Технология повышения нефтеотдачи посредством гидродинамического воздействия на продуктивный коллектор (стр. 9 )

Размеры проппанта распределены в определенных интервалах, каждый из которых называется меш (mesh). Каждый меш включает гранулы, распределенные по различным диаметрам и определяемые при ситовом анализе. Интервал диаметров частиц, покрываемый каждым ситом, зависит от используемой эталонной шкалы.

В исследовательских лабораториях сервисных и добывающих компаний осуществлялось множество испытаний проводимости различных типов проппанта, используемых в настоящее время. Основные группы размеров проппанта (40/60, 20/40, 16/20, 12/20 и 8/16) были проверены по стандартам Американского нефтяного института. Средний размер зерна для каждой группы представлен в таблице 9.

Таблица 9. Размеры зерен наиболее используемого проппанта

U. S. Mesh Size	Средний размер зерна (дюйм)
8/16 12/20 16/20 20/40   40/60	0,082 0,054 0,041 0,027 0,014

Для большинства ГРП используется проппант 20/40, так как его можно эффективно транспортировать различными жидкостями разрыва (благодаря небольшим размерам), и при этом обеспечивается хорошая проводимость трещины. Также используются и другие группы проппантов, особенно для повторных ГРП или для технологии Frac & Pack.

Выбор проппанта

Проппант, размещенный в трещине, должен быть достаточно прочным, чтобы выдержать давление закрытия трещины. Если проппант может удерживать ширину трещины w без разрушения, то проницаемость трещины kf остается высокой и проводимости трещины w*kf будет достаточно для поддержания высокой производительности скважины после ГРП.

Когда давление закрытия трещины превышает 5000 psi, для сохранения  проводимости  трещины  должен  быть  использован проппант средней прочности (ISP). Если давление закрытия превышает 10000 psi, должен быть использован высокопрочный проппант (HSP).

Производители также предлагают проппант, покрытый смолой. Любые из упомянутых типов проппанта (песок, ISP и HSP) могут быть покрыты смолой. Прочность слоя смолы, покрывающего зерна проппанта, увеличивает сопротивление разрушению на 1000 - 2000 psi. Так как смоляная оболочка увеличивает диаметр зерен, для получения проппанта 20/40 используется проппант 30/50. Проппант, покрытый смолой, признан эффективным материалом для уменьшения его выноса из трещины.

Определение давления закрытия трещины

Давление закрытия трещины - это напряжение, приложенное к стенкам трещины после ее закрытия и пуска скважины в эксплуатацию. Депрессия на проппант является наиболее интенсивной в призабойной зоне. Давление закрытия связано с градиентом разрыва и забойным давлением следующим соотношением:

  CP - (F. G. * глубина) – FBHP         (12)

Где:

CP - давление закрытия трещины, psi

F. G. - градиент разрыва, psi/фут

глубина = глубина середины интервала перфорации, фут

FBHP - забойное давление, psi

Пример:

Интервал перфорации: 9975 - 10025 футов

FBHP: 2000 psi

F. G. = 0,8 psi/фут

CP = (10000 * 0,8) - 2000 = 6000 psi

В лабораторных условиях различные типы, размеры и концентрации проппанта (фунтов проппанта на квадратный фут площади трещины, фунт/фут2) могут быть исследованы на различные давления закрытия. Пример результатов подобных исследований представлен на рис.23.

Выбор концентрации проппанта

Кроме того, пропускная способность трещины зависит не только от типа и размера используемого проппанта, но и от его концентрации. Концентрация проппанта (фунт/фут2) зависит от его распределения в трещине  жидкостью  разрыва.  Другими  словами  проппант распределяется в трещине определенным образом. Это распределение проппанта определяет его концентрацию в закрытой трещине. Чем больше концентрация проппанта, тем шире будет закрепленная трещина.

Концентрация проппанта в трещине рассчитывается с помощью различных моделей трещин. Лабораторные исследования показали, что для обеспечения достаточной пропускной способности в условиях закрытия трещины необходима эффективная концентрация проппанта в 1,0 фунт/фут2 (или выше). Оптимальная концентрация проппанта в трещине значительно зависит от типа горных пород и цели ГРП. Например, 1,0 фунт/фут2 может быть достаточным для твердых низкопроницаемых пород, а концентрации проппанта в 5,0 - 6,0 фунтов/фут2 или выше необходимы для применения технологии Frac & Pack в высокодебитных скважинах. (Концентрация использованного для исследований проппанта составляет 2,0 фунта/фут2 – рис.23.

На сегодняшний день, благодаря новым достижениям в технологиях производства оборудования, возможно производить увеличение концентрации проппанта как с определенным шагом, так и мгновенно. Скачкообразный график добавления проппанта может быть применим в областях, где часто происходит преждевременное экранирование трещины. Очень важно производить наблюдения за изменением давления при достижении перфорационных отверстий каждой порции проппанта. Скачкообразный график

Рисунок 23 – Сравненительная характеристика типов проппанта

добавления проппанта часто используется в областях, где имеется достаточный опыт проведения обычных ГРП и применения технологии Ргас & Раск, при которых концентрация проппанта может быть значительно увеличена для инициирования концевого экранирования трещины (TSO).

Как было сказано, количество добавляемого проппанта влияет на его распределение в трещине. Поэтому для успешного проведения операции важно равномерное добавление проппанта в жидкость разрыва для обеспечения однородного раствора для каждой проппантной стадии закачки. Максимальная концентрация проппанта варьируется в интервале от 8,0 до 10,0 фунтов/галлон для обыкновенных ГРП и от 14,0 до 16,0 фунтов/галлон для ГРП в высокопроницаемых пластах.

Смешивание проппанта различного размера и прочности

Обычно при проведении ГРП смешивание проппанта различного размера (например, песок 20/40 и песок 40/60) нежелательно. Размер обычно используемого в настоящее время проппанта увеличился. Иногда мелкий проппант (например, 20/40) может закачиваться перед порциями более крупного проппанта (например, 12/20) для использования преимуществ мелкого проппанта в концевой части трещины и получения более высокой проводимости трещины в призабойной зоне за счет более крупного проппанта.

Также не следует смешивать песок и синтетический проппант, потому что последний имеет большую прочность и ведет к истиранию песчаных зерен.

Разрушение и вдавливание проппанта

Все типы проппанта разрушаются при определенной величине приложенной нагрузки. Например, на рис.24 показаны результаты, полученные при исследованиях прочности высококачественного и высокопрочного типов проппанта, подверженных нагрузке в 10000 psi. Несмотря на то, что высокопрочный проппант разрушается, степень его разрушения намного меньше.

Другой причиной снижения проводимости трещины является вдавливание проппанта в поверхность трещины. Вдавливание происходит в точках соприкосновения проппанта со стенками трещины при ее закрытии. Вдавливание обычно незначительно в твердых песчаниках и известняках и более ощутимо в мягких слабосцементированных  породах  и  меловых  отложениях.

Вдавливание может быть компенсировано путем создания широкой трещины и последующей ее упаковкой высокими концентрациями проппанта. Эта технология была признана эффективной в некоторых областях, где присутствуют мягкие слабосцементированные породы.

Рисунок 24 – Сравнение прочностных характеристик песка и боксита

Вопросы для самоконтроля

1. За счет какого эффекта достигается рост продуктивности скважины после ГРП?

2. От чего зависит направление ориентации трещин при ГРП?

3. Какие факторы ограничивают развитие трещины по высоте и длине?

4. В каких скважинах предпочтительнее проводить ГРП с целью увеличения их продуктивности?

5. Какими свойствами должна обладать жидкость разрыва применяемая при ГРП?

6. Какими свойствами должен обладать проппант применяемый при ГРП?

Глава 3. Технология и оборудование применяемые при ГРП

3.1 Наземное оборудование, применяемое при ГРП

Проведение ГРП требует применения специальных жидкостей, закачиваемых при больших скоростях и давлениях для создания системы трещин. При кислотном ГРП рабочая жидкость закачивается поочередно с инертным вязким гелем. Вследствие необходимости создания больших давлений на поверхности главной заботой при проведении каждого ГРП является обеспечение безопасности персонала.

Хотя размеры и состояние площадок полевых работ могут различаться в зависимости от месторождения, для осуществления ГРП необходимо аналогичное оборудование. Типовая схема размещения оборудования изображена на pис. 25. На рис.26 представлен аэроснимок расположения оборудования при проведении ГРП с применением проппанта. Сервисная компания выбранная для проведения ГРП обеспечивает все необходимое оборудование и полное его обслуживание. Эффективный ГРП требует тесного сотрудничества сервисной и добывающей компаний до, во время и после проведения ГРП.

Рисунок 25 – Схема расстановки оборудования при проведении ГРП

Рисунок 26 – Аэроснимок процесса ГРП

Оборудование, используемое при ГРП, может включать в себя:

емкости для рабочей жидкости; емкости для проппанта; блендер; насосные установки; насосные установки для закачки азота и углекислого газа; расходомеры; радиоактивный плотномер; датчики давления; станция управления; установка ГНКТ.

Емкости для рабочей жидкости

Емкости для рабочей жидкости используются для хранения жидкостей ГРП. Они доставляются на место проведения работ с помощью автомобильных тягачей и располагаются согласно схеме (Рис. 25-26).  После их установки они наполняются рабочей жидкостью.