Технология и техника проведения ГРП

Гидравлический разрыв проводят в пластах с различной прони­цаемостью в случае падения дебита или приемистости нагнетатель­ных скважин.

До проведения гидроразрыва скважину испытывают на приток, определяют ее поглотительную способность и давление при погло­щении. С этой целью одним агрегатом закачивают нефть до получе­ния на устье некоторого избыточного давления, при котором сква­жина начинает принимать жидкость. В течение 10—20 мин замеряют расход при постоянном давлении нагнетания. После подключения второго агрегата и увеличения количества закачиваемой жидкости поднимают давление на 2—3 МПа и вновь определяют расход.

Процесс увеличения расхода жидкости и давления повторяют несколько раз, и в конце исследования создают максимально воз­можное давление, при котором вновь замеряют расход. По полу­ченным данным строят кривую зависимости приемистости скважины от давления нагнетания. По данным о поглотительной способности скважины до и после разрыва определяют количество жидкости и давление, необходимые для проведения разрыва, а также судят о качестве проведенного разрыва и об изменениях проницаемости пластов призабойной зоны после разрыва. За давление разрыва пласта условно принимают давление, при котором коэффициент приемистости скважины увеличивается в 3-4 раза по сравнению с начальным.

Забой скважины очищают от грязи способом дренирования и за­тем промывают. В отдельных случаях для увеличения фильтрационных свойств пластов рекомендуется предварительно обработать скважину соляной или грязевой кислотой и провести дополнитель­ную перфорацию. Осуществление этих мероприятий способствует снижению давления разрыва и повышению его эффективности.

После промывки, очистки и проверки специальным шаблоном в скважину спускают насосно-компрессорные трубы диаметром 75 или 100 мм, по которым прокачивается жидкость разрыва. Для предохранения обсадной колонны от воздействия большого давления над разрываемым пластом устанавливают пакер, который разоб­щает фильтровую зону пласта от ее вышележащей части. Благодаря этому давление, создаваемое насосами, передается только на фильтро­вую зону и на нижнюю поверхность пакера.

Применяют различные конструкции пакеров. Наиболее распро­странены шлипсовые пакеры, выпускаемые под различные диаметры эксплуатационных колонн и рассчитанные на давление 50 МПа.

Герметизация обсадной колонны осуществляется при деформа­ции резиновых уплотнительных манжет от веса колонны насосно-компрессорных труб при опоре конуса на шлипсы пакера, центрирова­ние которого осуществляется фонарем. Замковое устройство фонаря раскрывается при трении фонаря о стенки обсадных труб во время вращения пакера.

Осевая нагрузка при гидроразрыве воспринимается головкой пакера с опорным кольцом и передается на якорь, удерживающий пакер и колонну насосно-компрессорных труб от перемещения вверх. Головка пакера имеет левую резьбу в месте соединения с якорем.

В случае заклинивания манжет в обсадной колонне якорь может быть отвинчен от па­кера правым вращением и поднят на поверх­ность.

Конструкция плашечного гидравлического действия приведена на рис.5.1.1

В процессе закачки рабочей жидкости для гидроразрыва создающийся перепад давле­ния между внутренней частью якоря и коль­цевым зазором в эксплуатационной колонне деформирует резиновую трубку, выдвигая плашки до упора в стенку колонны. Плашки, врезаясь своими острыми зубцами в стенки труб, удерживают якорь и соответственно пакер от выталкивания вверх по скважине.

Наряду со шлипсовыми пакерами приме­няют пакеры самоуплотняющиеся ПС. В этой конструкции герметизация дости­гается за счет самоуплотнения резиновых манжет под воздействием жидкости гидро­разрыва.

В отличие от других типов пакеров в конструкции пакера ПС предусмотрен пере­пускной клапан, предназначенный для пере­пуска жидкости гидроразрыва в затрубное пространство во время спуска пакера, за счет чего снимается давление на самоуплот­няющиеся манжеты. Перепускной клапан присоединяется через переводник и устанав­ливается выше гидравлического якоря.

