книги / Мониторинг гидравлического разрыва пласта на основе математической обработки геолого-промысловых данных

УДК 622.276 М773

Рецензенты:

доктор технических наук, заместитель директора филиала по научной работе в области геологии И.С. Путилов (филиал ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг» «ПермНИПИнефть» в г. Перми);

доктор технических наук, профессор, заведующий лабораторией геотехнологических процессов и рудничной газодинамики С.С. Андрейко (Горный институт Уральского отделения РАН)

Мониторинг гидравлического разрыва пласта на основе М773 математической обработки геолого-промысловых данных :

монография / А.В. Растегаев, В.И. Галкин, И.Н. Пономарева, Д.А. Мартюшев. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2020. – 95 с.

ISBN 978-5-398-02407-4

Описывается методика определения параметров трещин гидроразрыва пласта, основанная на комплексном анализе материалов гидродинамических и геолого-промысловых исследований.

Издание представляет научный интерес для специалистов научных, проектных и производственных организацией, занимающихся разработкой нефтяных месторождений, преподавателей учебных заведений нефтегазового профиля, студентов и аспирантов.

УДК 622.276

Монография подготовлена при финансовой поддержке гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых – кандидатов наук (МК-47.2020.5)

3

ПРЕДИСЛОВИЕ

В настоящее время гидравлический разрыв пласта (ГРП) является одним из эффективных методов интенсификации добычи нефти. Адекватный подбор конкретной технологии и скважины – объекта воздействия – позволяет получать существенное увеличение продуктивных характеристик. Значительная часть разрабатываемых в настоящее время залежей приурочена к продуктивным пластам сложного геологического строения, неоднородных по площади и по разрезу. Большая доля месторождений находится на заключительных стадиях разработки, для которых характерно наличие «промытых» зон. Контроль за развитием трещин в таких условиях приобретает весьма важное значение. Одним из эффективных инструментов решения указанной задачи является микросейсмический мониторинг (МСМ) – контроль излучения сейсмических волн, образующихся в результате высвобождения энергии упругих деформаций.

Существуют различные подходы к реализации микросейсмического мониторинга ГРП, и некоторые из них опробованы на скважинах нефтяных месторождений, разрабатываемых ООО

«ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ».

Однако на практике по ряду причин далеко не все процедуры ГРП удается сопроводить микросейсмическим мониторингом.

Так, кондиционность результатов, а именно соответствие характеристик прогнозной трещины реальной, при микросейсмическом мониторинге ГРП зависит от многих составляющих. В Пермском крае основное влияние на прохождение волн оказывают поверхностные сейсмогеологические условия. На площадях с неблагоприятными сейсмогеологическими условиями не всегда удается получить кондиционный материал при проведении сейсморазведки 2D и даже 3D при использовании многократного суммирования от общей глубинной точки. Поэтому сложность поверхностных сейсмогеологических условий оказывает существенное влияние на результаты мониторинга при использованииназемных систем наблюдения.

4

Также необходимо учитывать удорожание процедуры гидравлического разрыва, если она сопровождается микросейсмическим мониторингом.

В связи с этим представляется целесообразной разработка методики определения характеристик трещины гидроразрыва на основе анализа косвенных данных, например материалов гидродинамических и промысловых исследований. Решению указанной задачи и посвящена настоящая монография. Очевидно, разработку методики следует осуществлять на примере скважин, осуществление ГРП на которых сопровождалось высококачественным микросейсмическим мониторингом. Результаты мониторинга, в свою очередь, можно использовать для оценки достоверности разрабатываемой методики.

5

ГЛАВА 1. ОБЗОР ОПЫТА МИКРОСЕЙСМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ГРП НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ПЕРМСКОГО КРАЯ

Характерной особенностью Пермского края как нефтедобывающего региона следует считать значительное разнообразие геоло- го-физических условий месторождений, находящихся в промышленной разработке. В настоящее время в регионе осуществляется добыча как мало-, так и высоковязкой нефти из терригенных и карбонатных коллекторов различного возраста, от девонского до пермского. И практически для всех перечисленных условий накоплен опыт проведения ГРП. При этом, на дату анализа, микросейсмическим мониторингом сопровождалось 17 мероприятий, также реализованных в разных геолого-физических условиях.

Ниже приведено краткое описание основных технологий микросейсмического мониторинга и опыта их реализации при сопровождении ГРП на скважинах нефтяных месторождений Пермского края.

При проведении ГРП на скважине № 221 Шершневского месторождения в 2011 г. прием сейсмических колебаний осуществлялся наземной радиальной расстановкой радиусом 1500 м, состоящей из шести линий приема, пересекающихся в центральной точке каждого профиля. В результате реализации метода установлено, что область закрепленной трещиноватости имеет следующую конфигурацию: основной (~200 м) канал западного простирания, второстепенные ортогональные ответвления северного простирания – ~65 м – на удалении ~150 м от скважины, ~50 и ~30 м на удалениях ~50 и ~30 м соответственно, а также первые ~30 м южного ответвления на удалении ~150 м от скважины. Суммарные линейные размеры области закрепленной трещиноватости составили 375 м.

