Сущность и условия применения ГРП

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение……………………………………………………………………………………..5

1    ТЕОРИТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГРП……………………………………………….......6

1. Сущность и условия применения ГРП………………………………………………..6
2. Давление разрыва породы при ГРП…………………………………………………...7
3. Механизм образования трещин………………………………………………………..8
4. Характеристика рабочих агентов, применяемых при ГРП…………………………10
5. Техника и оборудование, применяемое для ГРП…………………………………...18
6. Основные характеристики агентов, технология приготовления….……………….25
7. Подготовительные работы перед ГРП….……………………………………………26
8. Технология проведения ГРП………………………………………………………....27
9. Заключительные работы после ГРП……………………………………………...….29
2. РАСЧЁТ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАЗРЫВА ПЛАСТА……………………………30
3. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ГИДРОРАЗРЫВА ПЛАСТА………………………………………………………………………….……36
1. Правила безопасности при закачке химреагентов…………………………...……..36
2. Правила безопасности при прострелочно-взрывных работах……………………..36
3. Санитарно-гигиенические требования…………………………………………...….40
4. Пожарная безопасность…………………………………………………………….....42
4. ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ОХРАНА НЕДР…………………………..44
1. Источники воздействия на атмосферу, гидросферу, литосферу, биоту…………...44
2. Мероприятия по охране окружающей среды………………………………………..45

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………………..46

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК………………………………………………..47

ГРАФИЧЕСКОЕ ПРИЛОЖЕНИЕ 1…………………………………………………48

ГРАФИЧЕСКОЕ ПРИЛОЖЕНИЕ 2…………………………………………………49

 

 

 

 

введение

Основная задача нефтедобывающего предприятия – это наиболее полное и рациональное извлечение нефти и газа из продуктивных пластов. Призабойная зона пласта – область, в которой все процессы протекают наиболее интенсивно. Здесь как в единый узел сходятся линии токов при извлечении жидкости или расходятся – при закачке. Здесь скорости движения жидкости, градиенты давления, потери энергии, фильтрационные сопротивления максимальны. От состояния ПЗП существенно зависит эффективность разработки месторождения, дебиты добывающих скважин, приемистость нагнетательных и та доля пластовой энергии, которая может быть использована на подъем жидкости непосредственно в скважине.

Для снижения фильтрационных сопротивлений необходимо осуществлять мероприятия по воздействию на ПЗП для повышения проницаемости, улучшения сообщаемости со стволом скважины и увеличению системы трещин или каналов для облегчения притока и снижения энергетических потерь в этой ограниченной области пласта.

Все методы воздействия на ПЗП можно разделить на три основные группы: химические, механические, тепловые. ГРП относится к механическим методам и находит широкое применение на месторождениях России с 1954 г.

Дебит скважин сразу после ГРП значительно увеличивается, на некоторых скважинах наблюдается даже снижение обводенности. Эффективность ГРП характеризуется ростом добычи нефти и закачки (по нагнетательным скважинам).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ТЕОРИТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГРП

 

1.1 Сущность и условия применения ГРП

Гидравлический разрыв пласта – технологический процесс увеличения проницаемости призабойной зоны путем расчленения породы пласта или расширения естественных трещин. Сущность этого процесса заключается в нагнетании в призабойную зону жидкости под высоким давлением, превышающим местное горное давление и прочностные свойства породы пласта. В практике ГРП давления, при которых происходит разрыв пласта, как правило, ниже полного горного давления для глубоких скважин и равны или несколько выше, чем полное горное давление для скважин небольшой глубины. В большинстве случаев давление разрыва на забое превышает в 1,5 ÷ 2 раза гидростатическое давление. Для предупреждения смыкания трещин при снятии давления в них вместе с жидкостью закачивается прочный гранулированный материал (заполнитель), сохраняющий проницаемость этих трещин, в тысячи раз превышающую проницаемость ненарушенного пласта.

Гидравлический разрыв пласта применяется:

• для увеличения продуктивности нефтяных скважин;
• для увеличения приемистости нагнетательных скважин;
• для регулирования притоков или приемистости по продуктивной мощности скважины;
• для создания водоизоляционных экранов в обводненных скважинах.

