Технология направленного гидроразрыва пласта на Солкинском месторождении

Технологические жидкости для ГРП должны удовлетворять следующим основным требованиям:

1) при минимальных затратах жидкости обеспечивать формирование трещин большой протяженности;

2) вязкость должна обеспечивать высокую несущую способность песка (проппанта), достаточную для транспортирования и равномерного размещения в трещине гидроразрыва расклинивающего материала и создания заданной раскрытости трещин;

3) обладать низким гидравлическим сопротивлением и достаточной сдвиговой устойчивостью для обеспечения максимально возможной в конкретных геолого-технических условиях скорости нагнетания жидкости;

4) не снижать проницаемость обрабатываемой зоны пласта;

5) обладать высокой стабильностью жидкостной системы при закачке;

6) легко удаляться из пласта после проведения процесса;

7) обладать регулируемой способностью деструктироваться в пластовых условиях, не образуя при этом нерастворимого твердого осадка, снижающего проводимость пласта и не создающего должного распределения расклинивающего материала в трещине гидроразрыва.

На территории Западной Сибири разработаны и применяются следующие технологии проведения гидравлического разрыва пласта.

Выбор скважин-кандидатов для проведения очередных ГРП выполняется на основании основе критериев предварительного выбора (Таблица 2.2)

Достижение равномерной выработки запасов нефти из прослоев с резко различающимися ФЕС возможно при селективном воздействии на них со стороны добывающих и нагнетательных скважин. В вертикальных и наклонных скважинах наиболее активным способом интенсификации дренирования отдельных низкопроницаемых прослоев является создание в них трещин ГРП, обеспечивающих устранение негативного влияния «скин-фактора» и увеличение приведенного радиуса скважин.

Таблица 2.2

Перечень применяемых технологии ГРП и их краткое описание

Наименование технологии	Краткое описание операций		Область применения
1	2		3
1 Стандартный ГРП	Нагнетание в пласт геля с увеличивающимся во времени расходом до разрыва пласта, развитие трещины при постоянном режиме нагнетания геля (2-5 м3/мин), заполнение трещины проппантом при повышении во времени его концентрации в геле (до 1500 кг/м3) общей массой до 50 т		Продуктивные пласты толщиной до 15 м с проницаемостью более 40 мд и малой расчлененностью с экранами большой (более 10 м) толщины;
2 Повторный ГРП	Применяется наиболее соответствующая объекту технология ГРП		Скважины, в которых целесообразна корректировка геометрических размеров и проводимости ранее созданных трещин
3 Больше объемный (массированный) ГРП	Стандартный ГРП с большим расходом проппанта (более 100 т); выполняется с предварительной дополнительной перфорацией и кислотной обработкой ПЗП.		Продуктивные пласты толщиной более 15 м с проницаемостью не более 40,8 мкм2 и большой расчлененностью (толщина глинистых пропластков не более 4 м) с экранами большой (более 10 м) толщины;
4 Изоляционный (экраноустанавливающий) ГРП	Стандартный ГРП с дополнительной закачкой оторочки изолирующего материала перед стадией заполнения трещины проппантом		Продуктивные пласты малой толщиной экранов (менее 3 м), отделяющих от водоносных пластов
5 Объемные ГРП	Нагнетание в пласт геля с увеличивающимся во времени расходом до разрыва пласта, развитие трещины при постоянном режиме нагнетания геля (2-5 м3/мин), заполнение трещины проппантом при повышении во времени его концентрации в геле (до 1500 кг/м3) общей массой от 50 т до 100 т		Продуктивные пласты толщиной до 20 м с проницаемостью менее 40,8 мкм2 и малой   расчлененностью с экранами большой (более 10 м) толщины;
6 Многоэтапный ГРП		Последовательное проведение ГРП в пределах подготовленных интервалов пласта. Подготовкой предусматривается временная изоляция всех интервалов пласта (установка пакера, присыпка и т.д.), кроме обрабатываемого	Продуктивные пласты большой мощности (более 20 м) с глинистыми прослоями толщиной более 4 м
7 Селективный ГРП		Стандартный ГРП с инициацией начала разрыва (дополнительная перфорация, ОПЗ, временная изоляция не обрабатываемых интервалов) и развития трещины в пределах заданного интервала пласта	Продуктивные пласты с высокими расчлененностью (глинистые прослои толщиной более 2 м) и неоднородностью ФЕС и нефтенасыщенности
8 Кислотный ГРП		Стандартный ГРП с дополнительной закачкой оторочки концентрированной кислоты перед стадией заполнения трещины проппантом	Карбонатный коллектор
9 ГРП с технологической остановкой		Стандартный ГРП с кратковременной остановкой подачи жидкости разрыва (геля) на стадии развития трещины перед ее заполнением проппантом	Продуктивные пласты толщиной более 20 м с проницаемостью более 40,8 мкм2 и большой расчлененностью с экранами большой (более 10 м) толщины;
10 TSO (TipScreenOut) метод кольцевого экранирования		Стандартный ГРП с кратковременной остановкой подачи жидкости с проппантом, вследствие чего прекращается его внедрение в пласт и создается «песчаная пробка». В дальнейшем режим подачи проппанта выбирается таким образом, чтобы обеспечить намыв проппанта от интервала перфорации до «песчаной пробки»	Продуктивные пласты большой проницаемости (более 100,8 мкм2мД) с толщиной более 15 м с проницаемостью более 40,8 мкм2 и большой расчлененностью с экранами большой (более 10 м) толщины;
11 ГРП с обратным потоком		Применяется для искусственного до уплотнения трещин ГРП	Пласт толщиной более 10 м и экраном менее 3 м с высокой (более 40,8 мкм2) проницаемостью
12 ГРП по технологии InvertoFrac или   DivertoFrac		Технология ограничения высоты развития трещины путем создания «пробки» проппанта в нижней или верхней части трещины	Пласт толщиной менее 10 м и экраном менее 3 м с низкой (менее 40,8 мкм2) проницаемостью
13 «Струйный» ГРП		Разрыв пласта осуществляется из каверн в ПЗП, созданных гидроперфоратором, за счет преобразования кинетической энергии струи в энергию давления торможения. Операция производится без посадки пакера при давлении в колоне скважины ниже бокового горного давления. Это дает возможность выполнения многоэтапных ГРП без нарушения структуры ранее созданных трещин. Технология позволяет выполнять многоэтапные ГРП в горизонтальных скважинах с образованием трещин вдоль или поперек ствола	Продуктивные пласты, изолированные экранами от водоносных или газонасыщенных толщ