Аналогичный подход реализован при проведении ГРП на скважине № 177 Чашкинского месторождения и скважинах № 108, 114 и 128 Маговского месторождения.

6

При микросейсмическом мониторинге ГРП, выполненном на скважине № 2173 Кокуйского месторождения, прием сейсмических колебаний проводился наземной нерегулярной расстановкой, состоящей из 29 пунктов приема, разнесенных вокруг проекции на дневную поверхность положения ствола скважины относительно интервала проведения ГРП. Схожая методика реализована на скважине № 268 Батырбайского месторождения, скважинах № 627 и 967 Москудьинского месторождения, скважине № 421 Батырбайского месторождения, скважине № 2147 Шагиртско-Гожанского месторождения и еще на ряде скважин. Отличительной особенностью каждого конкретного мониторинга являлось разное количество используемых пунктов приема. В некоторых случаях, помимо наземных станций, использовались вертикальные датчики или сейсмометры, спущенные в соседние скважины.

Детальный анализ накопленного опыта МСМ ГРП на месторождениях Пермского края позволил выделить мероприятия, которые можно считать наиболее достоверными и информативными. Очевидно, что результаты интерпретации МСМ ГРП по данным скважинам можно использовать в качестве эталонных при разработке косвенных способов оценки параметров трещин гидравлического разрыва, что будет реализовано в ходе дальнейших исследований.

7

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ ТРЕЩИНЫ ГРП

Известно, что основным результатом проведения гидравлического разрыва следует считать образование в пласте трещины (трещин). Важнейшая задача мониторинга – оценка размеров и пространственного расположения образовавшейся трещины.

В данной работе авторы предлагают оценивать размеры трещины по данным интерпретации материалов гидродинамических исследований скважин при неустановившихся режимах (методом восстановления давления), а направление трещинообразования – при анализе изменения в поведении элемента системы разработки, в котором расположена скважина – объект гидроразрыва. Детальное описание предлагаемого подхода представлено ниже.

2.1. Оценка размеров трещин ГРП по материалам гидродинамических исследований скважин

Гидродинамические исследования скважин (ГДИС) методом восстановления давления позволяют получать большой объем информации о фильтрационных параметрах пластовой системы в зоне дренирования исследуемой скважины. Особо актуальным в этой связи представляется изучение результатов проведения того или иного геолого-технического мероприятия. Обработанная специальными методами кривая восстановления давления (КВД) позволяет получить сведения об изменении проницаемости, пластового давления, скин-фактора и других параметров после воздействия на пласт. В настоящее время признанным лидером в области интерпретации материалов ГДИС является программный продукт KAPPA Workstation (модуль Saphir). Одной из его характерных особенностей является возможность диагностировать наличие трещины в зоне дренирования исследуемой скважины и ее размеры.

Схематичное изображение трещины гидроразрыва, принятое в практике нефтепромыслового дела и в том числе в программном

8

продукте KAPPA Workstation (модуль Saphir), представлено на рис. 2.1. Данное представление получено исходя из механики горных пород, согласно которой трещина всегда имеет симметричную «двукрылую» геометрическую форму.

Рис. 2.1. Схематическое изображение трещины

Ванализе трещины делается допущение, что она внутренне разрастается до постоянного размера, иначе говоря, ширина трещины не меняется с высотой или длиной.

Вмодуле Saphir реализованы две модели трещины: с высокой или бесконечно высокой проводимостью (нулевым динамическим перепадом давления) и конечной проводимостью. При высокой проводимости принимается, что динамическое падение давления внутри трещины является ничтожно малым. В случае низкой проводимости

впределах трещины моделируется пьезопроводность (движение). Модель трещины с высокой проводимостью, в свою очередь,

реализована в двух видах: модель бесконечно высокой проводимости исходит из нулевого динамического перепада давления в трещине. Модель однородного притока – из однородной добычи на единицу длины трещины. Для обеих моделей после окончания влияния объема ствола скважины, если позволяет длина трещины, на ее поведение воздействуют преимущественно линейный и однородный потоки из коллектора в направлении трещиныпод прямым угломк ееплоскости.

На графике рис. 2.2, а, видим, что в двойном логарифмическом масштабе линейный поток характеризуется половинным единичным наклоном на кривых давления и производной. Линия произ-

9

водной меньше давления, это смещение соответствует коэффициенту 2 на линейной шкале. На рис. 2.2, а, приводится иллюстрация поведения трещины с бесконечно высокой проводимостью при разных длинах трещины и объеме ствола скважины.

а

б

Рис. 2.2. Трещины: а – с бесконечно высокой проводимостью; б – с конечной проводимостью

Модель трещины с конечной проводимостью имеет такую же геометрическую форму, как и модель с высокой проводимостью, но предполагается наличие значительного градиента давления по тре-

щине (рис. 2.2, б).

В отсутствие влияния ствола скважины первым режимом потока является линейное течение по оси трещины, одновременно ис-

10