трещин в пласте.

На втором этапе проводят операцию по закреплению трещин песком. После испытания скважины на приемистость в пласт закачивают жидкость-песконоситель.

Рис. 3. Схема обвязки оборудования при ГРП в глубоких скважинах:

1 - пескосмеситель; 2 - агрегат ЦА-400; 3- агрегат ЧАН-700;

4 - вспомогательный агрегат; 5 - емкость для рабочих жидкостей

Давление на устье во время закачки и продавливания в пласт может увеличиваться до 60-80 МПа. Проведение гидроразрыва по данной технологии позволяет значительно повысить производительность скважины.

При наличии в скважинах большой фильтровой зоны или несколько вскрытых продуктивных пропластков производят поинтервальные многократные гидравлические разрывы.

В последнее время разработан и внедрен новый способ поинтервального гидроразрыва, позволяющий за один спуск забойного оборудования проводить в любой последовательности гидроразрыв тех или иных пластов. При осуществлении гидроразрыва по этой технологии в одном пласте перфорированные отверстия против вышележащих пластов перекрываются тонущими, а против нижележащих пластов - плавающими в жидкости разрыва эластичными шариками. Применяемое забойное оборудование отличается простотой конструкции и может быть изготовлено в промысловых мастерских. Состоит оно из двух полых цилиндров, соосно-закрепленных на насосно-компрессорных трубах. Цилиндр с отверстиями в дне открыт сверху, а цилиндр с отверстиями в крышке - снизу. Труба, на которую надеты и приварены цилиндры, заглушена снизу и имеет отверстия над нижним цилиндром.

Подготовительные работы по поинтервальному гидроразрыву производят в следующей последовательности. В скважину на насосно-компрессорных трубах спускают цилиндры, пакер и якорь. Под нижний цилиндр помещают специальные эластичные шарики диаметром 18-20 мм с удельным весом меньшим, чем у жидкостей, применяемых при гидроразрыве (плавающие шарики); следовательно, в жидкости они все время будут прижиматься к крышке нижнего цилиндра. Диаметр цилиндра подбирают таким образом, чтобы шарики не могли попасть в зазор между ним и эксплуатационной колонной. Число шариков, загружаемых в нижний цилиндр, берется несколько больше, чем число перфорационных отверстий, находящихся ниже самого верхнего интервала, намеченного для гидроразрыва.

В верхний цилиндр помещают тонущие шарики. При этом количество их также должно быть больше, чем число отверстий, находящихся выше нижнего интервала, намеченного для гидроразрыва. Чтобы шарики при спуске вниз или при негерметичном перекрытии колонны не попадали под пакер, ставят специальный диск-отбойник. Пакер устанавливается с таким расчетом, чтобы интервал, намеченный для гидроразрыва, находился между цилиндрами с шариками. После этого производят гидроразрыв намеченного пласта обычным способом. Если при разрыве начнут принимать жидкость выше или нижележащие пласты, то их перфорационные отверстия перекрываются шариками, которые потоком жидкости увлекаются из цилиндров к этим отверстиям. Таким образом, гидроразрыв произойдет только в намеченном интервале.После прекращения закачки шарики благодаря соответствующей разнице в их удельных весах соберутся в свои цилиндры. Приподнимая или опуская оборудование и устанавливая цилиндры с шариками в нужном интервале, можно произвести гидроразрыв любого пласта.

4. ВЫБОР ТЕХНОЛОГИИ ГРП

Технология гидроразрыва пласта осуществляется следующим образом. Поскольку при ГРП в большинстве случаев (за исключением мелких скважин) возникают давления, превышающие допустимые для обсадных колонн, то предварительно в скважину спускают НКТ, Способные выдержать это давление. Выше кровля пласта или пропластка, в котором намечается произвести разрыв, устанавливают пакер, изолирующий кольцевое пространство и колонну от давления, и устройство, предупреждающее его смещение и называемое якорем. По спущенным НКТ нагнетается сначала жидкость разрыва в таких объемах, чтобы получить на забое давление, достаточное для разрыва пласта. Момент разрыва на поверхности отмечается как резкое увеличение расхода жидкости (поглотительной способности скважины) при том же давлении на устье скважины или как резкое уменьшение давления на устье при том же расходе. Давление горных пород равно:

Рг = rПgН (4)

Силы сцепления частиц породы равно:

Рр = Рг + sZ (5)

более объективным показателем, характеризующим момент ГРП, является коэффициент поглотительной способности

kп = Q/(pз – рп) (6)

где Q-расход нагнетаемой жидкости;

рп-пластовое давление в районе данной скважины;

рз-давление на забое скважины в процессе ГРП.

При ГРП происходит резкое увеличение kп. Однако вследствие трудностей, связанных с непрерывным контролем за величиной рз, а также вследствие того, что распределение давлений в пласте - процесс существенно неустановившийся, о моменте ГРП судят по условному коэффициенту k.

где ру-давление на устье скважины.

Резкое увеличение k в процессе закачки также интерпретируется как момент ГРП. Имеются приборы для снятия этой величины.

После разрыва пласта в скважину закачивают жидкость-песконоситель при давлениях, удерживающих образовавшиеся в пласте трещины в раскрытом состоянии. Это более вязкая жидкость, смешанная (180-350 кг песка на 1 м3 жидкости) с песком или другим наполнителем. В раскрытые трещины вводится песок: на возможно большую глубину для предотвращения смыкания трещин при последующем снятии давления и переводе скважины в эксплуатацию. Жидкости-песконосители проталкивают в НКТ ив пласт продавочной жидкостью, в качестве которой используется любая маловязкая недефицитная жидкость.

Для проектирования процесса ГРП очень важно определить давление разрыва рр, которое необходимо создать на забое скважины.

Накоплен большой статистический материал по величине давления разрыва пласта рр по различным месторождениям мира и при различных глубинах скважин, который говорит об отсутствии четкой связи между глубиной залегания пласта и давлением разрыва. Однако все фактические значения рр лежат в пределах между величинами полного горного и гидростатического давлений. Причем при малых глубинах (менее 1000 м) рр ближе к горному давлению и при больших глубинах - к гидростатическому.

для неглубоких скважин (до 1000 м)

рр = (1,74 - 2,57) рст,………………………………………………(8)

для глубоких скважин (Н > 1000м)

рр =(1,32 - 1,97) рст,……………………………………………….(9)

где рст - гидростатическое давление столба жидкости, высота которого равна глубине залегания пласта.

Сопротивление горных пород на разрыв обычно мало и лежит в пределах sр=1,5 … 3 МПа, поэтому оно не влияет существенно на рр.

Давление разрыва на забое рр и давление на устье скважины ру связаны очевидным соотношением

рр = ру + рст – ртр,………………………………………………………………………........(10)

где ртр – потери давления на трении в НКТ.

Из уравнения (10) следует:

ру = рр + ртр - рст,…………………………………………….....(11)

рст - статическое давление, определяется с учетом кривизны скважины

рст = rж g Н cos b,………………………………………………(12)

где H - глубина скважины; b - угол кривизны (усредненный);

rж - плотность жидкости в скважине, причем если жидкость содержит наполнитель (песок, стеклянные шарики, порошок из полимеров и др.), то плотность подсчитывается как средневзвешенная

r=rж(1–n/rн)+n,…………………………………………………(13)

где n - число килограммов наполнителя в 1м3 жидкости;

рн-плотность наполнителя (для песка рн=2650 кг/м3).

Потери на трение определить труднее, так как применяемые жидкости иногда обладают неньютоновскими свойствами. Присутствие в жидкости наполнителя (песка) увеличивает потери на трение.

