Кратко и емко описать процесс проведения грп

Обновлено: 02.07.2024

Изначально производится расчет всех необходимых параметров ГРП для конкретной скважины, на основе которых составляется программа проведения гидроразрыва.

На территории скважины подготавливается площадка для размещения флота ГРП, а также устанавливается специальное устьевое оборудование.

После установки всего необходимого оборудования и агрегатов производится испытание на герметичность (на протяжении 10 минут):

(трубопроводы, способные выдерживать высокое давление и соединенные по определенной схеме с закреплением на едином основании),
устьевого оборудования
соединений нагнетательных линий

Для увеличения эффективности ГРП, подвергаемый гидроразрыву пласт предварительно перфорируется (гидропескоструйная или кумулятивная перфорация) .

Мини-ГРП

После прохождения теста на герметичность в скважину начинается закачка жидкости разрыва (гель). Перед проведением основного ГРП проводится мини-гидроразрыв (мини-ГРП или minifrac) – в пласт закачивается жидкость разрыва небольшого объема ~10м3 при давлении ~60 МПа, скважина закрывается на устье и производится отслеживание изменения давления. На основании полученных данных определяется эффективность жидкости разрыва, механические свойства породы и корректируются технологические параметры основного ГРП (давление, расход жидкости, концентрации пропанта).

Проведение ГРП

Анализируя получаемые на станции ГРП графики закачки судят об успешности проводимого гидроразрыва.

Убедившись в создании трещины гидроразрыва, закачиваемый гель начинает подаваться вместе с проппантом, концентрация которого в процессе закачки постепенно повышается.

По завершении закачки проппанта в скважину закачивается продавочная жидкость, которая служит для того, чтобы весь объем проппанта, находящийся в НКТ зашел в разрываемый пласт. Объем продавочной жидкости по сути равняется объему НКТ + объем затрубного пространства между верхними отверстиями фильтра и башмаком НКТ.

При проведении основного фрака темп закачки поддерживается на постоянном уровне.

В процессе проведения фрака непрерывно регистрируется: давление, скорость закачки, затрубное давление, количество и концентрация закачиваемого пропанта, плотности жидкостей, объемы закачиваемых химических добавок. Полученные данные как правило отображаются с наложением друг на друга в виде графиков с разными масштабами и сопоставленные по времени.

Дополнительно к получаемой информации о проведенном гидроразрыве возможна постановка микросейсмического мониторинга , обеспечивающего пространственную локацию микросейсмических событий, возникающих внутри разрываемого пласта.

С этой статьей также читают:

При проведении гидроразрыва пласта (ГРП) применяются различные по своим физическим свойствам жидкости, материалы и добавки.…

Аномально-высокое пластовое давление Аномально-высокое пластовое давление – это давление, действующее флюиды, содержащиеся в поровом пространстве…

Воспользуйтесь поиском по сайту, чтобы найти интересующую вас тему:

Предметные области

Метки

Все материалы представлены на данном сайте исключительно с целью ознакомления и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав!
Напишите нам | Обратная связь

Гидравлический разрыв пласта (ГРП) - технологический процесс увеличения проницаемости призабойной зоны продуктивного пласта за счет образования трещин или расширения и углубления в нем естественных трещин. Сущность этого процесса заключается в нагнетании в призабойную зону жидкости под высоким давлением, превышающем местное горное давление и прочностные свойства породы пласта.

- для интенсификации добычи нефти из скважин с сильно загрязненной призабойной зоныой за счет создания трещин;

- с целью обеспечения гидродинамической связи скважины с ситемой естественных трещин пласта и расширения оны дренирования;

- для ввода в разработку низкопроницаемых залежей и перевода забалансовых запасов нефти в промышленные;

- при вводе в разработку сложнопостроенных и неоднородных пластов с целью увеличения темпов отбора нефти и повышения конечного нефтеизвлечения;

- для увеличения продуктивности нефтяных скважин;

- для увеличения приемистости нагнетательных скважин;

- в скважинах с высоким пластовым давлением, но с низкой проницаемостью пласта.

Не рекомендуется проводить ГРП в скважинах, расположенных вблизи водонефтяных и газонефтяных зон, в которых возможно ускоренное конусообразование и прорыв воды и газа в добывающие скважины; в истощенных пластах с низкими остаточными запасами, а также в карбонатных коллекторах с хаотичной трещиноватостью.

ГРП производят в следующем порядке. В скважину спускаются НКТ, а выше кровли продуктивного пласта, в котором планируется провести ГРП, устанавливают пакер и якорь. Скважину промывают водой с целью очистки забоя от глины и механических примесей. При необходимости иногда перед ГРП проводят соляно-кислотную обработку или дополнительную перфорацию. В таких случаях снижается давление разрыва и повышается его эффективность. Затем в скважину по НКТ (диаметр НКТ не менее 89 - 114 мм, трубы меньшего диаметра при ГРП применять нецелесообразно, так как при прокачке жидкости в них возникают большие потери давления) нагнетается жидкость разрыва в объемах, необходимых для создания на забое давления, необходимого для разрыва пласта. Для предохранения обсадной колонны от воздействия высокого давления над разрываемым пластом устанавливается пакер. Он полностью разобщает зону продуктивного пласта от вышележащей части скважины. При этом давление, создаваемое насосами, действует только на пласт и на нижнюю часть пакера. Устанавливают гидравлический якорь для не допущения смещения пакера.

Жидкости для ГРП разделяются на три категории: жидкость разрыва, жидкость-песконоситель и продавочная жидкость.

Рабочие жидкости не должны уменьшат ни абсалютную, ни фазовую проницаемость породы продуктивного пласта. В этой связи при ГРП в нфтяных скважинах применяют жидкости на углеводородной основе, а в нагнетательных и в нефтяных скважинах, предназначенные для перевода в нагнетательные – на основе воды. Однако в скважинах с карбонатными коллекторами в качестве рабочих жидкостей могут быть использованы водные растворы соляной кислоты или другие жидкости на ее основе.

Жидкость разрыва пласта должна хорошо проникать в пласт и в естественно существующие в нем трещины. Жидкости разрыва в основном применяются:

2. водные растворы

Рабочие жидкости для ГРП не должны содержать мех.примесей, а при соприкосновении с породой и пластовой жидкостью не должна образовывать нерастворимых осадков.

Наибольшее предпочтение при ГРП должно отдаваться жидкостям, полностью растворимым в пластовых жидкостях. Во время проведения ГРП вязкость рабочих жидкостей должна быть стабильной.

Жидкость-песконоситель - это жидкость, используемая для подачи песка с поверхности в полученные трещины. Жидкость-песконоситель должна быть нефильтрующейся или с быстро снижающейся фильтруемостью, а также должна иметь высокую пескоудерживающую способность. В качестве жидкостей-песконосителей применяются те же жидкости, что и для разрыва пласта.

Наполнитель служит для образовавшихся трещин и недопущения их смыкания при снятии давления. Для закрепления трещин, образуемых во время ГРП, применяют кварцевый песок с размером зерен 0.4 - 1.2 мм. Такой песок испытывают в лабораторных условиях на прочность и вдавливаемость в поверхность горных пород, в которых образуется трещина, а также на остаточную проницаемость (проницаемость после сдавливания песка под прессом, имитирующим действие горного давления). Песок для заполнения трещин при ГРП должен удовлетворять следующим требованиям: а) иметь высокую механическую прочность, чтобы образовывать надежные песчаные подушки в трещинах, и не разрушаться под действием веса пород; б) сохранять высокую проницаемость. Таким является крупнозернистый, хорошо скатанный и однородный по гранулометрическому составу кварцевый песок. В случаях высокого горного давления или непрочной поверхности горных пород, в которых образуется трещина, применяют искусственный керамический или иной расклинивающий материал.

При первых ГРП следует вводить в каждую трещину не менее 1,5-2т песка.

При закачке в пласт больших количествах песка (более 15-20т) с целью более глубокового проникновения его по трещинам, первые порции песка (30-40%) закачивают мелкозернистым песком мелкой (0,4-0,6мм) фракции с последующим переходом на закачку песка более крупной фракции.

Современное проектирование ГРП состоит из двух принципиально различающихся частей.

