Гидроразрыв пласта

Гидроразрыв пласта — гидравлический разрыв пласта, — формирование трещин в массивах газо-, нефте-, водонасыщенных и других горных породах под действием подаваемой в них под давлением жидкости. Операция проводится в скважине для повышения дебита за счет разветвленной системы дренирования, полученной в результате образования протяженных трещин. Реализация гидроразрывов пластов на газовых скважинах стала возможной с появлением насосных агрегатов, обеспечивающих скорость закачки 3–4 куб. м/мин при давлении 100 МПа. При закачке в скважину рабочей жидкости с высокой скоростью на ее забое создается высокое давление. Если оно превышает горизонтальную составляющую горного давления, то образуется вертикальная трещина. В случае превышения горного давления формируется горизонтальная трещина.  
           В качестве рабочей жидкости, как правило, используют загущенные жидкости на водной или углеводородной основе. Вместе с рабочей жидкостью закачивают закрепляющий агент (песок или твердый материал фракции 0,5–1,5 мм), заполняющий трещину и препятствующий ее смыканию. При применении загущенной жидкости за счет снижения ее утечек в пласт можно поднять забойное давление при значительном снижении скорости закачки и за счет песконесущей ее способности транспортировать закрепляющий агент по всей длине трещины.                                                                                         Гидравлический разрыв пласта применяют для воздействия на плотные низкопроницаемые коллекторы, а также при большом радиусе загрязнения призабойной зоны пласта. При этом, в зависимости от геологических характеристик пласта и системы разработки месторождения создается система закрепленных трещин протяженностью от 10 до 50 метров. Глубокопроникающий гидроразрыв пласта (ГГРП) с созданием более протяженных трещин производят в коллекторах с проницаемостью менее 50 * 10 (в минус 3 степени) мкм (в квадрате).

Для обеспечения наибольшей эффективности  процесса гидроразрыва перед выбором расклинивающего материала необходимо определить оптимальную длину трещены в зависимости от проницаемости пласта. При этом обязательно нужно учитывать радиус зоны дренирования скважины и близость нагнетательных скважин. Теоретическая зависимость оптимальной полудлины трещины, т.е. расстояние от ствола скважины до вершины трещины от проницаемости пласта известна. Если проницаемость k 10 (в минус 3 степени) мкм (в квадрате) равняется 100, то полудлина трещины должна составить 40-65 метров; при k =10 - 50-90 метров, k=1 - 100-190 метров, k=0,5 соответствует 135-250 метрам, 0,1=250-415 метров и k = 0,05- 320-500 метров. Еще раз напомним, что при выборе оптимальной полудлины скважины необходимо учитывать радиус зоны дренирования и близость нагнетальных скважины. Расстояние до ближайшей из них должно быть не менее 500 метров, а за пределы зоны дренирования полудлина трещины выходить не должна. В коллекторах толщиной свыше 30 метров процесс гидроразрыва проводят по технологии поинтервального разрыва. 

В скважинах, совместно эксплуатирующих  многопластовые залежи, с целью воздействия  на отдельные объекты применяют  селективный гидроразрыв пласта. Для повышения эффективности гидроразрыва предворительно применяют гидропескоструйную перфорацию. В качестве закрепляющих трещины материалов на глубинах до 2400 метров используют фракционированный песок по ТУ-39-982-94, свыше 2400 метров искуственные среднепрочностные по ТУ 39-014700-02-92 и высокопрочностные по ТУ 39-1565-91 расклинивающие материалы (проппанты). Для осуществления процесса гидроразрыва используют технологические жидкости на водной и углеводородной основах. Выбирают жидкость в соответствии с пластовыми условиями, т.е. литологии, температуре, давлении и т.д. При этом обязательно учитывается совместимость выбранной жидкости с матрицей пласта и его флюидами. Если в пласте содержатся водочувствительные глины, необходимо использовать жидкость на углеводородной основе. Следует учитывать, что такие жидкости обладают низким коэффициентом инфильтрации и способны создавать более протяженные трещины.  

Схема гидравлического разрыва пласта: 1 - специальная головка для гидравлического разрыва, через которую подаётся жидкость с расклинивающим материалом; 2 - задвижка на затрубном манифольде; 3 - лифтовая колонна труб; 4 - эксплуатационная колонна; 5 - циркуляционный клапан; 6 - пакер; 7 - продуктивная толща; 8 - трещина с расклинивающим материалом; 9 - зона с отфильтровавшейся рабочей жидкостью.

 
  ТЕХНОЛОГИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ГИДРОРАЗРЫВА ПЛАСТА.

Для гидроразрыва пласта в первую очередь выбирают сквжены с низкой продуктивностью, обусловленных естественной малой проницаемостью пород, или скважены , филтрационная способность призабойной зоны которых ухудшилась при вскрытии пласта. Необходимо также, чтобы пластовое давление было достаточным для обеспечения притока нефти в скважену. До разрыва пород скважену исследуют на приток и определяют ее поглотитительную способность и давление поглащения. Результаты исследования на приток и данные о поглатительной способности скважины до и после разрыва дают возможность судить о результатах операции, помогают орентировочно оценить давление разрыва, правильно подобрать подходящие свойства и количество жидкости для проведения разрыва. судить об изменениях проницаемости пород призабойной зоны после разрыва. Перед началом работ скважену очищают от грязи дренированием и прмывают, чтобы улучшить фильтрационные свойства призабойной зоны. Хорошие результаты разрыва можно получить при предварительной обработке скважены соляной или глинокислотой (смесь соляной и плавиковой), поскольку при вскрытии пласта проницаемость пород ухудшается в тех интервалах, куда больше всего проникают фильтрат и глинестый раствор. Такими пропластками являются наиболее проницаемые участки разреза, которые после вскрытия пласта при бурении на глинестом растворе становятся иногда мало проницаемыми для жидкости разрыва. После предварительной кислотной обработки улучшаются фильтрационные свойства таких пластов и создаются благоприятные условия для образования трещин.

В промытую очищенную скважену спускают насосные трубы диаметром 76 или 102 мм, по которым жидкость разрыва падает на забой. При спуске труб меньшего диаметра вследствие значительных потерь давления процесс разрыва затрудняется. Для предохранения обсадной колонны от воздействия высокого давления над пластом устонавливается пакер. Чтобы он не сдвигался по колонне

при повышенном давлении на трубах рекомендуется устонавливать гидравлический якорь. Чем больше давление в трубах и в нутри якоря, тем с большей силой выдвигаются и прижимаются поршеньки якоря к обсадной колонне, кольцевые грани на торце поршеньков врезаясь в колону, оказывают тем большое тормозящее действие, чем выше давление. Имеются якоря и других типов.

Устье скважены оборудуется специальной головкой, к которой подключают агрегаты для нагнетания жидкостей.

Разрыв пласта осуществляется нагнетанием в трубы жидкости разрыва до момента расслоения пласта, который отмечается значительным увелличением коэффициэнта приемистости скважены. После разрыва в пласт нагнетают жидкость-песконоситель. Наибольший эффект дает закачка жидкости песконосителя при больших скоростях и высоких давлениях нагнетания, так как при этом шире открываются образовавшиеся трещины. Жидкость-песконоситель прдавливают в пласт в объеме труб путем нагнетания в скважену продавочной жидкости, в качестве которой используют нефть-для нефтяных скважен и воду- для нагнетательных. После этого устье скважены закрывают и оставляют ее в покое до тех пор, пока давление на устье не спадет. Затем скважену промывают, очищают от пескаи приступают кее освоению. Кроме описанной схемы гидро разрыва, в зависемости от условий прведения процесса и его назночения применяют другие технологические схемы. В неглубоких скваженах разрыв пласта можно проводить без спуска насосно-компресорных труб или с трубами но без пакера. В первом случае жидкость нагнетается непосредственно по обсадным трубам, а во втором как по трубам, так и по кольцевому пространству. При такой техвнологии можно значительно уменьшить потнри давления в скважене при нагнетании очень вязкой жидкости. Для улучшения условий притока можно можно применять и многократный разрыв пласта. Сущность его заключается в том, что в пласте на разных глубинах создают несколько трещин и таким образом, существенно увеличивают прницаемость пород призабойной зоны в скважинах.

К технологическим жидкостям для  гидроразрыва пласта предъявляется немало требований.

Прежде  всего, большая протяженность трещин должна обеспечиваться минимально необходимым  количеством жидкости. Ее вязкость должна гарантировать высокую несущую  способность песка либо проппанта, достаточную для транспортировки и равномерного размещения в трещине гидроразрыва расклинивающего материала и создания заданной раскрытости трещин. Помимо этого, жидкость не должна снижать проницаемость обрабатываемой зоны пласта, должна легко удаляться из него после проведения процесса и обладать высокой стабильностью жидкостной системы при закачки.

И еще два требования.

Первое  – жидкость должна обладать низким гидравлическим сопротивлением и достаточной  сдвиговой устойчивостью, чтобы  обеспечить максимально возможную  в конкретных геолого-технических условиях скорость нагнетания. Второе – обладание регулируемой способностью деструктуриваться в пластовых условиях, не образуя при этом нерастворимого твердого осадка, снижающего проводимость пласта и не дающего расклинивающему материалу должным образом распределиться в трещине гидроразрыва.

Основными технологическими параметрами для  контроля за процессом гидроразрыва пласта следует считать темп и объемы закачки, устьевое давление, а также концентрацию песка либо проппанта в суспензии.