В американской практике используются различные графики зависимости потерь давления на трение на каждые 100 футов НКТ разного диаметра при прокачке различных жидкостей с заданным объемным расХОдом. При больших темпах закачки, соответствующих турбулентному течению, структурные свойства используемых жидкостей (с различными загустителями и химическими реагентами) обычно исчезают, и достаточно приближенно потери на трение для этих жидкостей можно определить по обычным формулам трубной гидравлики.

ртр = l(Н/d) * (w2/2g) * rga,…………………………………………....(14)

где l - коэффициент трения, определяемый по соответствующим формулам в зависимости от числа Рейнольдса;

w - линейная скорость потока в НКТ;

d – внутренний диаметр НКТ; r - плотность жидкости, Н – длина НКТ;

g = 9,81 м/с2; a - поправочный коэффициент, учитывающий наличие в жидкости наполнителя (для чистой воды a = 1) и зависящий от его концентрации.

5. ОБОРУДОВАНИЕ, ИСПОЛЬЗУЕМОЕ ПРИ ГРП

При гидроразрыве пласта используют целый комплекс наземного оборудования: насосные агрегаты типа 2АН-500 или 4АН-700, пескосмесительный агрегат 4ПА. Для перевозки жидкости разрыва применяют автоцистерны 4ЦР или ЦР-20.

Агрегат 4АН-700 конструкции Азинмаша является основным в комплекте наземного оборудования. Он отличается повышенными мощностью и производительностью, удобен в эксплуатации. Рабочее давление агрегата позволяет проводить гидроразрыв пластов и осуществлять гидропескоструйные процессы и в глубоких скважинах. Все узлы его смонтированы на грузовом трехосном автомобиле КрАЗ-257 грузоподъемной силой 100-120 кН и представляют из себя следующее: силовую установку; коробку передач; трехплунжерный насос; манифольд, систему управления.

На раме автомобиля, непосредственно за кабиной водителя, расположена силовая установка агрегата, состоящая из двигателя с многодисковой фрикционной муфтой и центробежным вентилятором, систем питания, смазки и охлаждения, установки воздухоочистителя и других вспомогательных узлов.

Двигатель агрегата-дизельмотор двенадцатицилиндровый, четырехтактный имеет мощность 588 кВт при частоте вращения коленчатого вала 2000 об/мин. Двигатель с помощью многодисковой фрикционной муфты соединен с приемным валом коробки передач.

Насос 4Р-700 трехплунжерный, горизонтальный одинарного действия. Плунжеры предусмотрены размерами 100 и 120 мм, что обеспечивает работу насоса соответственно при давлениях до 70 и 50 МПа. Производительность агрегата при давлении 70 МПа составляет 6,3 л/с и при 20 МПа - 22 л/с. Масса агрегата 20200 кг, габаритные размеры 9800 х 2900 x 3320 мм. Управление агрегатом производится с центрального пульта, расположенного в кабине автомобиля, где размещены педали управления топливным насосом и фрикционной муфтой двигателя, рукоятка управления коробкой передач и необходимая контрольно-измерительная аппаратура.

Для транспортировки песка нужных фракций к скважине, в которой намечено произвести гидроразрыв пласта, и для последующего механического приготовления песчано-жидкостной смеси применяют специальные пескосмесительные агрегаты типа 4ПА.

На самоходном шасси автомашины КрАЗ-257 смонтированы бункер 1 для сыпучего материала с загрузочным шнеком 2 и рабочим шнеком 3, камера гидравлического смещения 5, смеситель 7 с поплавковым регулятором уровня 6, а также приемный коллектор 11 и раздаточный коллектор 10 с насосом 9 для перекачки песка. В верхней разгрузочной части шнека 3 установлена поворотная заслонка 4, соединенная с поплавковым регулятором 6. К стенкам и днищу бункера 1 прикреплены пневмовибраторы, обеспечивающие надежное поступление сыпучего материала самотеком в приемник шнека 3.

Загрузочный и рабочий шнеки, а также лопастная мешалка приводятся в действие гидродвигателями при помощи масляного насоса 8. Все агрегаты установки управляются с пульта, размещенного в кабине автомобиля.

Песчано-жидкостная смесь с небольшой концентрацией песка приготавливается следующим образом. Жидкость через приемный коллектор 11 попадает в камеру гидравлического смещения 5, в которую из бункера 1 шнеком 3 подается сыпучий материал. Количество сыпучего материала регулируется частотой вращения рабочего шнека и заслонкой 4 при помощи поплавкового регулятора уровня 6 в зависимости от уровня смеси в смесителе 7. Избыточное количество сыпучего материала по отводящему патрубку поступает обратно в бункер. В камере гидравлического смешения 5 приготавливается раствор требуемой концентрации, который поступает в смеситель 7, где при помощи лопастной мешалки поддерживается равномерность концентрации песка. Из смесителя 7 раствор подается Песковым насосом 9 через раздаточный коллектор 10 к месту потребления.

При приготовлении песчано-жидкостной смеси с большой концентрацией сыпучего материала камера гидравлического смешения заменяется проходной трубой, а жидкость из коллектора 11 и сыпучий материал из бункера 1 поступают непосредственно в смеситель 7, через сменную трубу (указана пунктиром). Готовая смесь отбирается так же, как и в первом случае.

Рис. 4. Схема пескосмесительного агрегата

Емкость бункера 6,5 м3. Максимальная производительность рабочего шнека (по песку) 50 т/ч, максимальная грузоподъемная сила 90 кН, производительность загрузочного шнека 12-15 т/ч. Масса агрегата с грузом 23 000 кг, габаритные размеры 8700 х 2625 х 3600 мм. Пескосмесительный агрегат обслуживается одним шофером-мотористом. При проведении гидроразрыва пласта пескосмесительный агрегат с помощью гибких шлангов соединяется с автоцистернами и с насосными агрегатами. К агрегату 4ПА можно присоединить одновременно две автоцистерны и четыре насосных агрегата (по два с каждой стороны).

Автоцистерна 4ЦР предназначена для перевозки жидкости, используемой для гидравлического разрыва пласта, и подачи ее в пескосмесительный или насосный агрегат. Автоцистерна 4ЦР (рис. 5) смонтирована на шасси автомобиля КрАЗ-219 грузоподъемной силой 120 кН и состоит из цистерны 1, вертикального плунжерного насоса 2, системы обвязки насоса с арматурой 3, коробки отбора мощности 4, узла трансмиссии 5, узла жесткой буксировки б и искрогасителя 7.

Цистерна оборудована специальным устройством для подогрева жидкости паром. Для определения количества жидкости, отобранной из цистерны, внутри ее смонтирован поплавковый указатель уровня. Жидкость перекачивается из автоцистерны с помощью трехплунжерного вертикального насоса, имеющего производительность 16,7 л/с и максимальное давление 2,0 МПа.

Объем цистерны 9 м3. В зависимости от плотности жидкости в ней масса автоцистерны достигает 21435 кг. Габаритные размеры 10100 x 2700 х 2740 мм. Время подогрева жидкости от 20° до 50°С равно 2 ч. В настоящее время выпускают автоцистерны для жидкости разрыва емкостью 17 м3. под шифром ЦР-20, смонтирована цистерна на тягаче с прицепом. Кроме подогревательного устройства и вертикального насоса, автоцистерна снабжена центробежным. насосом производительностью по воде 100 л/с с максимально развиваемым давлением 0,2 МПа.

При гидравлическом разрыве пласта устье скважины оборудуют специальной арматурой типа 1АУ-700, которая крепится на резьбе к эксплуатационной колонне. Арматура рассчитана на работу с давлением 70 МПа и состоит из крестовины, устьевой головки, пробковых кранов, предохранительного клапана и прочих элементов обвязки.

Для регулирования работы всего комплекса оборудования и агрегата при гидравлическом разрыве пласта используется самоходный блок манифольда типа 1БМ-700, который состоит из напорного и раздаточного коллекторов, подъемной стрелы и комплекта 60-мм насосно-компрессорных труб с шарнирным и быстросборным соединениями. Все оборудование блока манифольда монтируется на шасси грузового автомобиля повышенной проходимости (ЗИЛ-157К).

Напорный коллектор состоит из клапанной коробки с шестью отводами для соединения с насосными агрегатами; центральной трубы с датчиком контрольно-измерительных приборов (манометра, плотномера и расходомера) для работы со станцией контроля и управления процессами, двух отводов для соединения с арматурой на устье скважины; пробковых кранов и предохранительного клапана. Раздаточный коллектор служит для распределения рабочих жидкостей (продавочного раствора, воды, песчано-жидкостной смеси и т. д.) насосным агрегатам.

Комплект 60-мм насосно-компрессорных труб употребляется для соединения напорного коллектора с устьем скважины и подвода к раздаточному коллектору продавочного раствора, воды и других жидкостей. Для механизации погрузки и выгрузки арматуры устья блока манифольда имеется поворотная стрела с ручным управлением.

6. РАСЧЁТ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАЗРЫВА ПЛАСТА

1.Расчёт давления гидроразрыва пласта

Рразр = Рв.г. – Рпл + sр;

где Рв.г. – вертикальное горное давление;

Рпл – пластовое давление;

sр – давление расслоения пород. Вертикальное горное давление Рв.г. – определяют по формуле:

Рв.г. = rпgН,

где Н – глубина залегания пласта;

rп = 2500 кг/м3 – средняя плотность вышележащих горных пород.

Рв.г. = 2500*9,81*2250 = 55,181 МПа

Если давление расслоения пород sр = 1,5 МПа, то давление разрыва пласта будет:

Рразр = 55,181 – 17 + 1,5 = 39,681 МПа.

Давление разрыва на забое можно определить приближенно по эмпирической формуле:

Рразр = 104 * НК,

где К = 1,5 – 2. Принимаем среднее значение К = 1,75. Тогда

Рразр = 104 * 2250*1,75 = 39,375 МПа.

2. Расчет рабочего устьевого давления гидроразрыва.

Допустимое устьевое давление ГРП определяется по формуле:

Рд.у = - rgH + Ртр,

где Dн2, DВ2 – наружный и внутренний диаметры обсадных труб, м

Dн = 0,173м DВ = 0,144 м; sтек = 650 МПа – предел текучести стали марки L; К = 1,5 – запас прочности, Ртр = потери напора на трение в трубах определяются по формуле Дарси-Вейсбаха:

где l - коэффициент гидравлического сопротивления труб, определяется из соотношения l = 0,3164/Re0,5 для турбулентного или l = 64/Re для ламинарного режимов движения жидкости в трубе. Здесь Re (число Рейнольдса) – параметр, определяющий режим течения; при Re <2300 поток считается ламинарным, а при

Re >2300 турбулентным.

Re = ndrсм /mсм

где mсм – вязкость песчано-жидкостной смеси:

mсм=90*е3,18*0,091 = 120 мПа*с;

n - скорость движения жидкости по трубам, м/с определяется из выражения

где Q – темп закачки жидкости гидроразрыва, м3/сут (0,015 м3/сут),

F – площадь внутреннего сечения НКТ:

F = pDB2/4 = 3.14*0.1442/4 = 0.0162, м2.

Скорость движения жидкости:

n = 0,015/0,0162 = 0,926 м/с.

rсм = (rп - rж)С + rж – плотность смеси (нефть + песок),

С = С0/(С0+rп) - объёмное содержание песка, С0 – концентрация песка,

rсм = (2500-895)*0,091 + 895 = 1041 кг/м3

число Рейнольдса:

Re = 0,926*0,144*1041/(120*10-3) = 1156,76 тогда l = 64/ Re = 0,055

Потери давления на трение в трубах

Ртр = 0,055*(1041*0,9262*2250)/(2*9,81*0,144) = 0,039 МПа.

Следовательно допустимое устьевое давление составляет:

Рд.у. = (0,1732-0,1442)/(0,1732+0,1442)*(650/1,75)+17-1041*9,81*2250*10-6=

Допустимое давление на устье скважины в зависимости от прочности резьбы верхней части колонны труб на страгивающие усилия определяется по формуле

где Рстр – страгивающая нагрузка для обсадных труб из стали группы прочности L, равна 1,59 МН,

G – усилие затяжки при обвязке обсадной колонны (берётся по данным бурового журнала), равное 0,5 МН; к – запас прочности, который принимаем равным 1,5. Тогда допустимое устьевое давление:

Рд.у. = 34,4МПа.

Из полученных двух значений Рд.у. принимаем меньшее (34,4 МПа).

Возможное забойное давление при допустимом давлении на устье 34,4 МПа составит:

Рз = Рд.у. + rGН – Pтр = 34,4*106 + 1041*9,81*2250 – 0,039*106 = 57,34 МПа

Учитывая, что потребное давление разрыва на забое Рразр = 39,375 МПа меньше Рз = 57,34 МПа, определим рабочее давление на устье скважины

Ру = Рразр - rgН + Ртр = 39,375*106 - 1041*9,81*2250 + 0,039*106 = 16,9 МПа.

Следовательно, давление на устье скважины ниже допустимого, поэтому можно проводить закачку жидкости гидроразрыва по НКТ.

3. Определение необходимого количества рабочей жидкости.

Количество жидкости разрыва не поддаётся точному расчету. Оно зависит от вязкости жидкости разрыва и фильтруемости, проницаемости пород призабойной зоны скважины, темпа закачки жидкости и давления разрыва. По опытным данным объем жидкости разрыва изменяется от 5 до 10 м3. Примем для нашей скважины Vр = 7,5 м3 нефти.

Количество жидкости-песконосителя зависит от свойств этой жидкости, количества закачиваемого в пласт песка и его концентрации. На практике заготавливают 20 – 50 м3 жидкости (Vпж) и 8 – 10 т песка(Gпес).

Концентрация песка C зависит от вязкости жидкости песконосителя и темпа её закачки. Для нефти вязкостью 90 мПа*с принимаем С = 250 кг/м3. При этом условии объем жидкости песконосителя:

Vпж = Gпес/С = 8000/250 = 32 м3.

Объем жидкости-песконосителя должен быть несколько меньше емкости колонны труб, так как при закачке этой жидкости в объеме, превышающем емкость колонны, насосы в конце процесса закачки будут работать при высоком давлении, необходимым для продавливания песка в трещины. А закачка жидкости с абразивными частицами при высоких давлениях приводит к очень быстрому износу цилиндров и клапанов насосов.

Емкость 168 – мм обсадной колонны длиной 1800 м составляет 34 м3, а принятое количество жидкости-песконосителя - 29 м3

Оптимальная концентрация песка может быть определена на основании скорости падения зерен песка в принятой рабочей жидкости по формуле

Где С – концентрация песка, кг/м3 ;

n - скорость падения зерен песка диаметром 0,8 мм в м/ч в зависимости от вязкости жидкости находится графически. Для вязкости жидкости-песконосителя 90 МПа*с n = 15 м/ч, следовательно

С = 4000/15 = 267 кг/м3.

G = 267*29 = 7743 кг.

Объем продавочной жидкости во избежании оставления на забое песка следует принимать в 1,2 – 1,3 больше, чем объем колонны, по которой закачивается песок. Необходимый объем продавочной жидкости:

Vпр = =3,14*0,144^2*2250*1.3/4 =47.6 м3

4. Время проведения гидроразрыва

Т = (Vр+Vжп+Vпр) Q =(7.5+32+47.6)/ 1500=0.06сут

Где Q-суточный расход рабочей жидкости, м³

5. Радиус горизонтальной трещины

Гидравлический разрыв пласта (ГРП или фрак, от английского hydraulic fracturing) является неотъемлемым процессом стимуляции скважины в процессе добычи нефти и газа из сланцевых пород.

Еще не так давно вокруг ГРП было очень много разговоров и очень многие организации выступали против разрешения на проведение ГРП. Главным аргументом против ГРП выдвигалась теория о том, что ГРП очень сильно загрязняет подземные источники пресной воды, вплоть до того, что из-под крана начинает течь вода с примесями газа, которые можно поджечь, о чем, кстати, был снят ролик, который попал во многие передачи и выпуски новостей.

1. В начале разберемся с тем, что вообще такое ГРП, т.к. многие этого не знают. Традиционно нефть и газ добывались из песчаных пород, которые обладают высокой пористостью. Нефть в таких породах может свободно мигрировать среди песчинок к скважине. Сланцевые породы наоборот, имеют очень низкую пористость, а нефть в них содержится в трещинах внутри сланцевого пласта. Задача ГРП - увеличить эти трещины (или образовать новые), дав нефти более свободный путь к скважине. Для этого в нефтенасыщенный пласт сланца под высоким давлением нагнетается специальный раствор (на вид напоминающий холодец), состоящий из песка, воды и дополнительных химических добавок. Под высоким давлением нагнетаемой жидкости сланец образует новые трещины и расширяет уже имеющиеся, а песок (проппант) не дает трещинам сомкнуться, таким образом и улучшается проницаемость пород. ГРП бывает двух видов - проппантный (с использованием песка), и кислотный. Тип ГРП выбирается на основе геологии разрываемого пласта.

Справа, на фотографии - блок манифольдов, слева - насосные трейлера, далее - арматура и за ней кран. Каротажная машина находится слева, за трейлерами. Ее видно на других фотографиях.

2. Для проведения ГРП требуется довольно большое количество техники и персонала. Технически же процесс идентичен не зависимо от компании, проводящей работу. К арматуре скважины подключается трейлер с блоком манифольдов. К этому трейлеру подключаются насосные установки нагнетающие раствор ГРП в скважину. За насосными станциями устанавливается смесительная установка, возле которой устанавливают трейлера с песком и водой. За всем этим хозяйством устанавливают станцию контроля. С противоположенной стороны арматуры устанавливается кран и каротажная машина.

Так выглядит смеситель. Шланги идущие к нему - линии подключения воды.

3. Процесс ГРП начинается в смесителе, куда подается песок и вода, а так же химические добавки. Все это смешивается до определенной консистенции, после чего подается в насосные установки. На выходе из насосной установки раствор ГРП попадает в блок манифольдов (это что-то вроде общего смесителя для всех насосных установок), после чего раствор отправляется в скважину. Процесс ГРП не проводится за один подход, а проходит этапами. Составлением этапов занимается команда петрофизиков на основе акустического каротажа, как правило, открытой скважины, проведенной во время бурения. В течении каждого этапа каротажная команда ставит в скважине заглушку, отделяя интервал ГРП от остальной скважины, после чего производит перфорацию интервала. Затем проходит ГРП интервала, и заглушка снимается. На новом интервале ставится новая заглушка, снова проходит перфорация, и новый интервал ГРП. Процесс ГРП может длится от нескольких дней, до нескольких недель, а количество интервалов может доходить до сотни.

Помпы подключенные к блоку манифольдов. "Будка" на заднем плане - пункт контроля работы смесителя. Противоположенный вид, от будки, - на второй фотографии.

Помпы, используемые при ГРП оснащены дизельными двигателями мощностью от 1 000 до 2 500 л.с.. Мощные насосные прицепы способны нагнетать давление до 80 МПа, при пропускной способности 5-6 баррелей в минуту. Количество помп рассчитывается все теми же петрофизиками на основе каротажа. Высчитывается необходимое давление для разрыва пласта, и на его основе считается количество насосных станций. В течении работы количество используемых помп всегда превосходит расчетное количество. Каждая помпа работает в менее интенсивном режиме, чем это требуется. Делается это по двум причинам. Во-первых, это значительно сохраняет ресурс помп, во-вторых, при выходе из строя одной из помп она просто выводится из линии, а давление на остальных помпах слегка увеличивается. Таким образом поломка помпы не влияет на процесс ГРП. Это весьма важно, т.к. если процесс уже начат то остановка неприемлема.

5. Технология ГРП токовой не родилась вчера. Первые попытки "ГРП" предпринимались еще в 1900 года. Заряд нитроглицерина опускался в скважину, после чего детонировал. В то же время была опробования кислотная стимуляция скважин. Но оба метода, несмотря на раннее рождение, потребовали еще очень много времени, чтобы стать совершенными. Бум ГРП получил лишь в 1950-х годах, с развитием проппанта. Сегодня метод продолжает совершенствоваться и улучшаться. При стимуляции скважины продляется ее жизнь и увеличивается дебит. В среднем прирост нефтепотока к расчетному дебиту скважины составляет до 10 000 тонн в год. Кстати, ГРП проводится и на вертикальных скважинах в песчаннике, поэтому ошибочно думать, что процесс приемлем только в сланцевых породах и родился только что. Сегодня около половины скважин подвергаются ГРП стимуляции.

Вид на блок манифольдов от арматуры. Кстати, ходить среди трейлеров и труб можно лишь во время каротажа, когда в системе нагнетания нет давления. Любой человек, появившийся среди трейлеров с помпами или труб во время проведения ГРП увольняется на месте без разговоров. Безопасность прежде всего.

Тем не менее, с развитием горизонтального бурения очень многие люди стали высказываться против проведения стимуляций скважин, т.к. ГРП наносит вред окружающей среде. Было написано очень много трудов, снято видео и проведено расследований. Если читать все эти статьи, то все складно, но это только на первый взгляд, а мы же присмотримся к деталям.

Каротажная машина. Команда собирает заряды и готовит заглушку для проведения перфорации.

Самый главный аргумент против ГРП - загрязнение грунтовых вод химическими веществами. Что именно входит в состав раствора - тайна компаний, но кое-какие элементы все же разглашены и есть в открытых публичных источниках. Достаточно обратиться к базе данных по ГРП "ФракФокус", и можно найти общий состав геля (1, 2). На 99% гель состоит из воды, лишь оставшийся процент - химические добавки. Сам проппант не входит в данном случае в подсчет, т.к. не является жидкостью, да и безвреден. Итак, что же входит в оставшийся процент? А туда входят - кислота, противокоррозийный элемент, фрикционная смесь, клей и добавки для вязкости геля. К каждой скважине элементы из списка подбираются индивидуально, всего их может быть от 3 до 12, попадающих в одну из вышеперечисленных категорий. Действительно, все эти элементы токсичны, и не приемлемы для человека. Примером конкретных добавок являются например: Ammonium persulfate, Hydrochloric acid, Мuriatic acid, Ethylene glycol.

8. Как эти химические вещества могут подняться на верх минуя ловушки удерживающие нефть? Ответ мы находим в отчете Ассоциации по защите окружающей среды (3). Случиться это может либо из-за взрывов на скважинах, либо из-за разливов во время проведения ГРП, либо из-за разливов утилизационных бассейнов, либо из-за проблем с целостностью скважин. Первые три причины не в состоянии заразить источники воды на огромных площадях, остается лишь последний вариант, который сегодня официально подтвержден Академией наук США (4).

9. Кому интересно как отслеживается движение жидкостей внутри пород, то делается это с помощью так называемых трейсеров. Специальная жидкость, имеющая определенный радиационный фон, нагнетается в скважину. После чего в соседних скважинах, и на поверхности, ставят сенсоры, реагирующие на излучение. Таким образом можно смоделировать очень точно "общение" скважин между собой, а так же обнаружить утечки внутри обсадных колонн скважин. Не беспокойтесь, фон у таких жидкостей очень слабый, а радиоактивные элементы используемые при таких исследованиях очень быстро разлагаются не оставляя следов.

10. Нефть на поверхность поднимается не в чистом виде, а с примесями воды, грязи и различных химических элементов, в том числе и химическими добавками использованными во время ГРП. Проходя через сепараторы нефть отделяется от примесей, а примеси утилизируются через специальные утилизационные скважины. Говоря простым языком - отходы закачиваются обратно в землю. Обсадная труба зацементирована, но она ржавеет со временем, и в какой-то момент в ней появляется течь. Если труба имеет хороший цемент в затрубном пространстве - то это ржавчина не имеет значения, утечки из трубы не будет, если же цемента нет, или цементная работа была выполнена плохо - то жидкости из скважины попадут в затрубное пространство, откуда могут попасть куда угодно, т.к. течь может быть выше нефтяных ловушек. Эта проблема известна инженерам очень давно, и фокус на этой проблеме был заострен еще в начале 2000-х, т.е. задолго до обвинений в адрес ГРП. Еще тогда когда многие компании создали внутри себя отдельные ведомства отвечающие за целостность скважин и их проверку. Утечки могут приносить с собой в верхние слои пород много грязи, газа (не только природного, но и сероводорода), тяжелых металлов и способны заразить чистые источники воды и без химических элементов ГРП. Поэтому тревога поднятая сегодня является весьма странной, проблема существовала и без ГРП. Особенно это касается старых скважин, которым более 50 лет.

11. Сегодня регламенты многих штатов разительно быстро меняются, особенно это касается Техаса, Нью-Мексико, Пенсильвании и Северной Дакоты. Но к удивлению многих, - вовсе не из-за ГРП, а из-за взрыва платформы БП в Мексиканском заливе. Во многих случаях компании спешно проводят каротажи по проверке целостности обсадной трубы и цемента за ней, и передают эти данные в государственные комиссии. К слову заметить, что пока каротажи по целостности скважин официально никто не требует, но компании самостоятельно тратят деньги и делают данную работу. При неудовлетворительном состоянии скважины глушатся. Надо отдать должное инженерам, например из 20 000 скважин инспектированных в Пенсильвании, в 2008 году, было зарегистрировано лишь 243 случая утечек в верхние водные слои (5). Иными словами, ГРП не имеет отношения к заражению и газификации пресных вод, виной тому является плохая целостность скважин, которые не были заглушены вовремя. А токсичных элементов в нефтенасыщенных пластах полным полно и без химических добавок используемых во время проведения ГРП.

Другой аргумент, который приводят противники ГРП - чудовищное количество пресной воды требуемое для проведения операции. Воды для ГРП требуется действительно много. Отчет Ассоциации по защите окружающей среды дает цифры, всего с 2005 по 2013 года было использовано 946 млрд. литров воды, при том, что за это время было проведено 82 000 операций ГРП (6). Цифра интересная, если не задуматься. Как я упомянул до этого, ГРП начал широко использоваться с 50-х годов, но статистика начинается лишь с 2005, когда было начато массовое горизонтальное бурение. Почему? Хорошо было бы упомянуть общее количество операций ГРП и количество воды, израсходованное до 2005 года. Ответ на данный вопрос, частично, можно найти все в той же базе данных по ГРП "ФракФокус" - начиная с 1949 года было проведено более 1 миллиона операций ГРП (7). Так сколько же воды было использовано за это время? Об этом отчет почему-то не говорит. Наверное потому, что 82 тысячи операций как-то меркнут на фоне миллиона.

Так выглядит проппант. Его называет песком, на самом деле это не тот песок, который добывается в карьерах и в котором играют дети. Сегодня проппант изготавливается на специальных заводах, и бывает он разных видов. Обычно идентификация идет соразмерно песчинкам, например это - проппант 16/20. В отдельном посте непосредственно о процессе ГРП я подробно остановлюсь на типах проппанта и покажу его различные виды. А песком его называют потому, что при первом ГРП компания Халлибертон использовала обычный мелкий речной песок.

Вопросов к EPA (Environmental Protection Agency) тоже много. На EPA очень многие любят ссылаться, как на очень веский источник. Источник и в правду веский, но и веский источник может дать дезу. В свое время EPA нашумели на весь мир, проблема в том, что наделав шуму, мало кто знает чем все кончилось, а кончилась история весьма плачевно, для некоторых.

Справа - ковш смесителя. Слева - контейнер с проппантом. Проппант подается в ковш на конвейерной ленте, после чего смеситель забирает его в центрифугу, где происходит его смешение с водой и химическими добавками. После чего гель подается к помпам.

С EPA связано две очень интересные истории (8). Итак, первая история.
В пригороде Далласа, в городе Форт Ворс, нефтяная компания осуществляла бурение скважин для добычи газа, естественно с использованием ГРП. В 2010 году, региональный директор EPA, доктор (стоит обратить внимание на высокий статус и наличие хорошего, высшего, образования) Ал Армендариз, подал чрезвычайный иск в суд против компании. В иске говорилось что люди живущие вблизи скважин компании находятся в опасности, т.к. скважины компании газифицируют водные скважины находящиеся вблизи. В тот момент накал страстей вокруг ГРП был очень высок, и терпение ЖД комиссии Техаса взорвалось. Для тех, кто забыл - в Техасе вопросами земельного пользования и бурения занимается Железнодорожная комиссия. Была составлена научная группа, которую отправили для исследования качества воды.
Верхний метан в под Форт Ворсом находится на глубине 120 метров и никакой шапки не имеет, в то время как глубина водных скважин не превышала 35 метров, а ГРП проходящий на скважинах компании был осуществлен на глубине 1 500 метров. Так вот, оказалось, что никаких тестов для исследования пагубного влияния EPA не проводили, а просто взяли и заявили, - ГРП загрязняет пресную воду, и подали в суд. А комиссия, взяла и провела тесты. Проверив целостность скважин, взяв пробы грунта и проведя необходимые тесты комиссия вынесла единый вердикт - ни одна скважина не имеет утечек и к газификации пресной воды отношения не имеют. EPA проиграли два суда, компании и второй суд непосредственно ЖД комиссии, после чего директор EPA, - доктор Ал Армендариз уволился "по собственному желанию".

К слову, проблема газификации воды действительно есть, но она никак не связана с ГРП, а связана с очень неглубоким залеганием метана. Газ из верхних слоев постепенно поднимается наверх и попадает в водные скважины. Это естественный процесс, никак не связанный вообще с добычей и бурением. Такой газификации подвержены не только водные скважины, но и озера и родники.