В первой части проектирования устанавливают цель ГРП, определяют скважины, пласты и пропластки для ГРП, а также рассчитывают размеры (длину, ширину) трещин, которые нужно образовать. Обычно эту часть проектирования ГРП выполняет предприятие или его отдел (геологический, разработки, повышения нефтеотдачи) , ведущие разработку месторождений или какого-то объекта. По заказу предприятие проектирование может быть, также, поручено научно-исследовательской организации.

Вторая часть проектирования связана непосредственно с выбором параметров ГРП обеспечивающих в выбранных скважинах такие темпы закачки и объемы закачанных в трещины жидкостей и песка, которые позволяют создать в пласте трещины с размерами и пропускной способностью, запроектированной в первой части. Эта часть проектирования состоит в расчетах процесса образования трещины заполнения и закрепления ее песком. Во второй части проектирования ГРП выбирают также эффективные жидкости разрыва с соответствующими свойствами и песок (расклинивающий материал). Вторую часть проектирования ГРП выполняет обслуживающая ("сервисная") фирма, которая обычно и осуществляет операцию ГРП.

В полный комплект оборудования для гидравлического разрыва пластов входят насосный и пескосмесительный агрегаты, автомотоцистерна, блок манифольд и арматура устья.

Устье скважины оборудуется специальной головкой, к которой подключаются агрегаты для нагнетания в скважину жидкостей разрыва. Для осуществления гидроразрыва могут применяться: насосные агрегаты 4АН-700, модернизированные 5АН-700 или рамные АНР-700. Максимальное давление этих агрегатов 70 МПа при подаче 6 л/с, при давлении 20 МПа подача составляет 22 л/с. Насосные агрегаты с помощью быстросъемных гибких соединений из труб подключаются к блоку манифольда, который, в свою очередь, соединяется с арматурой устья.

На практике нередко применяют поинтервальный гидрорарыв. Поинтервальный, применяется , когда несколько пластов разрабатываются общим фильтром, а пласты изолированы друг от друга слоями непроницаемых пород.

Одной из эффективных новых технологии ГРП явяется технология осаждения проппаната на конце трещины (или концевое экранирование трещин (TSO)), которая позволяет целенаправленно увеличивать ширину трещины, останавливая ее рост в длину, за счет чего значительно увеличивается проводимость. Для интенсификации выработки запасов из низкопроницаемых слоев и снижению риска попадания трещины в водоносные или газоносные пласты применяется технология селективного гидроразрыва.

- для ввода в разработку низкопроницаемых залежей и перевода забалансовых запасов нефти в промышленные;

- для увеличения продуктивности нефтяных скважин;

- для увеличения приемистости нагнетательных скважин;

- в скважинах с высоким пластовым давлением, но с низкой проницаемостью пласта.

2. водные растворы

При первых ГРП следует вводить в каждую трещину не менее 1,5-2т песка.

Современное проектирование ГРП состоит из двух принципиально различающихся частей.

е) по окончании закачки жидкости-песконосителя в скважину подается продавочная жидкость для продавки жидкости-песконосителя в пласт.

После выбора количества и типа размера пропанта изучают параметров работы скважины для составления графика закачки пропанта. Так как на месторождении проводятся не глубокие обработки скважин методом ГРП, то количество пропанта на одну скважину составляет максимум 10-11тонн.

В СП используют двухразмерную систему притока, разработанную в Канаде. Она дает возможность применить теорию генерации трещины к оптимизации проектирования процесса разрыва.

После подготовки скважины и проведения необходимых расчетов производят гидравлический разрыв по утвержденной программе.

Объем закачки и количество пропанта зависит от проницаемости коллектора и расчетной величены трещины. Обычно после закачки 50-80м3 нефтеного геля падают жидкость разрыва с пропантов концентрацией 100-1000 кг пропанта на 1м 3 жидкости разрыва .

В этот момент происходит рост давления до максимального как показано на рисунке 5.2.1. Весь процесс разрыва контролируется с помощью приборов и регистрируется непрерывно с записью всех параметров (количества расхода жидкости , карболита, рост давления) процесса поминутно. В момент возникновения пика давления (Рмах =60 Мпа) и происходит собственно гидравлический разрыв пласта. Давление начинает резко падать (см.рис 5.2.1.) и становится минимальным (~5,5-6,0 МПа), что соответствует гидравлическому сопротивлению движения жидкости в НКТ.

