Технология повышения нефтеотдачи посредством гидродинамического воздействия на продуктивный коллектор (стр. 4 )

Для анализа влияния горных напряжений на развитие трещины их можно разбить на три основных составляющих: два горизонтальных напряжения (gx и gy) и одно вертикальное (gz) как показано на рис.10. Результирующим напряжением является сумма трех составляющих и порового давления (или пластовое давление рr). Давление в поровом пространстве компенсирует горные напряжения. Давление обусловлено присутствием в порах флюидов (в основном нефти и газа) и давлением вышележащих пород. Поровое давление компенсирует каждую из основных составляющих горного напряжения.

Рисунок 10 – Основные напряжения горных пород

Для создания трещины при проведении ГРП необходимо преодоление предела прочности породы на разрыв. Направление и развитие трещины зависит от естественных напряжений горных пород. Развитие трещины будет происходить в направлении перпендикулярном минимальному горному напряжению. Например, если Gx - наименьшее горное напряжение, то развитие трещины будет происходить в плоскости, перпендикулярной этому напряжению, как показано на рис.11.

Рисунок 11 – План вертикальной трещины, перпендикулярной Gx

Если вертикальное напряжение Gz наименьшее, то создаваемая трещина развивается в горизонтальной плоскости. Опыт показывает, что горизонтальные трещины имеют место на небольших глубинах, где давление вышележащих толщ Gz минимально. Конечно же, в регионах с аномальными горными напряжениями вследствие складкообразования и образования взбросов и сбросов возможно создание наклонных трещин и других отклонений. Однако в большинстве случаев мы имеем дело с вертикальными трещинами. Многие технические достижения в разработке моделей и анализе поведения трещины и давлений разрыва основаны на системе вертикальных трещин.

Азимут трещины

Основные напряжения горных пород влияют не только на горизонтальное или вертикальное развитие трещины, но и на ее азимут (при вертикальном развитии трещины). Знание азимута трещины важно по следующим причинам: 1) вследствие минимизации интерференции скважин и 2) вследствие использования преимущественного расположения азимутов скважин при вторичной и третичной добыче. На рис. 12 представлен случай интерференции двух скважин. Знание азимута трещины может быть использовано на практике

Рисунок 12 – Схема интерференции двух скважин

Несмотря на то, что тенденции образования трещин в данном геологическом регионе известны, в некоторых скважинах должны быть рассмотрены предполагаемые азимуты трещин. Существует несколько методик для определения или приблизительной оценки азимута трещины. Некоторые методы для точного определения азимута трещины включают в себя:

наклономеры лабораторные  исследования  профиля  напряжений  и анизотропии направленных кернов глубинная сейсморазведка

•  измерение эллиптичности диаметра скважины (профилиметрия)

Высота, ширина и длина трещины

Способность трещины увеличивать добычу из пласта зависит от трех главных характеристик геометрии трещины: высоты, ширины и эффективной длины. Эти параметры взаимосвязаны и определяются горными напряжениями. Схема трещины, закрепленной проппантом, изображена на рис.13.

Рисунок 13 – Схема геометрии трещины с изображением wf, hf и Lf

Изображение на рис. 13 является только половиной полной геометрии трещины. В таком случае длина трещины на самом деле представляет ее полудлину, так как предполагается, что всегда существует зеркальное отражение этой трещины с другой стороны скважины с такими же параметрами как ширина, высота и длина. Об этом всегда нужно помнить при анализе влияния трещины на продуктивность скважины.

Что касается геометрии трещины, можно сказать, что очень важна ширина трещины wf, так как ее произведение на проницаемость трещины kf определяют ее проводимость wf*kf или ее способность проводить флюиды к скважине. Высота трещины важна с точки зрения ее соотношения к эффективной толщине продуктивного пласта. Избыточная высота трещины ограничивает длину трещины, которая могла бы быть достигнута при данном объеме закачки. Длина трещины Lf - степень развития трещины вглубь продуктивного пласта. Длина трещины является важным параметром, так как определяет площадь зоны дренирования жидкости из пласта.

Факторы, влияющие на геометрию трещины

Проницаемость пласта ко - количество жидкости, профильтровавшейся в пласт во время ГРП, будет зависеть от свойств самой жидкости и от проницаемости пласта. Когда фильтрация жидкости разрыва в пласт велика, длина трещины уменьшается и трещина становится уже.

Естественные напряжения горных пород - ширина трещины также зависит от естественных горных напряжений (минимального  горного  напряжения).  Высота  трещины контролируется границами пласта (кровлей и подошвой) и величиной основных напряжений горных пород.

Свойства горных пород - Ширина трещины обратно пропорциональна модулю упругости Юнга горных пород. Например, чем выше модуль Юнга, тем уже трещина. Другие свойства горных пород, такие как коэффициент Пуассона и сжимаемость системы, также влияют на геометрию трещины, но в значительно меньшей степени.

Пластовое давление - Градиент разрыва (используемый для определения величины давления необходимого для разрыва породы) зависит от пластового давления. В основном, чем выше градиент разрыва, тем выше давление, которое необходимо создать во время ГРП. Если рабочее давление достигает максимально допустимого давления (для устья и манифольдов), то возможно преждевременное экранирование трещины во время закачки проппанта. Экранирование происходит, когда достигается максимально допустимое давление и дальнейшая закачка проппанта не может продолжаться безопасно. Очевидно, что остановка процесса будет преждевременной, когда только часть запланированного количества проппанта была закачана в пласт, что может в огромной мере ограничить геометрические параметры трещины (высоту, ширину, и длину), полученные в результате воздействия.

Нагнетательный тест и параметры ГРП

Единственным доступным способом наблюдения и контроля развития трещины в реальном времени является интерпретация записи давления. Процесс ГРП обычно проходит в следующей последовательности:

разрыв породы начальный рост трещины развитие трещины закрытие трещины

Знание величин давлений, соответствующих данным этапам, является решающим в успешном дизайне и проведении ГРП.

В большинстве случаев перед основным ГРП проводится нагнетательный тест для уточнения информации о пласте, который называется мини-ГРП (информационный ГРП). Он показывает, как будет вести себя порода во время основного ГРП. Также во время проведения нагнетательного теста можно получить информацию о потерях давления в перфорационных отверстиях и призабойной зоне, а также вероятность создания множественных трещин.

На рис. 14 представлен пример записи забойного давления при информационном ГРП. Этот рисунок показывает, какую информацию можно получить при проведении нагнетательного теста.

Рисунок14 – Пример записи забойного давления при информационном ГРП

Из нагнетательного теста могут быть получены следующие параметры:

давление разрыва породы градиент разрыва давление развития трещины давление мгновенной остановки насосов ISIP давление закрытия трещины давление раскрытия трещины величины потерь давления на трение в НКТ потери давления на трение в перфорационных отверстиях потери давления в призабойной зоне эффективность жидкости приблизительный объем жидкости разрыва (подушки)

Необходимость дизайна ГРП

Существует множество переменных параметров ГРП. Некоторые из них непосредственно зависят от характеристик пласта (глубина, пластовое давление, пластовая температура, мощность продуктивного интервала и т. д.). Также можно сказать, что существует множество переменных параметров, связанных с планируемой операцией по ГРП:

объем закачки тип рабочей жидкости концентрация геля тип и размер проппанта концентрация проппанта скорость закачки

Все эти величины и необходимые допущения могут быть приняты в расчет при использовании программного обеспечения, которое разработано для моделирования процесса ГРП. Существует несколько моделей, которые могут быть использованы для дизайна успешного ГРП.

Осуществление ГРП

Успешное проведение ГРП требует хорошей координации и тесного сотрудничества специалистов добывающей и сервисной компаний. Для успешного проведения ГРП должны быть реализованы следующие мероприятия:

Выбор кандидатов для ГРП. Обзор всей имеющейся информации о скважине и ее истории. Предварительный дизайн ГРП с использованием данных о скважине и рабочей жидкости. За это время может быть проанализировано несколько вариантов. Обзор входных данных для дизайна ГРП. Завершение дизайна ГРП, разработка плана работ с учетом требований безопасности, касающихся как рабочего персонала, так и оборудования. Быстрая доставка и монтаж оборудования сервисной компании на место проведения полевых работ. Подготовка рабочей жидкости с использованием процедур контроля качества и лучших материалов, доступных на сегодняшний день. Проведение собрания по технике безопасности и опрессовка оборудования. Нагнетательный тест и основной ГРП должны быть проведены профессионально при тесном взаимодействии представителей добывающей и сервисной компаний. Данные, полученные в результате проведения ГРП, должны быть сохранены. Цифровые данные должны быть использованы для дальнейших дизайнов ГРП. Все события, заслуживающие внимания, а также предложения по улучшению качества работ должны быть отражены в отчете. После завершения ГРП необходимо провести наблюдение за характеристикой работы скважины. Оценка проведенного ГРП может  потребовать  использования  меченых  атомов  для определения эффективности развития трещины. Также может быть полезным проведение ГДИС на неустановившихся режимах притока для получения величин эффективной длины и проводимости трещины для планирования мероприятий по усовершенствованию последующих ГРП.

2.2 Методика выбора объектов для ГРП