После спуска труб с пакером и якорем устье скважины оборудуют специальной го­ловкой, к которой подключают агрегаты для нагнетания в скважину жидкости разрыва.

 

5.1 Обвязка и оборудование при ГРП.

На рис.5.1.2 приведена общая схема об­вязки и расположения оборудования при гидравлическом разрыве пласта. На первом этапе закачивают жидкость разрыва насос­ными агрегатами, в результате чего давление постепенно увеличивается и по достижении определенного значения происходит разрыв пласта. О моменте разрыва судят по мано­метру на выкидной линии. Этот момент ха­рактерен резким спадом давления и увели­ченным расходом нагнетаемой жидкости.

После разрыва пласта переходят ко второму этапу - подаче в трещину жидкости-песконосителя с песком при большом расходе и высоком давлении нагнетания. Жидкость-песконоситель с песком задавливают в трещину продавочной жидкостью при максимальном давлении и с максимальной скоростью закачки. Достигается это путем подключения наибольшего числа агрегатов. В качестве про­давочной жидкости для нефтяных скважин используют нефть и для нагнетательных - воду. Количество этой жидкости должно быть равно емкости колонны труб. Закачка продавочной жидкости является последним, третьим эта­пом непрерывного про­цесса гидроразрыва пласта.

После продавки устье закрывают и скважину ос­тавляют в покое до тех пор, пока устьевое давле­ние не упадет до нуля. Затем скважину промы­вают, очищают от песка и приступают к освоению.

Представляет интерес техника проведения гид­роразрыва в скважинах, продуктивные горизонты которых залегают на глу­бинах 2800—3400м. Тех­нология разрыва пласта в таких скважинах отли­чается от обычной тем, что

процесс гидроразрыва проходит при постоянном противодавлении на на-сосно-компрессорные тру­бы и на верхний торец ре­зинового элемента пакера. Величина противодавле­ния определяется как раз­ность между расчетным значением давления гидроразрыва и максимально допустимым дав­лением на пакер. Для таких скважин рабочее давление в кольцевом пространстве (затрубном) определяют опытным путем. Для под­качки жидкости разрыва используют вспомогательный агрегат. Особенности обвязки устья при гидроразрыве по данной технологии показан на рис.5.1.3.

Работы по гидроразрыву на скважине рекомендуется осущест­влять в следующей последовательности. Опрессовывают наземное оборудование на давление, равное 70 МПа, и заменяют в скважине воду на нефть, после чего спускают пакер. Затем с помощью насосных агрегатов, применяемых для

 

Рис.5.1.1

Рис.5.1.2.

 

 

гидроразрыва пласта, прокачкой жидко­сти в насосно-компрессорных трубах и

под пакером создают максимально возможное давление. Подкачкой жидкости вспомогательным цементировочным агрегатом поднимают давление в кольцевом про­странстве (затрубном) и оставляют скважину в покое на 30 мин. Этим на первом этапе достигается возможность образования трещин в пласте.

На втором этапе проводят операцию по закреплению трещин песком. После испытания скважины на приемистость в пласт зака­чивают жидкость-песконоситель. Давление на устье во время

Рис.5.1.3. Схема обвязки оборудованияпри ГРП в глубо­ких скважинах:

1 — пескосмеситель; 2 — агрегат ЦА-400; 3— агрегат ЧАН-700;

4 — вспомогательный агрегат; 5 — емкость для рабочих жидкостей

закачки и продавливания в пласт может увеличиваться до 60—80 МПа. Проведение гидроразрыва по данной технологии позволяет значи­тельно повысить производительность скважины.

При наличии в скважинах большой фильтровой зоны или несколь­ко вскрытых продуктивных пропластков производят поинтервальные многократные гидравлические разрывы.

В последнее время разработан и внедрен новый способ поинтервального гидроразрыва, позволяющий за один спуск забойного обо­рудования проводить в любой последовательности гидроразрыв тех или иных пластов. При осуществлении гидроразрыва по этой технологии в одном пласте перфорированные отверстия против выше­лежащих пластов перекрываются тонущими, а против нижележа­щих пластов - плавающими в жидкости разрыва эластичными ша­риками. Применяемое забойное оборудование отличается простотой конструкции и может быть изготовлено в промысловых мастерских. Состоит оно из двух полых цилиндров, соосно-закрепленных на насосно-компрессорных трубах. Цилиндр с отверстиями в дне открыт сверху, а цилиндр с отверстиями в крышке — снизу. Труба, на кото­рую надеты и приварены цилиндры, заглушена снизу и имеет отвер­стия над нижним цилиндром.

Подготовительные работы по поинтервальному гидроразрыву производят в следующей последовательности. В скважину на насосно-компрессорных трубах спускают цилиндры, пакер и якорь. Под нижний цилиндр помещают специальные эластичные шарики диаметром 18—20 мм с удельным весом меньшим, чем у жидкостей, применяемых при гидроразрыве (плавающие шарики); следовательно, в жидкости они все время будут прижиматься к крышке нижнего цилиндра. Диаметр цилиндра подбирают таким образом, чтобы шарики не могли попасть в зазор между ним и эксплуатационной колонной. Число шариков, загружаемых в нижний цилиндр, берется несколько больше, чем число перфорационных отверстий, находя­щихся ниже самого верхнего интервала, намеченного для гидро­разрыва.

В верхний цилиндр помещают тонущие шарики. При этом коли­чество их также должно быть больше, чем число отверстий, находя­щихся выше нижнего интервала, намеченного для гидроразрыва. Чтобы шарики при спуске вниз или при негерметичном перекрытии колонны не попадали под пакер, ставят специальный диск-отбойник. Пакер устанавливается с таким расчетом, чтобы интервал, намечен­ный для гидроразрыва, находился между цилиндрами с шариками. После этого производят гидроразрыв намеченного пласта обычным способом. Если при разрыве начнут принимать жидкость выше или нижележащие пласты, то их перфорационные отверстия перекры­ваются шариками, которые потоком жидкости увлекаются из цилинд­ров к этим отверстиям. Таким образом, гидроразрыв произойдет только в намеченном интервале.После прекращения закачки шарики благодаря соответству­ющей разнице в их удельных весах соберутся в свои цилиндры. Приподнимая или опуская оборудование и устанавливая цилинд­ры с шариками в нужном интервале, можно произвести гидроразрыв любого пласта.

Выбор технологии ГРП

Технология гидроразрыва пласта осуществляется следующим образом. Поскольку при ГРП в большинстве случаев (за исключением мелких скважин) возникают давления, превышающие допустимые для обсадных колонн, то предварительно в скважину спускают НКТ, Способные выдержать это давление. Выше кровля пласта или пропластка, в котором намечается произвести разрыв, устанавливают пакер, изолирующий кольцевое простран­ство и колонну от давления, и устройство, предупреждающее его смещение и называемое якорем. По спущенным НКТ на­гнетается сначала жидкость разрыва в таких объемах, чтобы получить на забое давление, достаточное для разрыва пласта. Момент разрыва на поверхности отмечается как резкое увели­чение расхода жидкости (поглотительной способности сква­жины) при том же давлении на устье скважины или как резкое уменьшение давления на устье при том же расходе. Давление горных пород равно:

Р_г = r_ПgН (4)

Силы сцепления частиц породы равно:

Р_р = Р_г + s_Z (5)

более объ­ективным показателем, характеризующим момент ГРП, явля­ется коэффициент поглотительной способности

k_п = Q/(p_з – р_п) (6)

где Q—расход нагнетаемой жидкости; р_п—пластовое давле­ние в районе данной скважины; р_з—давление на забое сква­жины в процессе ГРП.

При ГРП происходит резкое увеличение k_п. Однако вследст­вие трудностей, связанных с непрерывным контролем за вели­чиной р_з, а также вследствие того, что распределение давлений в пласте - процесс существенно неустановившийся, о моменте ГРП судят по условному коэффициенту k.

k = Q/р_у (7)

где р_у—давление на устье скважины.