Дальнейшие операции направлены на подготовку скважины к возврату в эксплуатацию

Жидкость-песконоситель должна обладать свойством удерживать закрепляющий трещину агент во взвешенном состоянии и хорошо проникать в пласт. Используют для этих целей вязкие жидкости – нефть, эмульсию, сульфит – спиртовую барду. Использование воды в качестве несущей агент жидкости требует осторожности, особенно при наполнителе – песке, так как возможно осаждение песка из смеси и образование сильных пробок.

Продавочные жидкости обеспечивают продавку жидкости-песконосителя в пласт, а также удаления ее избытка из НКТ.

Основные виды процесса ГРП

В практике ГРП получили применение три основных вида процесса: поинтервальный, многократный и глубоко проникающий.

Поинтервальный ГРП предполагает направленное воздействие давления на один из пропластков или пластов многопластовой залежи при исключении воздействия на другие.

Одним из способов является изоляция выбранного интервала двумя пакерами. Существуют методы перекрытия нижних пластов засыпкой песком.

Есть технология, заключающаяся в предварительной закачке в скважину полиэтиленовых шариков, которые, устремляясь в более проницаемые пласты, закупоривают их фильтры. В дальнейшем при ГРП открытым остается пласт с меньшей проницаемостью.

Многократный ГРП состоит в последовательном разрыве нескольких пропластков путем поочередного перекрытия образовавшейся трещины в области фильтра полиэтиленовыми шарами, нагнетаемыми потоками жидкости.

Глубокое расклинивание микротрещин предполагает закачку в пласт жидкости, содержащей закрепляющий агент и разносящей его по сети естественных микротрещин. При этом необходимо, чтобы жидкость-носитель обладала достаточной вязкостью, имела слабые фильтрующие свойства и была способна к последующему саморазрушению. Такой жидкостью является нефтекислотная эмульсия, приготавливаемая на основе нефти и включающая в себя соляную кислоту, различные ПАВ, синтетические жирные кислоты. С помощью последних регулируется срок распада эмульсии.

Эта технология, применяемая для интенсификации работы и повышения отдачи нефтедобывающих скважин уже более полувека, вызывает, пожалуй, наиболее жаркие споры среди экологов, ученых, простых граждан, а нередко даже и самих работников добывающей отрасли. Между тем смесь, которая закачивается в скважину во время гидроразрыва, на 99% состоит из воды и песка, и лишь на 1% – из химических реагентов.

Что мешает нефтеотдаче

Основная причина низкой продуктивности скважин наряду с плохой естественной проницаемостью пласта и некачественной перфорацией — снижение проницаемости призабойной зоны пласта. Так называется область пласта вокруг ствола скважины, подверженная наиболее интенсивному воздействию различных процессов, сопровождающих строительство скважины и ее последующую эксплуатацию и нарушающих первоначальное равновесное механическое и физико-химическое состояние пласта. Само бурение вносит изменения в распределение внутренних напряжений в окружающей забой породе. Снижение продуктивности скважин при бурении происходит также в результате проникновения бурового раствора или его фильтрата в призабойную зону пласта

Причиной низкой продуктивности скважин может быть и некачественная перфорация вследствие применения маломощных перфораторов, особенно в глубоких скважинах, где энергия взрыва зарядов поглощается энергией больших гидростатических давлений.

Снижение проницаемости призабойной зоны пласта происходит и при эксплуатации скважин, сопровождающейся нарушением термобарического равновесия в пластовой системе и выделением из нефти свободного газа, парафина и асфальтосмолистых веществ, закупоривающих поровое пространство коллектора. Интенсивное загрязнение призабойной зоны пласта отмечается и в результате проникновения в нее рабочих жидкостей при проведении в скважинах различных ремонтных работ. Приемистость нагнетательных скважин ухудшается вследствие закупорки порового пространства пласта продуктами коррозии, илом, нефтепродуктами, содержащимися в закачиваемой воде. В результате протекания подобных процессов возрастают сопротивления фильтрации жидкости и газа, снижаются дебиты скважин и возникает необходимость в искусственном воздействии на призабойную зону пласта с целью повышения продуктивности скважин и улучшения их гидродинамической связи с пластом.

Технология фрекинга

Гидравлический разрыв пласта (ГРП) является одним из наиболее эффективных средств повышения производительности скважин, поскольку приводит не только к интенсификации выработки запасов, находящихся в зоне дренирования скважины, но и, при определенных условиях, позволяет существенно расширить эту зону, приобщив к выработке слабо дренируемые зоны и пропластки – и, следовательно, достичь более высокой конечной нефтеотдачи.

История метода ГРП

Первые попытки интенсификации добычи нефти из нефтяных скважин были предприняты еще в 1890-х годах. В США, где добыча нефти в это время развивалась стремительными темпами, был успешно испытан метод стимулирования добычи из плотных пород с помощью нитроглицерина. Идея заключалась в том, чтобы взрывом нитроглицерина раздробить плотные породы в призабойной зоне скважины и обеспечить увеличение притока нефти к забою. Метод успешно применялся некоторое время, несмотря на свою очевидную опасность.

Первый коммерчески успешный гидроразрыв пласта был осуществлен в 1949 году в США, после чего их количество стало резко возрастать. К середине 50-х годов количество проводимых ГРП достигло 3000 в год. В 1988 году общее количество проведенных ГРП перевалило за 1 миллион операций, и это только в США.

В отечественной практике метод ГРП начали применять с 1952 года. Пик применения метода был достигнут в 1959 году, после чего количество операций снизилось, а затем эта практика и вовсе прекратилась. С начала 1970-х и до конца 1980-х ГРП в отечественной нефтедобыче в промышленных масштабах не проводились. В связи с вводом в разработку крупных нефтяных месторождений Западной Сибири потребность в интенсификации добычи попросту отпала.

…И день сегодняшний

Возрождение практики применения ГРП в России началось только в конце 1980-х. В настоящее время лидирующие позиции по количеству проводимых ГРП занимают США и Канада. За ними следует Россия, в которой применение технологии ГРП производят в основном на нефтяных месторождениях Западной Сибири. Россия – практически единственная страна (не считая Аргентины) за пределами США и Канады, где ГРП является привычной практикой и воспринимается вполне адекватно. В других странах применение технологии гидроразрыва затруднено из-за местных предубеждений и недопонимания технологии. В некоторых из них действуют существенные ограничения по использованию технологии ГРП вплоть до прямого запрета на ее применение.

Ряд экспертов утверждают, что использование технологии гидроразрыва при добыче нефти – это нерациональный, варварский подход к экосистеме. В то же время, метод широко применяется практически всеми крупными нефтяными компаниями.

Применение технологии ГРП достаточно обширно – от низко- до высоко проницаемых коллекторов в газовых, газоконденсатных и нефтяных скважинах. Кроме того, с использованием ГРП можно решать специфические задачи, например, ликвидировать пескопроявления в скважинах, получать информацию о ФЕС объектов испытания в поисково-разведочных скважинах и т.д..

В последние годы развитие технологий ГРП в России направлено на увеличение объемов закачки проппанта, производство азотных ГРП, а также многостадийных ГРП в пласте.

Разумеется, метод ГРП, как и любая другая технология, применяемая в добывающей отрасли, не лишен определенных недостатков. Один из минусов фрекинга – в том, что положительный эффект операции может быть сведён на нет непредвиденными ситуациями, риск возникновения которых при столь обширном вмешательстве довольно велик (например, возможно непредвиденное нарушение герметичности близлежащего водного резервуара). Вместе с тем. гидравлический разрыв пласта является сегодня одним из наиболее эффективных методов интенсификации скважин, вскрывающих не только низкопроницаемые пласты, но и коллекторы средней и высокой проницаемости. Наибольший эффект от проведения ГРП может быть достигнут при внедрении комплексного подхода к проектированию гидроразрыва как элемента системы разработки с учетом разнообразных факторов, таких как проводимость пласта, система расстановки скважин, энергетический потенциал пласта, механика трещины, характеристики жидкости разрыва и проппанта, технологические и экономические ограничения.

Встатье рассмотрено назначение гидроразрыва пласта, описаны основные преимущества данного метода, а также подробно проанализированы основные этапа этого процесса.

Ключевые слова: гидравлический разрыв пласта, призабойная зона, интенсификация отбора.