Для гидроразрыва пласта рекомендуются скважины следующих категорий:

• скважины, давшие при опробовании слабый приток нефти;
• скважины с высоким пластовым давлением, но с низкой проницаемостью коллектора;
• скважины, имеющие заниженный дебит против окружающих;
• скважины с загрязненной призабойной зоной;
• скважины с высоким газовым фактором;
• нагнетательные скважины с низкой приемистостью;
• нагнетательные скважины с неравномерной приемистостью по продуктивному разрезу.

Разрыв пласта не рекомендуется проводить:

• в нефтяных скважинах, расположенных вблизи контура нефтеносности;
• в скважинах, технически неисправных.

Максимальный эффект от ГРП обеспечивается:

• наибольшей шириной создаваемых в пласте трещин;
• распространением трещин по пласту на максимальное расстояние от забоя скважины;
• созданием трещин в наиболее продуктивной зоне пласта.

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

 

1.2  Давление разрыва породы  при ГРП

На пористый пласт в вертикальном направлении действует сила, равная весу вышележащих пород. Средняя плотность горных осадочных пород обычно принимается равной 2300 кг/м3 .

Тогда давление горных пород будет равно

Поскольку плотность воды 1000 кг/м3, то давление горных пород рг примерно в 2,3 раза больше гидростатического на той же глубине Н залегания пласта.

Можно предполагать, что за многие миллионы лет существования осадочных пород внутреннее напряжение породы по всем направлениям стало одинаковым и равным горному. Исходя из этого, следует, что для расслоения пласта, т. е. для образования в пласте горизонтальной трещины, необходимо внутри пористого пространства создать давление pр, превышающее горное на величину временного сопротивления горных пород на разрыв, так как надо преодолеть силы сцепления частиц породы, т. е.

 

Однако фактические давления разрыва часто оказываются меньше горного, т. е. в ПЗП создаются области разгрузки, в которых внутреннее напряжение меньше горного рг. Это может быть обусловлено причинами чисто геологического характера, например, в процессе горообразования могло произойти не только сжатие пород, но и их растяжение. Но существует и другое объяснение локального уменьшения pг – сама проводка ствола скважины нарушает распределение напряжении в примыкающих породах, и эти нарушения (уменьшения) тем больше, чем ближе порода к стенкам скважины. Локальное уменьшение внутреннего напряжения особенно сильно, если в разрезе имеются слои глин, обладающие свойствами пластичности, которые в процессе бурения набухают и часто выпучиваются в ствол скважины, вынуждая буровиков перебуривать ее.

В результате расщепление пласта, т. е. образование трещин, происходит при давлении меньшем, чем полное горное давление. Давление на забое скважины, при котором происходит гидравлический разрыв пласта (ГРП), называется давлением разрыва pp. Оно не поддается надежному теоретическому определению, ибо связано с необходимостью знания некоторых параметров пласта, измерение которых недоступно. Существует также ряд других причин, затрудняющих аналитическое определение pp.

 

1.3  Механизм образования трещин

При реализации ГРП в призабойной зоне могут образовываться трещины различной пространственной, ориентации: горизонтальные, вертикальные или наклонные. На рисунке 1.1 приведена схема горизонтальной и вертикальной трещин.

Если в призабойную зону скважины нагнетать слабофильтрующуюся жидкость, то фильтрация начинается в наиболее проницаемые области ПЗП, определяемые, как правило, наличием трещин. Фильтрация возможна только при определенном перепаде давлений Δpф , зависящем от ряда факторов:

где  – забойное давление;

 – пластовое давление.

В этом случае слабофильтрующаяся жидкость действует как клин, увеличивая длину и раскрытость горизонтальной трещины.

Рисунок 1.1 – Схема горизонтальной и вертикальной трещин: – длина трещины; – радиус трещины; – раскрытость трещины; – радиус области, занятой отфильтровавшейся в пласт через стенки трещины жидкости закачки

 

При этом положительный результат может быть получен только при определенном темпе закачки жидкости разрыва. Минимальный темп закачки жидкости разрыва определяют по эмпирической зависимости :

где   – минимальная подача насосным агрегатом жидкости разрыва для образования горизонтальной трещины, м3/с;

 - радиус горизонтальной трещины, м;

 - ширина трещины на стенке скважины (см. рисунок 1.1), см;

 – вязкость жидкости разрыва, мПа·с.

Принципиально возможно образование горизонтальной трещины и фильтрующейся жидкостью, что связано с существенным увеличением темпа и давления закачки.

Если используется нефильтрующаяся жидкость разрыва, то по мере повышения давления закачки напряжение в горной породе возрастает. При определенном напряжении, превышающем предел прочности породы на сжатие, порода разрывается и образуется вертикальная трещина. Физически этот процесс протекает следующим образом. По мере роста давления закачки напряжение в горной породе возрастает и происходит ее сжатие. Сжатие происходит до определенного предела, определяемого прочностью на сжатие. После превышения этого предела порода не может сопротивляться увеличивающемуся сжатию и растрескивается. После снятия давления закачки возникают остаточные трещины (трещины разуплотнения), как правило, вертикальной или наклонной ориентации.

Минимальный темп закачки жидкости разрыва рассчитывают по следующей эмпирической зависимости:

где   - минимальная подача насосным агрегатом жидкости разрыва для образования вертикальной трещины, м3/с;

h – толщина пласта, м.

1.4  Характеристика рабочих агентов, применяемых при ГРП

Процесс гидравлического разрыва пласта состоит из следующих операций:

• создание в коллекторе искусственных трещин (или расширение естественных) закачкой жидкости разрыва;
• закачка по НКТ в ПЗП жидкости с наполнителем трещин;
• продавка жидкости с наполнителем в трещины для их закрепления;
• промывка после ГРП.

При этих операциях используют три категории различных жидкостей: жидкость разрыва, жидкость-песконоситель и продавочную жидкость. Каждая из этих жидкостей (рабочих агентов) должна удовлетворять определенным специфическим требованиям. Вместе с тем указанные рабочие агенты должны удовлетворять следующим общим требованиям:

• рабочие жидкости, нагнетаемые в пласт, не должны уменьшать ни абсолютную, ни фазовую проницаемость породы пласта.
• рабочие жидкости не должны содержать значительного количества посторонних механических примесей (т. е. их содержание регламентируется для каждого рабочего агента);
• рабочие жидкости для гидравлического разрыва пласта должны обладать свойствами, обеспечивающими наиболее полное их удаление из созданных трещин и порового пространства пород. При этом предпочтение должно быть отдано рабочим жидкостям, полностью растворимым в пластовых жидкостях;
• вязкость рабочих жидкостей должна быть стабильна в условиях обрабатываемого пласта в пределах времени проведения процесса гидроразрыва и иметь низкую температуру застывания в зимнее время (в противном случае процесс ГРП должен проводиться с использованием подогрева).

Жидкость разрыва – рабочий агент, нагнетанием которого в призабойной зоне пласта создается давление, обеспечивающее нарушение целостности пород пласта с образованием новых трещин или расширением и развитием уже существующих.

Шестью основными типами жидкостей для гидроразрыва являются:

• линейные жидкости на водной основе;
• молекулярно связанные жидкости на водной основе;
• жидкости на нефтяной основе;
• многофазные жидкости (активированные пены и полиэмульсии);
• кислотные жидкости;
• вязкоупругие жидкости на основе поверхностно-активных веществ.

В номенклатуре линейные жидкости на водной основе обозначаются префиксом "WF" как жидкости для гидроразрыва и часто используются для охлаждения и промывки.

Молекулярно связанные жидкости на водной основе обозначаются префиксом "YF", как жидкости массированного разрыва, и обычно применяются для транспортировки расклинивающего агента.

Жидкости на нефтяной основе исторически были первыми жидкостями, применяемыми для гидроразрывов, по причине нежелательности закачки воды в пласт. В настоящее время они используются только для пластов чувствительных к разбуханию, так как они намного дороже жидкостей на водной основе.