 

Поэтому на месторождениях сложного строения большие перспективы имеет селективный ГРП. В вертикальных скважинах он состоит в создании трещин в задаваемых прослоях пласта. В горизонтальных скважинах возможно образование трещины по стволу или серии перпендикулярных стволу трещин, резко увеличивающих эффективность дренирования залежи.

Главной особенностью селективных ГРП в наклонных скважинах является то, что они должны быть инициированы из определенных интервалов пласта и геометрические параметры создаваемых при этом трещин (длина, ширина) определяются предельной высотой трещины. В горизонтальных скважинах принципиальное значение имеет количество и ориентация трещин относительно ствола, а также длина трещин. Селективные ГРП как средство воздействия на участок залежи наиболее эффективны при системном их использовании в добывающих и нагнетательных скважинах в комплексе с методами увеличения нефтеотдачи (МУН) пластов.

Традиционное решение этой проблемы в скважинах состоит в изоляции выделенного интервала перфорации скважины и инициация из него развития в пласте  трещины определенных параметров (длины, высоты и ширины). Решение этой задачи без осложнений реализуется в скважинах после бурения, когда предварительной перфорацией можно вскрыть выделенный интервал пласта, инициировать из него разрыв и создание в пласте трещины. В ранее эксплуатировавшихся скважинах селективный разрыв интервалов не всегда возможен из-за вскрытия всей толщи пласта перфорацией и связанных с этим сложностей посадки пакера и изоляции кольцевого пространства и т.д. В горизонтальных скважинах проведение селективных ГРП с созданием трещин перпендикулярных стволу при традиционных технологиях проведения ГРП практически невозможно.

Проблема селективных ГРП в горизонтальных и вертикальных скважинах успешно может быть решается при объединении технологий ГПП и ГРП. При этом технология селективного создания трещин состоит в предварительной резке колонны, образовании серии каверн путем проведения ГПП и разрыве пласта из них. При выполнении ГПП энергия давления смеси жидкости и песка в колонне НКТ трансформируется в кинетическую энергию скоростной струи. Инициируемые из серии отверстий перфоратора трещины формируют общую трещину, поэтому путем соответствующего размещения перфорационных отверстий обеспечивается возможность точного позиционирования интервала начала развития трещины.