По мере эксплуатации месторождений, что может продолжаться 20 и более лет, пластовое и устьевое давление, а соответственно и дебит скважин снижаются. В таком случае для интенсификации добычи углеводородов применяют специальные методы: гидроразрыв пласта с заполнением созданных трещин расклинивающим материалом (крупнозернистым песком), дополнительную прострелочную перфорацию скважин и др. Такие же технологии применяют, для месторождений с ухудшенной структурой коллекторов, характеризующихся наличием застойных зон.

Проведение гидравлических разрывов по скважинам приводит к увеличению добычи нефти, а также к интенсификации отбора имеющегося упругого запаса флюида. Гидравлический разрыв пласта осуществляется для поддержания производительности скважин. Его используют для создания новых трещин как искусственных, так и для расширения старых (природных), с целью улучшения взаимодействия со стволом скважины и увеличению системы трещин или каналов для облегчения притока и снижение энергетических потерь в этой ограниченной области пласта.

От состояния призабойной зоны пласта существенно зависят эффективность разработки месторождения, дебиты добывающих, принятие нагнетательных и той части пластовой энергии, которая может быть использована для подъема жидкости непосредственно в скважине. Поэтому проведение гидравлического разрыва требует очень тщательного изучения термодинамических условий, состояния призабойной зоны скважины, состава и вида пород и жидкостей, а также систематического изучения уже накопленного промышленного опыта на предыдущих месторождениях.

Суть метода гидравлического разрыва пласта заключается в том, что на забое скважины путем закачки вязкой жидкости создаются высокие давления, превышающих в 1,5–2 раза пластовое давление, в результате чего пласт расслаивается и в нем образуются трещины.

Перед началом выполнения ГРП, операторы или сервисные компании проводят серию проверок, чтобы убедиться, что скважина и оборудование находятся в исправном состоянии и выдержат давление и скорость нагнетания жидкости. Следует отметить, что минимальные требования к строительству скважин, как правило, определяются государственными регулирующими органами, чтобы гарантировать безопасность любого способа проведения ГРП для работы и окружающей среды.

После того, как скважина пробурена и скважина проверена на целостность, участок готовят для стимуляции скважины посредством гидравлического разрыва пласта. Различные наземные сооружения и мобильное оборудование, включая резервуары для хранения жидкости для гидроразрыва, хранилища для песка, химические грузовики, смесительное оборудование и насосное оборудование, окружают устье скважины. Процесс гидравлического разрыва пласта контролируется одним грузовиком, часто называемым фургоном для мониторинга данных. Оборудование для мониторинга данных будет контролировать и записывать скорость и давление, при которых жидкость для гидроразрыва закачивается в ствол скважины, нормы необходимых добавок, присутствующих в жидкости для гидроразрыва, и концентрации проппанта.

Существует целый ряд методов гидравлического разрыва пласта, и в пределах конкретной области могут применяться несколько различных подходов. Программы гидравлического разрыва пласта и состав жидкости гидроразрыва варьируются в зависимости от технических требований, специфичных для пласта, ствола скважины и местоположения.

Типичная программа гидравлического разрыва будет следовать следующим этапам:

Первичный этап: также называется кислотной, обычно это накачивание смеси воды с разбавленной кислотой, такой как соляная кислота. Это служит для удаления мусора, который может присутствовать в стволе скважины, обеспечивая свободный путь для жидкостей гидроразрыва, чтобы получить доступ к пласту.

Этап прокладки: партия несущей жидкости без расклинивающего наполнителя, которая используется для разрушения пласта и инициирования гидравлического разрыва пласта-мишени.

Этап промывки: объем свежей воды закачивается в ствол скважины, чтобы вымыть излишки расклинивающего наполнителя, которые могут присутствовать в стволе скважины.

Промышленная практика показывает, что производительность скважин после ГРП увеличивается, иногда, в несколько десятков раз. Это свидетельствует о том, что образованные трещины соединяются с существовавшими ранее, и приток жидкости к скважине происходит из отдаленных, изолированных от скважины до применения ГРП, высокопроизводительных зон.

Основные термины (генерируются автоматически): ствол скважины, гидравлический разрыв пласта, гидравлический разрыв, интенсификация отбора, мониторинг данных, пласт, расклинивающий наполнитель, скважина.

Читайте также: