Современные методы оптимизации гидроразрыва пласта



Скачать 338.99 Kb.
страница1/4
Дата12.11.2016
Размер338.99 Kb.
  1   2   3   4

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ОПТИМИЗАЦИИ ГИДРОРАЗРЫВА ПЛАСТА




Проф. Майкл Дж. Экономидес

Хьюстонский университет, Хьюстон, США

АННОТАЦИЯ


Проблема отдачи скважин, подвергнутых гидроразрыву с последующей обработкой, является предметом постоянного обсуждения в литературе по нефтедобыче. Проблема охватывает все аспекты – от исследования свойств потока до разработки оптимальной конструкции. Оптимизация может затрагивать экономическую концепцию в целом, а также и сводиться к уменьшению стоимости расходов на выполнение работ, или же к достижению максимального темпа добычи или объема закачиваемой жидкости в единицу времени.

Вне зависимости от конечного критерия морфология трещины определяется прежде всего проницаемостью пласта. В малопроницаемых пластах оправдано образование длинных трещин, широкие же и короткие трещины более эффективны в высокопроницаемых пластах. Для пласта с заданными размерами и проницаемостью масса расклинивающего агента, закачиваемого в продуктивный пласт, постоянна и определяется единственным образом, и эта величина – число расклинивающего агента – обеспечивает максимальный коэффициент продуктивности скважины, который можно получить при оптимальном значении безразмерной удельной проводимости трещины. Число расклинивающего агента и оптимальная безразмерная удельная проводимость трещины полностью и однозначно определяют оптимальные размеры трещины.



В результате усовершенствования технологий гидроразрыва и разработки методики гидроразрыва высокопроницаемых пластов (high permeability fracturing: HPF), которую на профессиональном сленге называют обычно “frac & pack” (разрыв с расклиниванием), технологию гидроразрыва, применявшуюся ранее лишь для малопроницаемых пластов, удалось распространить на все виды скважин. В первую очередь это касается газовых скважин. В настоящее время технология гидроразрыва пласта применяется при разработке более 60 процентов нефтяных и 85 процентов газовых скважин, и область применения этого метода продолжает расширяться.
Основная идея данной статьи, а также книги, посвященной тому же вопросу (Economides, Oligney and Valkó, 2002), заключается в возможности применения гидроразрыва к пластам любой проницаемости. Этот подход, названный нами Единой методикой расчета трещины (Unified Fracture Design: UFD), хорошо обоснован теоретически и может применяться на практике. При этом он одинаково применим ко всем типам пластов – как малопроницаемых, так и высокопроницаемых, в твердой или мягкой породе. Таким образом, разработанная методика является универсальной.

ВВЕДЕНИЕ


Технология нефтедобычи включает в себя целый ряд мероприятий, связанных с продуктивностью скважины и индексом приемистости. В сущности, есть разница между технологией разработки пласта, которая охватывает широкий круг вопросов, связанных с нефтяными и газовыми коллекторами (в частности, объемом и временным охватом извлечения сжиженных нефтепродуктов), и технологией нефтедобычи, часто относящейся к одной или нескольким конкретным скважинам. Одним из главных факторов является стремление ускорить темпы добычи путем увеличения дебита скважины или объема закачиваемой жидкости в единицу времени. Широко внедряются и используются новые понятия, такие как повышение продуктивности и воздействие на скважину. Иногда настолько же важным является уменьшение депрессии скважины, т.е. разности давления вытеснения (пласта) и динамического забойного давления. На первый взгляд, чем ниже динамическое забойное давление, тем больше должен быть темп добычи, но это не всегда желательно. Понижение динамического забойного давления может повлечь за собой множество вредных последствий, таких как загрязнение, запарафинивание и отложение асфальтена; образование конуса обводнения или газового конуса и вынос песка. Таким образом, очень важно сразу же осознать, что возбуждение и предполагаемое увеличение коэффициента продуктивности скважины не приводят сами по себе к повышению темпа добычи. Коэффициент продуктивности распределяется при этом таким образом, что некая соответствующая его часть идет на повышение темпа выработки и/или уменьшение депрессии, в зависимости от характеристик данной скважины.
По всей видимости, гидроразрыв пласта является самым эффективным способом возбуждения притока за всю историю нефтедобывающей промышленности.
Инициирование гидроразрыва пласта в скважине представляет собой разрыв при растяжении или гидравлический разрыв окружающей породы вследствие закачивания жидкости(1-6). Трещина распространяется от скважины в пласт по мере закачивания большого количества жидкости в единицу времени. Давление, необходимое для инициирования разрыва, часто оказывается значительно выше давления, требуемого для распространения трещины. Как правило, в соответствующий момент времени к закачиваемой жидкости добавляется расклинивающий агент, назначение которого – удерживать трещину в открытом состоянии. Таким образом, образуется канал для протекания жидкости из коллектора в ствол скважины.
Прежде метод гидроразрыва пласта применялся почти исключительно для стимуляции производительности или для закачки в скважины, находящиеся в малопроницаемых пластах(1-3,5). Трещина, полученная таким способом, всегда давала канал высокой проводимости. Соответственно, образование длинной трещины, допускающей значительную глубину прохода пласта по каналу высокой проводимости, всегда было основной целью при разработке малопроницаемых пластов. При отсутствии ограничений на гидроразрыв эта цель достигается без труда.
Однако в высокопроницаемых пластах увеличение удельной проводимости, имеющее место при образовании обычной трещины, было бы весьма незначительно и привело бы к образованию трещины с малой удельной проводимостью. Низкая проводимость имеет следствием сильное падение давления по всей длине трещины в процессе выработки. Это было бы экономически невыгодно, поскольку в таком случае длина трещины не работает на повышение производительности скважины.
Возможно, некоторые читатели с трудом поймут логику приведенного выше рассуждения. Следует отметить, что именно по проницаемости следует сравнивать движение флюидов сквозь образовавшуюся трещину с движением флюидов в противном случае, т.е. без образования трещины. В малопроницаемых коллекторах даже при небольшом воздействии на пласт образуется трещина с высокой удельной проводимостью. При этом трещина обязательно должна быть узкой и длинной. Даже нефтяники-эксплуатационники часто об этом забывают. Не так уж трудно закачать большое количество расклинивающего агента и «забить трещину» в малопроницаемом пласте. Часто требуется закачка расклинивающего раствора очень низкой концентрации в течение долгого времени.
Напротив, в высокопроницаемых коллекторах именно итоговая удельная проводимость трещины является важнейшим фактором, в то время как длина ее имеет лишь второстепенное значение.
Выявлению этого физического условия на гидроразрыв высокопроницаемых пластов в немалой мере способствовала разработка методики образования блока расклинивающего агента на входе в трещину (tip-screen-out: TSO)(7). Этот метод обеспечивает прекращение бокового расширения трещины с последующей закачкой. В результате образуется относительно короткая широкая трещина с гораздо большей удельной проводимостью по сравнению со случаем гидроразрыва без ограничений. Далее, в разрывах небольшой длины протечка флюида в пласт незначительна (что особенно важно при разработке в высокопроницаемых пластах), а это способствует достижению цели обработки.
Итак, в последние несколько лет наметились широкие возможности применения гидроразрыва к высокопроницаемым пластам. Об этом и идет речь в следующей главе.
Задачи гидроразрыва высокопроницаемых пластов

