Гидравлический разрыв пласта (ГРП) предназначается для увеличения проницаемости призабойной зоны путем расчленения породы пласта или расширения естественных трещин. Сущность ГРП заключается в нагнетании в призабойную зону скважины жидкости под высоким давлением, в большинстве случаев превышающим гидростатическое в 1,5 – 2 раза.
Технология ГРП включает:
1. Промывку скважины;
2. Спуск в скважину высокопрочных НКТ с пакером и якорем на нижнем конце;
3. Обвязку и опрессовку на 1,5- кратное рабочее давление устья и наземного оборудования;
4. Определение приемистости скважины закачкой жидкости;
5. Закачку в пласт жидкости-разрыва, жидкости-песконосителя и продавочной жидкости (собственно гидроразрыв);
6. Демонтаж оборудования и пуск скважины в работу.
Применяемые жидкости при ГРП:
Рабочая жидкость, при закачивании которой в призабойную зону пласта создается давление, достаточное для нарушения целостности породы, называется жидкостью разрыва.
Рабочая жидкость, используемая для транспортировки песка с поверхности до трещин и их заполнения, называется жидкостью-песконосителем. Она должна быть слабофильтрующейся и иметь высокую пескоудерживающую способность. Повышение вязкости жидкостей достигается добавлением в них загустителей – соли органических кислот, нефтяной гудрон, нефтекислотные и водонефтяные эмульсии. В водонагнетательных скважинах для ГРП используют воду, загущенную сульфит-спиртовой бардой (ССБ).
Продавочная жидкость при всех условиях должна обладать минимальной вязкостью для уменьшения потерь напора.
Песок предназначается для заполнения образовавшихся при ГРП трещин с целью предупреждения их смыкания после уменьшения давления ниже величины давления разрыва. Поэтому песок должен иметь достаточную прочность и сохранять высокую проницаемость. Этим требованиям удовлетворяет хорошо откатанный однородный кварцевый песок (пропант). Гранулы имеют размер 0,4 – 1,2 мм.
Эффективность ГРП определяется раскрытостью и протяженностью созданных трещин: чем они больше, тем выше эффективность обработки.
При выборе оборудования для ГРП необходимо: определить технологическую схему - давление и расход жидкостей; типы и количество жидких сред и наполнителя.
Рис. 51. Технологическая схема гидравлического разрыва пласта
1 – трещина разрыва; 2 – продуктивный пласт; 3 – пакер; 4 – якорь; 5 – обсадная колонна; 6 – насосно-компрессорные трубы; 7 – арматура устья; 8 – манометр; 9 – блок манифольдов; 10 – станция контроля и управления процессом; 11 – насосные агрегаты; 12 – пескосмесители; 13 – емкости с технологическими жидкостями; 14 – насосные агрегаты
Давление нагнетания на устье скважины - Р у
P у = Р грп + D Р mp - Р с,
где Р с - гидростатическое давление столба жидкости в скважине; D Р mp - давление на трение в трубах определяется по формуле Дарси-Вейсбаха (при необходимости с учетом увеличения потерь давления за счет наличия в жидкости песка); Р грп ‑ забойное давление разрыва пласта устанавливают по опыту или оценивают по формуле:
Р грп = Р г + s р,
где Р г = Н × r n× q - горное давление; s р - прочность породы пласта на разрыв в условиях всестороннего сжатия (s р=1,5¸З МПа); Н - глубина залегания пласта, м; r n - средняя плотность вышележащих горных пород равная 2200¸2600 кг/м3, в среднем 2300 кг/м3; g ‑ ускорение свободного падения.
Пример: Н = 2000 м; s р = 2 МПа; r n = 2300 кг/м3
Р грп = 2000´2300´9,8´10-6 + 2»47 МПа
При глубине скважины Н >1000¸1200М можно определять Р грп= (0,75¸0,8)´ Р г (Данные статистического анализа).
Минимальный расход закачки жидкости должен составлять не менее 2 м3/мин и может быть оценен при образовании вертикальной и горизонтальной трещин соответственно по формулам:
;
,
где Q верт, Q гор - минимальные расходы, л/с; h - толщина пласта, см; W верт, W гор - ширина вертикальной и горизонтальной трещины, см; m - вязкость жидкости, МПа×с; R т - радиус горизонтальной трещины, см.
В частности для расчетов можно принять следующие значения параметров: h »(5¸20) м; W верт» (1¸20) см; W гор» (1¸20) см; m » (50¸500) МПа×с; R т» (50¸80) м.
Общая продолжительность процесса ГРП
, час,
где V р - объем жидкости разрыва, м3, V р» (5¸10) м3; V жп - объем жидкости песконосителя, м3;
V жп = Q п/ С п,
где Q п - количество закачиваемого песка [ Q » (8¸10) т на один гидроразрыв; С п - концентрация песка в 1 м3 жидкости, кг/м3; [Сп = (180¸400) кг/м3 для вязкой жидкости и С п= (40¸50) кг/м3 для воды]; - объем продавочной жидкости; d вн - внутренний диаметр НКТ (и обвязки); l с - длина НКТ (и обвязки); Q ср - средний расход жидкости, м3/час.
Потребное число агрегатов устанавливают, исходя из подачи одного агрегата q аг и максимального расхода Q max жидкости в процессе ГРП с учетом одного резервного агрегата:
n = Q max/ q аг + 1.
Давление гидроразрыва может доходить до 70¸100 МПа.
Пакеры и якори рассчитаны на перепад давления 30¸50 МПа, проходное сечение НКТ d вн = 36¸72 мм.