В горизонтальной скважине при размещении насадок по радиусу перфоратора образуется трещина (рис. 2.1 а), перпендикулярная стволу, а при размещении насадок по длине перфоратора трещина - в плоскости оси ствола (рис. 2.1 б). Это обеспечивает высокую вероятность начальной ориентации плоскости трещины в плоскости расстановки сопел перфоратора, т.е. создает условия для реализации направленного ГРП.

 

Рис.2.1  Схема развития трещин ГРП в зависимости от ориентации фильтровой части горизонтальной скважины относительно естественного поля напряжений продуктивного пласта

(а – перпендикулярно  оси ствола; б – по оси ствола)

В наклонных скважинах в ОАО «Сургутнефтегаз» «направленный» ГРП реализуется  в следующем виде. В скважину спускается колонна НКТ с установленными на ее нижнем конце якорем - центратором и модифицированным гидропескоструйным перфоратором ГПП типа АП-6М1. Сопла перфоратора располагаются в плоскости в направлении оси скважины, они попарно ориентированны в разные стороны и разнесены по высоте на расстояние не более 3 диаметров труб НКТ. Общее количество сопел не менее 8, диаметр сопел не менее 6 мм (более 6 диаметров зерен песка, предполагаемого для использования резки колонны и заполнения трещины ГРП). Якорь – центратор устанавливается на 20 -25 м выше верхних отверстий перфорации. Конструкция якоря - центратора во время проведения работ должна обеспечивать жесткую фиксацию сопел относительно обсадной колонны во избежание дрейфа струи при проведении гидроструйной резки.

Поверхностное оборудование монтируется по модифицированной схеме проведения ГРП (Приложение 2), при этом к затрубному пространству подключается насосный агрегат, способный обеспечить в нем поддержание требуемого давления.

В начальный момент производятся замещение жидкости в НКТ на воду или гель, содержащие 50 – 100 кг/м3 кварцевого песка или пропана на кубометр жидкости, при этом начальная скважинная (жидкость глушения в объеме труб НКТ и затрубья) из затрубья сбрасывается в специальную отстойно-сливную емкость. Сбрасываемая жидкость  может содержать значительные объемы нефти, которая в последующем ни при каких обстоятельствах не должна попадать в гель.

Затем производится резка стенки колонны и гидроперскоструйная перфорация с циркуляцией жидкости при открытом затрубье, расход жидкости 200 л/мин на одно сопло перфоратора; время резки более 15 мин. В течение резки производится контроль изменения характеристики (отношение расхода к перепаду давления между НКТ и затрубьем Q2/(Pнкт-Рзатр)). Момент прорезки колонны обычно идентифицируется ростом характеристики, вызываемого некоторым поглощением жидкости ГПП через намываемые каверны.

При установке факта резки колонны в скважину подается гель с концентрацией проппанта 200 -  400 кг/м3, расход увеличивается до 2 -2.5 м3/мин, выкид из затрубья штуцируется вручную, при этом давление в затрубье повышается до предельно допустимого значения но не выше 120 % величины  бокового горного давления обрабатываемого интервала пласта и поддерживается постоянным. Если при предельном давлении в затрубье продолжается циркуляционный сброс жидкости, необходимо увеличить расход и довести устьевое давления до предельно допустимого. Момент разрыва пласта обычно происходит при перекрытой затрубной задвижке и идентифицируется резким увеличением характеристики и снижением давления в затрубье.

С момента разрыва концентрация проппанта в нагнетаемой смеси увеличивается до максимального значения (600 – 700 кг/м3). Если с момента разрыва давление в затрубье устанавливается свыше 80% величины бокового горного давления обрабатываемого интервала пласта, то  в затрубье агрегатом подается жидкость с расходом 0,2 – 0,4 м3/мин; при давлении в затрубье менее 80 % величины бокового горного давления подкачка не осуществляется.

После закачки расчетного объема смеси геля с проппантом закачивается буфер жидкости глушения в объеме труб НКТ, закачка приостанавливается до снижения давления на устье менее 90% величины бокового горного давления обрабатываемого интервала пласта, затем затрубное пространство открывается и производится промывка скважины через НКТ чистой водой и ее остановка.

Основной особенностью проведения «направленного ГРП» в горизонтальной скважине является возможность образования вертикальной трещины вдоль или поперек ствола. Для инициации трещины поперек ствола используется перфоратор с размещением насадок по его радиусу (рис. 2.3) количество отверстий и их диаметр определяется проектным расходом жидкости при проведении гидроразрыва. При необходимости образования трещины вдоль ствола насадки перфоратора располагают в одной плоскости с фазировкой 180 град, в скважине плоскость размещения насадок должна быть ориентирована вертикально.

