3. Обзор применения гидравлического разрыва пласта на объекте разработки

Гидравлический разрыв пласта (ГРП) – процесс обработки призабойной зоны скважины с целью расширения и углубления естественных и образования новых трещин в породах призабойной зоны. Достигается это путем создания высоких давлений на забоях скважин закачкой в пласт вязких жидкостей при больших расходах, что обеспечивает быстрое повышение давления на забое. Когда давление превысит гидростатическое примерно в 1,5-2,5 раза, произойдет разрыв или расслоение пласта, т.е. расширятся естественные и образуются новые трещины. Для сохранения трещин в раскрытом состоянии их заполняют песком, который вводят вместе с вязкой жидкостью. В дальнейшем эта жидкость извлекается из призабойной зоны в процессе эксплуатации скважины.

Создание в призабойной зоне скважины одной или нескольких трещин, проникающих в пласт на десятки метров, приводит к увеличению проницаемости пласта в зоне распространения трещин и к значительному улучшению условий притока жидкости.

До начала работ в скважине, выбранной для ГРП, определяют приёмистость, забойное и пластовое давление, определяют глубину забоя скважины. При необходимости проводят очистку забоя и призабойной зоны пласта путём промывки и при необходимости кислотную обработку. Хорошие результаты даёт предварительная перфорация в узком интервале пласта, намеченном для гидравлического разрыва. Перечисленные мероприятия снижают давление разрыва и повышают его эффективность. Проверяют герметичность эксплуатационной колонны и цементного кольца.

Так как при ГРП в большинстве случаев давления превышают допустимые для обсадных колонн, в скважину на НКТ спускают пакер, изолирующий кольцевое пространство и предохраняющий колонну от давления. Пакер спускают с якорем – устройством, предупреждающим смещение пакера по колонне и устанавливают его выше верхних отверстий фильтра (кровли пласта). Интервал посадки пакера прорабатывают гидроскребком. Ниже пакера устанавливаются НКТ с муфтой (так называемый "хвостовик") длиной 1 м. Устанавливают арматуру устья, обвязывают установки насосные, пескосмесительные агрегаты и ёмкости.

Процесс ГРП состоит из следующих последовательных этапов:

1. закачки в скважину жидкости разрыва для создания трещины в пласте;

2. закачки жидкости-песконосителя с песком, предназначенным для закрепления образовавшейся трещины, т.е. для предупреждения её смыкания и сохранения в открытом состоянии после снижения давления ГРП;

3. закачки продавочной жидкости для проталкивания песка в трещины и предохранения их от смыкания.

Перечисленные жидкости называют рабочими жидкостями и к ним предъявляют следующие требования:

- рабочие жидкости не должны уменьшать ни абсолютную, ни фазовую проницаемости;

- при ГРП в добывающих скважинах целесообразно применять жидкости на углеводородной основе;

- свойства рабочих жидкостей должны обеспечивать наиболее полное удаление их из созданных трещин и порового пространства пород;

- рабочие жидкости должны растворяться в пластовых жидкостях;

- вязкость рабочих жидкостей должна быть стабильной в пластовых условиях в течение времени проведения ГРП.

Рабочая жидкость, при закачивании которой в призабойной зоне пласта создается давление, достаточное для нарушения целостности пород пласта, называется жидкостью разрыва.

Для проведения ГРП в породах различной проницаемости и трещиноватости необходимо иметь жидкости разрыва различной вязкости. Обычно жидкости разрыва выбирают с вязкостью от 50 до 500 мПаּс.

При гидравлическом разрыве пластов без естественной трещиноватости применяют жидкости разрыва, хорошо фильтрующиеся через пористую среду. Если ГРП производится в трещиноватых пластах, то выбирают жидкость разрыва, не фильтрующуюся или слабофильтрующуюся в поры пласта. Рабочая жидкость, используемая для транспортирования песка с поверхности до трещин и их заполнения, называется жидкостью - песконосителем. Эта жидкость должна быть слабофильтрующейся и иметь высокую пескоудерживающуюся способность. Способность жидкости удерживать песок во взвешенном состоянии зависит от вязкости жидкости. Вязкость жидкостей увеличивают, добавляя в них загустители.

Рабочая жидкость, применяемая для продавливания жидкости разрыва в обрабатываемый пласт (и смеси жидкости-песконосителя с песком – в созданные трещины), называется продавочной жидкостью. Вязкость продавочной жидкости должна быть минимальной.

Закачивают жидкость разрыва минимальной вязкости одной насосной установкой на 2-3 режимах работы насоса. При этом замеряют давление, приёмистость и определяют коэффициент приёмистости скважины на каждом режиме. Затем ту же жидкость разрыва закачивают несколькими насосными установками при максимально возможной производительности насосов. Определяют величину четвёртого коэффициента приёмистости. Если при последнем режиме нагнетания достигается увеличение коэффициента приёмистости в 2-3 раза по сравнению с первым режимом нагнетания одной насосной установкой на низшей скорости и зависимость расхода жидкости от давления нагнетания имеет вид, то делают вывод о наличии трещин в разрываемом пласте. Если по данным закачивания жидкости разрыва с минимальной вязкостью трудно однозначно установить образование трещин и достигнутое давление намного ниже развиваемого насосными установками, то работы повторяют с использованием жидкости разрыва повышенной вязкости.

На длительно разрабатываемых месторождениях величина давления разрыва (или его градиента) и наиболее эффективный тип жидкости разрыва уже известны. Поэтому нет необходимости проведения перечисленных исследований в полном объёме на каждой скважине.

После установления признаков наличия трещин в разрываемом пласте имеющимися на скважине насосными установками приступают к их закреплению.

Для дальнейшего развития трещин и облегчения ввода в них песка перед жидкостью-песконосителем закачивают 3-4м³ слабофильтрующейся жидкости повышенной вязкости. Затем закачивают жидкость с песком при максимально возможных производительности и давления для обеспечения максимального раскрытия созданных трещин. Продавочную жидкость закачивают непосредственно за песчано-жидкостной смесью без снижения темпов закачивания. Объём продавочной жидкости должен быть равным или больше (в зависимости от длины "хвостовика") объёма НКТ, на которых спущен пакер.

Для предупреждения выноса песка из трещин и образования песчаных пробок на забое после завершения продавливания песчано-жидкостной смеси в трещину устье скважины закрывают до момента снижения давления до атмосферного. Одновременно демонтируют насосные установки и другое наземное оборудование.

После снижения давления на устье скважины срывают и извлекают пакер с якорем, спуском НКТ промывают забой от осевшего проппанта и отбивают забой скважины. В нагнетательных скважинах определяют приемистость.

Гидроразрыв пласта является одной из самых дорогих технологических операций среди методов стимулирования скважин. Стоимость процесса во многом определяется размерами трещины, которую предполагается получить в процессе разрыва. В зависимости от размеров трещины технологический процесс ГРП принято подразделять на три категории:

1.1. Массированный (глубокопроникающий), длина трещины до 100 и более метров. Применяется в пластах с толщиной 10 и более метров, с проницаемостью менее 150 мд.

1.2. Нормальный (средний), длина трещины до 50 м. Применяется в пластах с проницаемостью 150-300 мд и толщиной не менее 5 м.

1.3. Миниразрыв, длина трещины 10-20 м. Применяется в пластах с высокой проницаемостью (более 300 мд), но с заблокированной (загрязненной) призабойной зоной.

Технологическая схема проведения гидравлического разрыва пласта