Сразу за историей с нерадивым доктором из EPA, ЖД комиссия обратила свой взор на очень популярное видео, которое к тому моменту где только не показывали. Некий Стивен Липский, хозяин скважин с пресной водой, и консультант по вопросом окружающей среды Алиса Рич сняли видео, в котором они поджигают воду, идущую из-под крана. Водозабор производился из водных скважин Стивена. Вода загорелась, якобы, из-за высокой концентрации газа, в которой виновата нефтяная компания со своим злосчастным ГРП. На самом деле, при расследовании, оба обвиняемых сознались, что к системе трубопровода был подключен баллон с пропаном, и сделано это было с целью привлечения новостных ведомств, которое заставило бы людей верить в то, что ГРП виновато в газификации пресной воды. В данном случае было доказано, что Алиса Рич знала о фальсификации, но хотела передать заведомо ложные данные в EPA и между Алисой и Стивеном был сговор, для оклеветанная деятельности компании. Опять же, было доказано, что компания и процесс ГРП не наносят вреда окружающей среде. После этого инцидента, кстати, все как-то сконфуженно притихли относительно обвинений ГРП в газификации воды. Видимо отправляться за решетку никто не торопится. Или все разом поняли, что процесс этот естественен и был до появления ГРП?

Итак, подводя итог всему вышесказанному - любая деятельность человека наносит вред окружающей среде, - не исключение. ГРП, сам по себе, не наносит вреда окружающей среде, и в широком масштабе существует в промышленности уже более 60 лет. Химические добавки, закачиваемые в процессе ГРП на большую глубину не представляют никакой угрозы верхним водным слоям. Действительной проблемой сегодня является цементаж и сохранение целостности скважин, над которой компании усиленно работают. А химических элементов и грязи, которые способны отравить пресную воду, в нефтенасыщенных пластах хватает и без ГРП. Сам же процесс газификации естественен и о такой проблеме знали и без ГРП, с этой проблемой боролись и до ГРП.

Сегодня нефтяная промышленность намного чище и экологичнее, чем когда-либо в истории, и продолжает бороться за сохранение окружающей среды, а многие истории и байки идут от очень недобросовестных работников официальных ведомств. К сожалению, такие истории очень быстро остаются в памяти большинства людей, и очень медленно опровергаются фактами, которые мало кому интересны.
Так же нужно не забывать, что война с нефтяными компаниями была, есть и будет всегда, и дешевый газ в огромных объемах не всем ко двору.

Важно, дополнение:
В связи с тем, что в комментариях начали появляться упоминания про Пенсильванию и наличие газа в скважинах с пресной водой, я решил так же прояснить данный вопрос. Пенсильвания очень богата газом, и один из самых мощных бумов газового горизонтального бурения пришелся как раз на этот штат, в особенности на северную его часть. Проблема в том, что залежей газа (метана и этана) в штате несколько. Залежи верхнего газа называются Devonian, в то время как залежи глубокого сланцевого газа имеют название Marcellus. После детального молекулярного анализа состава газа, и проверки 1 701 водной скважины (с 2008 по 2011 года) на севере штата, был дан единый вердикт - в водных скважинах нет сланцевого газа, а присутствует метан и этан из верхнего слоя Devonian. Газификация скважин естественна и связана с геологическими процессами, идентично проблеме Техаса. Процесс ГРП никак не способствует миграции сланцевого газа на поверхность.

Кроме того, в Пенсильвании, в связи с тем, что это был один из первых штатов в США вообще, сохранилось очень, очень много документов, уходящих в историю вплоть до начала 1800-х годов, в которых упоминаются горящие ручьи, а так же воспламеняющиеся источники воды, с обильной концентрацией газа в ней. Есть масса документов, в которых упоминается наличие очень высокой концентрации метана на глубине 20, лишь 20 метров! Масса документов указывает на очень высокую концентрацию метана в реках и ручьях, более 10 mg/L. Поэтому, в отличие от Техаса, где о подобных документах я лично ничего не слышал, в Пенсильвании проблема газификации была задокументированная еще до начала вообще хоть какого-либо бурения как такового. Поэтому о каком вреде ГРП идет речь, если есть документы которым более 200 лет, а так же молекулярно доказано, что газ в водных скважинах не является сланцевым? Организации, борющиеся с ГРП о таких документах почему-то забывают, либо подобными исследованиями не занимаются и не интересуются.

Так же стоит обратить внимание на то, что Пенсильвания является одним из штатов, который требует у операторов анализа качества пресной воды, согласно Акту 13, до начала бурения, для отслеживания уровня возможного загрязнения. Так вот, при анализе качества воды, почти всегда допустимая концентрация растворенного газа, 7000 μg/L, является превышенной. Вопрос, почему тогда люди не жаловались на состояние здоровья, экологию и загубленную землю на протяжении двухсот лет, а вдруг спохватились массово жаловаться с началом газового бурения? (9).
Газификация естественна, и не является следствием ГРП и бурения вообще, эта проблема есть в любой стране, с залежами газа на поверхности.

а) подготавливается скважина и в нее спускаются на трубах пакер и якорь; на устье устанавливается специальная арматура;

б) рассчитываются параметры ГРП: объемы жидкости разрыва, жидкости-песконосителя, наполнителя и подаваемой жидкости;

в) в зависимости от этого устанавливается количество агрегатов, необходимых для проведения ГРП;

г) процесс нагнетания в скважину жидкости разрыва следует вести с производительностью, превышающей поглотительную способность скважины в 2-3 раза;

д) после разрыва пласта в скважину подается жидкость-песконоситель;

е) по окончании закачки жидкости-песконосителя в скважину подается продавочная жидкость для продавки жидкости-песконосителя в пласт.

Вторым слагаемым успеха является выбор расклинивающего агента. В связи с этим выбор был остановлен на керамическом пропанте, обладающим более высокой прочностью, чем кремнистый песок. Таким материалом для СП «Катконефть» стал зернистый карболит размерностями 16/20 и 20/40 (диаметр зерен 6,8мм и 1мм). Он удачно сочетается с гелеобразным дизтопливом, хорошо сортируется, обладает правильной сферичностью и высокой проницаемостью в трещины после разрыва. Тип размерности 16/20 или 20/40 выбирают в зависимости от геологических условий.

После выбора количества и типа размера пропанта изучают параметров работы скважины для составления графика закачки пропанта. Так как на месторождении проводятся не глубокие обработки скважин методом ГРП, то количество пропанта на одну скважину составляет максимум 10-11тонн.

В СП используют двухразмерную систему притока, разработанную в Канаде. Она дает возможность применить теорию генерации трещины к оптимизации проектирования процесса разрыва.

После подготовки скважины и проведения необходимых расчетов производят гидравлический разрыв по утвержденной программе.

Объем закачки и количество пропанта зависит от проницаемости коллектора и расчетной величены трещины. Обычно после закачки 50-80м3 нефтеного геля падают жидкость разрыва с пропантов концентрацией 100-1000 кг пропанта на 1м 3 жидкости разрыва.

В этот момент происходит рост давления до максимального как показано на рисунке 5.2.1. Весь процесс разрыва контролируется с помощью приборов и регистрируется непрерывно с записью всех параметров (количества расхода жидкости, карболита, рост давления) процесса поминутно. В момент возникновения пика давления (Рмах =60 Мпа) и происходит собственно гидравлический разрыв пласта. Давление начинает резко падать (см.рис 5.2.1.) и становится минимальным (~5,5-6,0 МПа), что соответствует гидравлическому сопротивлению движения жидкости в НКТ.

После гидроразрыва начинают процедуру «обратного потока» для извлечения жидкости разрыва и незакрепившегося расклинивающего агента.

Дальнейшие операции направлены на подготовку скважины к возврату в эксплуатацию

Жидкость-песконоситель должна обладать свойством удерживать закрепляющий трещину агент во взвешенном состоянии и хорошо проникать в пласт. Используют для этих целей вязкие жидкости – нефть, эмульсию, сульфит – спиртовую барду. Использование воды в качестве несущей агент жидкости требует осторожности, особенно при наполнителе – песке, так как возможно осаждение песка из смеси и образование сильных пробок.

Продавочные жидкости обеспечивают продавку жидкости-песконосителя в пласт, а также удаления ее избытка из НКТ.

Основные виды процесса ГРП

В практике ГРП получили применение три основных вида процесса: поинтервальный, многократный и глубоко проникающий.

Поинтервальный ГРП предполагает направленное воздействие давления на один из пропластков или пластов многопластовой залежи при исключении воздействия на другие.

Одним из способов является изоляция выбранного интервала двумя пакерами. Существуют методы перекрытия нижних пластов засыпкой песком.

Есть технология, заключающаяся в предварительной закачке в скважину полиэтиленовых шариков, которые, устремляясь в более проницаемые пласты, закупоривают их фильтры. В дальнейшем при ГРП открытым остается пласт с меньшей проницаемостью.

Многократный ГРП состоит в последовательном разрыве нескольких пропластков путем поочередного перекрытия образовавшейся трещины в области фильтра полиэтиленовыми шарами, нагнетаемыми потоками жидкости.

Глубокое расклинивание микротрещин предполагает закачку в пласт жидкости, содержащей закрепляющий агент и разносящей его по сети естественных микротрещин. При этом необходимо, чтобы жидкость-носитель обладала достаточной вязкостью, имела слабые фильтрующие свойства и была способна к последующему саморазрушению. Такой жидкостью является нефтекислотная эмульсия, приготавливаемая на основе нефти и включающая в себя соляную кислоту, различные ПАВ, синтетические жирные кислоты. С помощью последних регулируется срок распада эмульсии.

Эта технология, применяемая для интенсификации работы и повышения отдачи нефтедобывающих скважин уже более полувека, вызывает, пожалуй, наиболее жаркие споры среди экологов, ученых, простых граждан, а нередко даже и самих работников добывающей отрасли. Между тем смесь, которая закачивается в скважину во время гидроразрыва, на 99% состоит из воды и песка, и лишь на 1% – из химических реагентов.

Что мешает нефтеотдаче

Основная причина низкой продуктивности скважин наряду с плохой естественной проницаемостью пласта и некачественной перфорацией - снижение проницаемости призабойной зоны пласта. Так называется область пласта вокруг ствола скважины, подверженная наиболее интенсивному воздействию различных процессов, сопровождающих строительство скважины и ее последующую эксплуатацию и нарушающих первоначальное равновесное механическое и физико-химическое состояние пласта. Само бурение вносит изменения в распределение внутренних напряжений в окружающей забой породе. Снижение продуктивности скважин при бурении происходит также в результате проникновения бурового раствора или его фильтрата в призабойную зону пласта

Причиной низкой продуктивности скважин может быть и некачественная перфорация вследствие применения маломощных перфораторов, особенно в глубоких скважинах, где энергия взрыва зарядов поглощается энергией больших гидростатических давлений.

Снижение проницаемости призабойной зоны пласта происходит и при эксплуатации скважин, сопровождающейся нарушением термобарического равновесия в пластовой системе и выделением из нефти свободного газа, парафина и асфальтосмолистых веществ, закупоривающих поровое пространство коллектора. Интенсивное загрязнение призабойной зоны пласта отмечается и в результате проникновения в нее рабочих жидкостей при проведении в скважинах различных ремонтных работ. Приемистость нагнетательных скважин ухудшается вследствие закупорки порового пространства пласта продуктами коррозии, илом, нефтепродуктами, содержащимися в закачиваемой воде. В результате протекания подобных процессов возрастают сопротивления фильтрации жидкости и газа, снижаются дебиты скважин и возникает необходимость в искусственном воздействии на призабойную зону пласта с целью повышения продуктивности скважин и улучшения их гидродинамической связи с пластом.

Технология фрекинга

Для повышения нефтеотдачи пласта, интенсификации работы нефтяных и газовых скважин и увеличения приёмистости нагнетательных скважин используется метод гидровлического разрыва пласта или фрекинга. Технология заключается в создании высокопроводимой трещины в целевом пласте под действием подаваемой в него под давлением жидкости для обеспечения притока добываемого флюида к забою скважины. После проведения ГРП дебит скважины, как правило, резко возрастает – либо же существенно снижается депрессия. Технология ГРП позволяет «оживить» простаивающие скважины, на которых добыча нефти или газа традиционными способами уже невозможна или малорентабельна.

Гидравлический разрыв пласта (ГРП) является одним из наиболее эффективных средств повышения производительности скважин, поскольку приводит не только к интенсификации выработки запасов, находящихся в зоне дренирования скважины, но и, при определенных условиях, позволяет существенно расширить эту зону, приобщив к выработке слабо дренируемые зоны и пропластки – и, следовательно, достичь более высокой конечной нефтеотдачи.

История метода ГРП

Первые попытки интенсификации добычи нефти из нефтяных скважин были предприняты еще в 1890-х годах. В США, где добыча нефти в это время развивалась стремительными темпами, был успешно испытан метод стимулирования добычи из плотных пород с помощью нитроглицерина. Идея заключалась в том, чтобы взрывом нитроглицерина раздробить плотные породы в призабойной зоне скважины и обеспечить увеличение притока нефти к забою. Метод успешно применялся некоторое время, несмотря на свою очевидную опасность.

Первый коммерчески успешный гидроразрыв пласта был осуществлен в 1949 году в США, после чего их количество стало резко возрастать. К середине 50-х годов количество проводимых ГРП достигло 3000 в год. В 1988 году общее количество проведенных ГРП перевалило за 1 миллион операций, и это только в США.

В отечественной практике метод ГРП начали применять с 1952 года. Пик применения метода был достигнут в 1959 году, после чего количество операций снизилось, а затем эта практика и вовсе прекратилась. С начала 1970-х и до конца 1980-х ГРП в отечественной нефтедобыче в промышленных масштабах не проводились. В связи с вводом в разработку крупных нефтяных месторождений Западной Сибири потребность в интенсификации добычи попросту отпала.

… И день сегодняшний

Возрождение практики применения ГРП в России началось только в конце 1980-х. В настоящее время лидирующие позиции по количеству проводимых ГРП занимают США и Канада. За ними следует Россия, в которой применение технологии ГРП производят в основном на нефтяных месторождениях Западной Сибири. Россия – практически единственная страна (не считая Аргентины) за пределами США и Канады, где ГРП является привычной практикой и воспринимается вполне адекватно. В других странах применение технологии гидроразрыва затруднено из-за местных предубеждений и недопонимания технологии. В некоторых из них действуют существенные ограничения по использованию технологии ГРП вплоть до прямого запрета на ее применение.

Ряд экспертов утверждают, что использование технологии гидроразрыва при добыче нефти – это нерациональный, варварский подход к экосистеме. В то же время, метод широко применяется практически всеми крупными нефтяными компаниями.

Применение технологии ГРП достаточно обширно – от низко- до высоко проницаемых коллекторов в газовых, газоконденсатных и нефтяных скважинах. Кроме того, с использованием ГРП можно решать специфические задачи, например, ликвидировать пескопроявления в скважинах, получать информацию о ФЕС объектов испытания в поисково-разведочных скважинах и т.д..

В последние годы развитие технологий ГРП в России направлено на увеличение объемов закачки проппанта, производство азотных ГРП, а также многостадийных ГРП в пласте.

Оборудование для гидроразрыва пласта

Оборудование, необходимое для гидроразрыва пласта, производит целый ряд предприятий, как зарубежных, так и отечественных. Одно из них - компания «ТРАСТ-ИНЖИНИРИНГ» , которая представляет широкий выбор оборудования для ГРП в стандартном исполнении, так и в виде модификации, выполняемой по желанию заказчика.

В качестве конкурентных преимуществ продукции ООО «ТРАСТ-ИНЖИНИРИНГ» необходимо отметить высокую долю локализации производства; применение самых современных технологий проектирования и производства; использование узлов и комплектующих от мировых лидеров отрасли. Важно отметить и присущую специалистам компании высокую культуру проектирования, производства, гарантийного, постгарантийного и сервисного обслуживания. Оборудование для ГРП производства ООО «ТРАСТ-ИНЖИНИРИНГ» легче приобрести благодаря наличию представительств в Москве (Российская Федерация), Ташкенте (Республика Узбекистан), Атырау (Республика Казахстан), а также в Панчево (Сербия).

Разумеется, метод ГРП, как и любая другая технология, применяемая в добывающей отрасли, не лишен определенных недостатков. Один из минусов фрекинга – в том, что положительный эффект операции может быть сведён на нет непредвиденными ситуациями, риск возникновения которых при столь обширном вмешательстве довольно велик (например, возможно непредвиденное нарушение герметичности близлежащего водного резервуара). Вместе с тем. гидравлический разрыв пласта является сегодня одним из наиболее эффективных методов интенсификации скважин, вскрывающих не только низкопроницаемые пласты, но и коллекторы средней и высокой проницаемости. Наибольший эффект от проведения ГРП может быть достигнут при внедрении комплексного подхода к проектированию гидроразрыва как элемента системы разработки с учетом разнообразных факторов, таких как проводимость пласта, система расстановки скважин, энергетический потенциал пласта, механика трещины, характеристики жидкости разрыва и проппанта, технологические и экономические ограничения.

• 1) Геологической службой управления составляется информация установленной формы для расчета ГРП.
• 2) Составляется программа проведения ГРП по результатам расчета на ЭВМ.
• 3) На территории скважины подготавливается площадка для размещения оборудования и агрегатов по ГРП.
• 4) Устанавливается специальное устьевое оборудование на скважине.
• 5) Мастер КРС передает скважину ответственному по ГРП соответственно акта для проведения ГРП установленной формы.
• 6) Размещение агрегата и оборудования производится инженером ГРП согласно приложенной схеме.
• 7) Проводится испытание на герметичность устьевого оборудования, манифольдов и соединений нагнетательных линий от агрегатов к скважине под давлением 700 атм. в течении 10 мин.
• 8) При установлении герметичности соединений в скважину подается чистая загеленная жидкость разрыва для осуществления ГРП. Свидетельством достижения разрыва является увеличение приемистости скважины по диаграмме на компьютере.
• 9) После достижения разрыва в скважину, согласно программе, нагнетается от 10 до 40 м3 чистой загеленной жидкости разрыва.
• 10) За жидкостью разрыва производится закачка загеленной жидкости с подачей расчетной дозы проппанта от 100 до 900 кг/м3 до определенной стадии объема закачки по намеченной программе при давлениях до 450 атм. Для закрепления трещин закачивается 4-30 т проппанта.
• 11) Непосредственно за смесью проппанта и жидкости закачивается жидкость продавки в объеме до кровли пласта. Управление процессом ГРП осуществляется с пульта управления и по радиосвязи.
• 12) Темп нагнетания жидкости выдерживается расчетный, в пределах 3-7 м3/мин. в зависимости от геолого-промысловых данных пласта.
• 13) Скважина оставляется на распад геля, на 24 часа под остаточным давлением, с регистрацией изменения давления в виде графика на ЭВМ.
• 14) В процессе ГРП ведется непрерывная регистрация следующих параметров: давления нагнетания, темпа закачки, затрубного давления, количества пропанта, плотности жидкости, количества химреагентов. Регистрация параметров ведется одновременно в виде графика на экране ЭВМ, записи в памяти ЭВМ, записи на дискету, распечатки на принтере и записи в таблицу данных. Выдача документации по ГРП с ЭВМ производится в форме: сводки ГРП, графиков изменения параметров в процессе ГРП, графика изменения остаточного давления после ГРП.

Гидравлический разрыв пласта - в скважине, выбранной для ГРП, определяется дебит (приемистость), забойное и пластовое давление, содержание воды в добываемой продукции и газовый фактор. Осуществляются мероприятия по очистке забоя и ПЗП.

Хорошие результаты дает предварительная перфорация в узком интервале пласта, намеченном для ГРП. Для этих целей применяется кумулятивную или гидропескоструйную перфорацию. Такие мероприятия снижают давление разрыва и повышают его эффективность.

Проверяется герметичность эксплуатационной колонны и цементного кольца. Спускают НКТ (как можно большего диаметра для уменьшения потерь давления) с пакером и якорем. Пакер устанавливается на 5-10м выше разрываемого пласта против плотных непроницаемых пород (глина, аргиллит, алевролит). Ниже пакера устанавливаются НКТ (хвостовик). Длину хвостовика выбирают максимальной возможной для того, чтобы песок двигался к трещине и не выпадал в зумпф скважины.

Промывают и заполняют скважину до устья собственной дегазированной нефтью в нефтяных добывающих и нагнетаемой водой - в нагнетательных скважинах. После посадки пакера, опрессовку его производят путем закачки нефти или воды в НКТ при открытом затрубном пространстве. При обнаружении пропусков в пакере его срывают и производят повторную посадку и опрессовку. Если и в этом случае не достигается герметичностьпакера, то его заменяют или изменяют место посадки.

Оборудование, необходимое для ГРП, расставляется персоналом бригады ГРП на площадке перед скважиной согласно технологической схемы, производится обвязка оборудования трубопроводами (для низкого давления мягкими рукавами, для высокого давления - стальными трубами) между собой, емкостями и скважиной. После закрепления всех трубопроводов производится их опрессовка на давление ожидаемое рабочее плюс коэффициент запаса, зависящий от величины ожидаемого рабочего (например, при ожидаемом рабочем давлении более 650 атм, коэффициент запаса будет равен 1,25). Производится приготовление рабочей жидкости разрыва путем перемешивания технологической жидкости, находящейся в емкостях, с химическими реагентами, повышающими вязкость. Продолжительность подготовки жидкости разрыва зависит от ее объема, качества и температуры.

Процесс ГРП начинается с закачки жидкости разрыва в скважину с расходами и давлением, соответствующим рабочему проекту. Разрыв пласта отмечается падением давления закачки и увеличением приемистости скважины

После разрыва пласта для увеличения приемистости скважины увеличивают расход жидкости и поднимают давление разрыва. При получении величины трещины, соответствующей проектной, начинается закачка расклинивающего материала в трещину для ее закрепления. Эта стадия проходит при максимальных давлениях и производительности для обеспечения максимального раскрытия созданных трещин. .

Непосредственно после закачки расклинивающего материала без снижения темпов производится его продавка в пласт чистой жидкостью в объеме, равном объему труб; затем останавливаются все агрегаты, закрывается устьевая задвижка и скважина не менее суток находится на распределении давления и распаде геля.

Во время процесса ГРП в затрубном пространстве скважины поддерживается давление от 80 до 130 МПа с целью уменьшения перепада давления на НКТ и пакер.

Все параметры ГРП (давление на насосных агрегатах, мгновенные и накопленные расходы жидкости и закрепляющего материала, давление в затрубном пространстве, суммарный расход жидкости, плотность смеси) выводятся на станцию контроля и управления процессом и регистрируются в памяти компьютеров. В процессе ГРП используется следующая техника: специальные насосные агрегаты высокого давления; смеситель(блендер); стан-ция контроля и управления процессом; песковоз; пожарный автомобиль; блок манифольдов; автомобиль для перевозки химреагентов; вакуумная установка.

Рисунок 3.4.1 Схема расстановки оборудования при производстве ГРП