В скважинах с открытым стволом нет необходимости предварительной резки колонны и связанным с этим требованием фиксации перфоратора. В этом случае вместо якоря можно использовать центратор любой конструкции. В начальный момент производится замещение жидкости глушения в НКТ на гель, при этом начальная скважинная жидкость (жидкость глушения в объеме труб НКТ и затрубья) из затрубья сбрасывается в специальную отдельную емкость.

Рис. 2.2 Схема проведения ГПП+ГРП в скважине.

 

Сбрасываемая жидкость может содержать значительные объемы нефти, которая в последующем ни при каких обстоятельствах не должна попасть в гель. Затем производится подача геля с проппантом с концентрацией 100 -200 кг/м3 с циркуляцией жидкости при открытом затрубье при расходе 300 л/мин на одно сопло перфоратора в течение 10 мин. В результате достигается гидроперскоструйное образование каверн в стенках ствола. Далее в скважину без изменения расхода подается гель с концентрацией проппанта 200 -  400 кг/м3, выкид из затрубья штуцируется вручную, при этом давление в затрубье повышается до предельно допустимого значения, но не выше величины  бокового горного давления обрабатываемого интервала пласта и поддерживается постоянным. Если при предельном давлении в затрубье продолжается циркуляционный сброс жидкости, необходимо увеличить расход с увеличением устьевого давления до предельно допустимого. Момент разрыва пласта обычно происходит при перекрытой затрубной задвижке. С момента разрыва концентрация проппанта в нагнетаемой смеси увеличивается до максимального значения (600 – 700 кг/м3). После закачки расчетного объема смеси геля с проппантом закачивается буфер жидкости глушения в объеме труб НКТ, закачка приостанавливается до снижения давления на устье менее 90% величины  бокового горного давления обрабатываемого интервала пласта, затем  затрубье открывается и производится промывка скважины через НКТ чистой водой и ее остановка.

При необходимости образования серии перпендикулярных стволу вертикальных трещин операции производятся в несколько этапов, между которыми перфоратор перемещается  до интервала очередной обработки.

Порядок проведения комплекса ГПП+ГРП в скважинах производится:

- выбор скважин для  проведения работ;

- обоснование интервала  ствола, в котором необходимо  создание трещин ГРП;

- определение геометрических  параметров создаваемых трещин  и оценка степени их влияния  на продуктивность прослоев, в  пределах которых они созданы;

- проектирование технологии  проведения ГПП+ ГРП, разработка  плана работ;

- выполнение операций  в соответствии с утвержденным  планом. 

Предварительный выбор объектов-кандидатов для проведения ГПП+ГРП в скважинах осуществляется на основе следующих критериев:

- фактические режимы работы  скважин должны быть значительно  ниже ожидаемых;

- нефтенасыщенная толщина пласта должна быть не менее  3 м;

- начальная нефтенасыщенность коллекторов пласта должна превышать 55%;

- отношение текущего пластового давления к начальному при проведении ГРП должно быть не менее 0,9.

- состояние цементного камня в заколонном пространстве на 20 м выше и ниже интервала перфорации при наличии водоносных прослоев должно быть хорошего качества;

- в скважине перед выбором интервалов для ГРП должны быть проведены исследования по выделению работающих интервалов и наличию заколонных перетоков;

- толщина перекрывающих и подстилающих глинистых прослоев для выделенного для проведения селективного разрыва интервала пласта должна быть не менее 3 м;

- предельно допустимое давление в колонне должно на 25% превышать величину бокового горного давления планируемых к разрыву пропластков.

Выявление интервалов пласта, в пределах которых необходимо создание трещины ГРП. Выявление этих интервалов в работающих скважинах осуществляется на основе исследования профилей притока, анализа потенциального и фактического дебита скважины, динамики обводнения ее продукции; в скважинах после бурения - на основе интерпретации данных геофизики. Потенциально перспективные для селективного разрыва (ГПП + ГРП) в вертикальных скважинах совокупности нефтенасыщенных пропластков располагаются между глинистыми прослоями и характеризуются средней проницаемостью в 4  и более раз меньшей относительно средней по пласту; в то же время их проводимость должна быть не менее 30% общей проводимости пласта, а содержащиеся в них удельные запасы нефти должны быть не менее 25% от общих запасов.