Резкое увеличение k в процессе закачки также интерпрети­руется как момент ГРП. Имеются приборы для снятия этой ве­личины.

После разрыва пласта в скважину закачивают жидкость-песконоситель при давлениях, удерживающих образовавшиеся в пласте трещины в раскрытом состоянии. Это более вязкая жидкость, смешанная (180—350 кг песка на 1 м³ жидкости) с песком или другим наполнителем. В раскрытые трещины вво­дится песок: на возможно большую глубину для предотвраще­ния смыкания трещин при последующем снятии давления и пе­реводе скважины в эксплуатацию. Жидкости-песконосители проталкивают в НКТ ив пласт продавочной жидкостью, в ка­честве которой используется любая маловязкая недефицитная

жидкость.

Для проектирования процесса ГРП очень важно определить давление разрыва р_р, которое необходимо создать на забое скважины.

Накоплен большой статистический материал по величине давления разрыва пласта р_р по различным месторождениям мира и при различных глубинах скважин, который говорит об отсутствии четкой связи между глубиной залегания пласта и давлением разрыва. Однако все фактические значения р_р ле­жат в пределах между величинами полного горного и гидро­статического давлений. Причем при малых глубинах (менее 1000 м) р_р ближе к горному давлению и при больших глуби­нах — к гидростатическому.

На основании этих данных можно рекомендовать такие при­ближенные значения для давления разрыва:

для неглубоких скважин (до 1000 м)

р_р = (1,74 - 2,57) р_ст,………………………………………………(8)

для глубоких скважин (Н > 1000м)

р_р =(1,32 - 1,97) р_ст,……………………………………………….(9)

где р_ст — гидростатическое давление столба жидкости, высота которого равна глубине залегания пласта.

Сопротивление горных пород на разрыв обычно мало и ле­жит в пределах s_р=1,5 … 3 МПа, поэтому оно не влияет суще­ственно на р_р.

Давление разрыва на забое р_р и давление на устье сква­жины р_у связаны очевидным соотношением

 

р_р = р_у + р_ст – р_{тр ,………………………………………………………………………........ (10)}

где р_тр – потери давления на трении в НКТ.

 

Из уравнения (10) следует:

р_у = р_р + р_тр - р_ст,…………………………………………….....(11)

р_ст - статическое давление, определяется с учетом кривизны скважины

р_ст = r_ж g Н cos b,………………………………………………(12)

где H - глубина скважины; b - угол кривизны (усредненный);

r_ж - плотность жидкости в скважине, причем если жидкость содержит наполнитель (песок, стеклянные шарики, порошок из полимеров и др.), то плотность подсчитывается как средневзве­шенная

r=r_ж(1–n/r_н)+n,…………………………………………………(13)

где n — число килограммов наполнителя в 1м³ жидкости;

р_н—плотность наполнителя (для песка р_н=2650 кг/м³).

Потери на трение определить труднее, так как применяемые жидкости иногда обладают неньютоновскими свойствами. При­сутствие в жидкости наполнителя (песка) увеличивает потери на трение.

В американской практике используются различные графики зависимости потерь давления на трение на каждые 100 футов НКТ разного диаметра при прокачке различных жидкостей с заданным объемным рас ХО дом. При больших темпах закачки, соответствующих турбулентному течению, структурные свойства используемых жидкостей (с различными за­густителями и химическими реагентами) обычно исчезают, и достаточно приближенно по­тери на трение для этих жидкостей можно определить по обычным формулам труб­ной гидравлики.

р_тр = l(Н/d) * (w²/2g) * rga,…………………………………………....(14)

где l - коэффициент трения, определяемый по соответст­вующим формулам в зависи­мости от числа Рейнольдса; w - линейная скорость потока в НКТ; d – внутренний диаметр НКТ; r - плотность жидкости, Н – длина НКТ;

g = 9,81 м/с²; a - поправочный коэффициент, учитывающий наличие в жидкости наполнителя (для чистой воды a = 1) и зависящий от его концентрации.

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: