Вопрос 20 Гидроразрыв пласта

При гидравлическом разрыве пласта (метод разработан примерно в 1948 г.) нефть или вода, смешанные с песком или другим расклинивающим наполнителем, закачиваются в пласт с высокой скоростью, вызывая растрескивание пласта. Именно песок, движущийся вместе с водой сквозь эти трещины, вызывает их раскрытие. Это значительно увеличивает дренируемую площадь вокруг ствола скважины, а также производительность скважины.

 

Гидроразрыв пласта успешно применялся на всех типах геологических пластов, кроме очень мягких и несвязанных. Пластичная природа мягких сланцев и глин мешает их гидроразрыву. Повышение добычи нефти в результате гидроразрыва варьируется в широких пределах, хотя обычно в среднем составляет 200—300%. Гораздо большего увеличения можно добиться, если добыча ограничивается малопроницаемыми блоками вокруг ствола скважины. При этом суммарную нефтеотдачу такой метод может увеличить на 5—15%. Итак, гидроразрыв пласта позволяет сделать выгодной добычу из многих скважин и месторождений, которая иначе не могла бы быть экономически оправданной.

 

Трещины и их структура

 

Растрескивание происходит в стволе скважины, обусловленной прочностью породы на разрыв и напряжением, вызванным весом вышележащих пород, когда гидравлическое давление превосходит объединенное сопротивление. Разрыв начинается в точке, где сумма этих двух сил наименьшая. В пластах, залегающих менее глубоко, обычно возникают горизонтальные разрывы, а в пластах, залегающих более глубоко, — вертикальные разрывы.

 

Трещины, образующиеся при гидроразрыве, должны иметь раскрытие, достаточное для того, чтобы воспринять поток жидкости, нагруженной расклинивающим наполнителем. Стенки разлома после обработки стремятся сомкнуться, поэтому песок и некоторые другие расклинивающие материалы должны задержаться в нем, чтобы он остался открытым.

 

Оборудование для гидроразрыва

 

Оборудование для гидроразрыва состоит из четырех главных частей: насосной установки, смесителей, транспортеров песка и жидкостных магистралей. Современные установки могут непрерывно работать при давлениях до 20 000 psi (140 МПа), причем их можно объединять для осуществления одной обработки.

 

Давление на поверхности, необходимое для гидроразрыва скважины, определяется сочетанием трех факторов:

• давления, необходимого для закачивания жидкости для гидроразрыва в пласт в нижней части скважины;

• потерь давления из-за трения, возникающих при течении жидкости вниз по насосно-компрессорной колонне или по обсадной трубе;

• давления, создаваемого столбом жидкости в скважине.

 

Суммарное давление на поверхности равно давлению в пласте плюс падение давления в трубе в результате трения минус гидростатический напор жидкости для гидроразрыва. Во многих случаях, особенно если гидроразрыв происходит через насосно-компрессорную колонну, наиболее важной составляющей является трение.

 

Материалы для гидроразрыва

 

Жидкости для гидроразрыва в зависимости от их главного компонента подразделяются на жидкости на водной, углеводородной и смешанной основе. Жидкости для гидроразрыва на водной основе представляют собой смесь воды и кислоты. Для повышения вязкости, увеличивающей песконесущую способность, в жидкость добавляются загущающие агенты. Жидкости на углеводородной основе представляют собой смесь масла и кислоты.

 

Жидкости эмульсионного типа (смешанные) изготавливаются из масла и воды либо кислоты. Эти жидкости обладают хорошей песконесущей способностью и очень низкими потерями жидкости, но они дороже, чем жидкости на водной основе. для большинства работ используется песок с размером зерна 20x40. Если для гидроразрыва глубоких скважин нужна дополнительная прочность, инженер может воспользоваться прокаленным бокситом.

Технология гидроразрыва

 

Наиболее старые варианты обработки осуществлялись по насосно-компрессорной колонне ниже пакера. Такой метод до сих пор применяется, когда ожидаются чрезмерно высокие давления или обсадная колонна мбжет не выдержать давления обработки. Тем не менее при тенденции к более высоким скоростям закачивания и большим объемам гидроразрыва потери давления на трение в насосно-компрессорной колонне становятся очень велики и ограничивают скорость. Иногда это вызывает выпадение песка, когда он начинает оседать из жидкости и заполняет забойную зону скважины. Для преодоления больших потерь на трение насосно-компрессорная колонна вынимается и обработка осуществляется по обсадной колонне. Другой практикуемый метод заключается в одновременной обработке по кольцевому зазору. Используется также и метод более тяжелых, чем может потребоваться, обсадных колонн. Такой вариант дает возможность гидроразрыва по обсадной колонне.

 

Почему разработчикам нужны более высокие скорости закачивания? Более высокие скорости вызывают более длинные трещины. По мере увеличения таких трешин очень быстро расширяется площадь пласта, контактирующая с жидкостью для гидроразрыва, и соответствующая потеря жидкости резко уменьшается.

 

Тем не менее иногда используются низкие скорости закачивания, особенно если скважина обрабатывается по насосно-компрессорной колонне. Это справедливо, если пласт распложен недалеко от водоносной зоны. В этом случае для гидроразрыва нужны загущенные жидкости с хорошей пескоудерживаюшей способностью.

 

ОТВЕТ НА ВОПРОС №8

Фильтрация – движение жидкости (нефти) в пористой среде.

Закон Дарси (Анри Дарси, 1856) — закон фильтрации жидкостей и газов в пористой среде.

Закон Дарси справедлив при соблюдении следующих условий:

a) пористая среда мелкозерниста и поровые каналы достаточно узки;

b) скорость фильтрации и градиент давления малы;

с) изменение скорости фильтрации и градиента давления малы.

Уравнение Дарси отражает законы прямолинейной фильтрации.