Первая задача заключается в интенсификации притока или нагнетания скважины. Значительная часть данной главы посвящается оптимизации размеров разрыва.


Помимо очевидных, имеются следующие основания для применения гидроразрыва высокопроницаемых пластов:

  1. Предотвращение повреждения продуктивного пласта

Трещина, распространяющаяся за пределы области повреждения призабойной зоны, эффективно предотвращает и сводит на нет эффекты упомянуой зоны повреждения. Если не принять мер против этих эффектов, производительность уменьшится, и произойдет значительное нежелательное падение давления в скважине. Кислотная обработка под давлением ниже давления гидроразрыва часто недостаточно эффективно предотвращает повреждения в призабойной зоне, либо оказывается безрезультатной.


  1. Снижение депрессии в призабойной зоне при выходе продукта

Депрессия, равная разности давления пласта и динамического забойного давления, является единственной силой, обеспечивающей движение потока от пласта к стволу скважины. Увеличение депрессии может сказаться на прочности пласта. Непрочность пласта может привести к миграции мелких фракций и песка в зону ствола скважины. При коротком и широком разрыве эта проблема решается в результате уменьшения как депрессии, так и скорости песка-коллектора вблизи ствола скважины.

  1. Улучшение сообщения между слоями пласта и стволом скважины

В многослойных пластах из песка и сланца тонкий слой песка может недостаточно эффективно сообщаться со стволом скважины. Образование трещины обеспечивает непрерывную проницаемую по вертикали связь с перфорационными каналами.

  1. Уменьшение воздействия недарсиевого потока в очень осушенном газе и/или в газоконденсатах

Обычно для пластов с проницаемостью ниже 5 миллидарси влияние недарсиевого потока незначительно. В высокопроницаемых пластах недарсиев член, возрастает и может существенно уменьшить дебит скважины. Гидроразрыв обеспечивает более высокую удельную проводимость, и скорость потока от резервуара может уменьшиться достаточно для устранения или существенного уменьшения недарсиевых эффектов(8).

ВЫБОР ПОДХОДЯЩЕЙ СКВАЖИНЫ

Для выявления скважины, подходящей для применения гидроразрыва в высокопроницаемом пласте, и, что еще важнее, размеров трещины и способа ее обработки, удобно разбить скважины на два больших класса по цели воздействия на скважину:



  1. Повышение продуктивности.

    • Пласты, к которым неприменима структурная кислотная обработка из-за их минералогических свойств или вследствие слишком распространенной или слишком сильной закупорки, не устранимой посредством структурной кислотной обработки.

    • В стратифицированных слоях песка/сланца имеется несколько продуктивных зон, в которых сообщение стратифицированных слоев со скважиной возможно лишь при условии гидроразрыва.

    • Газовые скважины в высокопроницаемых пластах, разработка которых затруднена недарсиевыми потоками. С помощью гидроразрыва можно существенно уменьшить недарсиевы эффекты. По мнению Сеттари и др (Settari et al.)(8), чем выше пластовое давление, тем менее эффективна трещина для снижения турбулентности в пласте, причем это верно для пласта любой проницаемости. Поэтому требуется трещина большей длины.




  1. Решение проблем депрессии в призабойной зоне.

  • Не очень плотные пласты, в которых гидроразрыв заменяет гравийную набивку без соответствующей закупорки, которая практически всегда имеет место в гравийных фильтрах, приводя к образованию широкой призабойной зоны со сниженной проницаемостью. Снижение потока жидкости при нужном дебите скважины вследствие существенного увеличения в зоне контакта со слоем является основным механизмом, благоприятствующим гидроразрыву высокопроницаемого пласта в не очень плотных пластах. Упомянутое увеличение в зоне предотвращает разрыхление песка и его миграцию в сторону скважины. Все скважины, рассматриваемые на предмет заполнения скважинного фильтра гравием, а особенно те, в которых гравийный фильтр может снизить проницаемость призабойной зоны, обычно лучше подходят для гидроразрыва высокопроницаемых пластов.



  1   2   3   4


База данных защищена авторским правом ©bezogr.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница