Таблица 2.
Обороты вискозиметра |
Скорость сдвига |
100 | 170 |
200 | 341 |
300 | 511 |
600 | 1022 |
Скорость сдвига при 100 об/мин (170 сек-1) моделирует вязкость жидкости в трещине разрыва.Показания вискозиметра Фанна при 300 об/мин соответствует вязкости 511 сек-1.
Воронку Марша применяют для измерения вязкости в полевых условиях. Время истечения из воронки 500 мл жидкости называется показателем воронки Марша.
2.5.4. Регулирование фильтруемости жидкости
Величина эффективности жидкости разрыва показывает, какой объем жидкости поглащается пластом по отношению к количеству жидкости, создающему трещину. Например, если эффективность жидкости равна 0,65 это означает, что 35% жидкости теряется, и лишь 65% жидкости образуют объем разрыва. Упрощенно можно сказать, что чем ниже потери жидкости, тем выше ее эффективность. Однако , следует помнить, что хотя чрезмерная фильтрация нежелательна, от низкого поглощения не будет пользы, если не добавить в жидкость достаточное количество проппанта для надлежащего расклинивания трещины. Более низкая утечка жидкости также не даст трещине быстро сомкнуться и позволит проппанту выпасть из взвешенного состояния.
Для количественной характеристики потерь жидкости применяется коэффициент фильтруемости, в котором учтены порода пласта, свойства жидкости и параметры жидкости разрыва.
2.5.5. Несущая способность жидкости по проппанту.
Несущая способность по проппанту является функцией подачи насоса, вязкости, концетрации песка и трения о поверхность трещины разрыва. Во время гидроразрыва на проппант действуют как вертикальная, так и горизонтальная составляющие вектора скорости. Горизонтальная составляющая обычно гораздо больше вертикальной, благодоря чему проппант перемещается вместе с жидкостью. Как только работа насоса прекращается, проппант будет оседать до тех пор, пока трещина не сомкнется.
Полимерсшитые жидкости имеют очень большую вязкость и образуют с проппантом почти идеальную суспензию, что позволяет заполнить проппантом весь объем трещины. В маловязких системах, например, в жидком CO2 , для получения взвеси частиц проппанта используется турбулентоность.
2.5.6. Трение.
При проведении гидроразрыва до половины мощности механизмов, сосредоточенных на площадке, может затрачиваться на преодоление трения в НКТ. Некоторые жидкости проявляют большую силу трения, чем другие. Кроме того, трение тем выше, чем меньше диаметр труб. Учет трения жидкости и требования по расходу при проектировании гидроразрыва не менее важны, чем ограничение по давлению или совместимость с пластом. На основании информации по большому количеству гидроразрывов были составлены графики давления, которые помогут при проектировании энергетических потребностей процесса.
2.5.7. Безопасность.
При выборе жидкости разрыва помимо опасности высокого давления, присутствующего при любом ГРП, следует учитывать также пожароопасность и токсичность жидкости.
2.5.8. Удаление и определение количества жидкости.
Возврат скважины на добычу после гидроразрыва требует тщательного планирования. Если давление на забое скважины недостаточно для того, чтобы скважина начала добывать сама, можно газифицировать жидкость, создав этим дополнительную знергию и понизив статическое давление. Некоторые жидкости разрыва, как жидкий CO2 или пены, удаляются очень быстро и с определением их объема.
2.6.Расклинивающие материалы (проппанты)
2.6.1. Проппанты и расклинивание трещин разрыва
Расклинивание выполняется с целью поддержать проницаемость, созданную путем гидроразрыва. Проницаемость трещины зависит от ряда взаимосвязанных факторов:
1) типа, размера и однородности проппанта;
2) степени его разрушения или деформации;
3) количества и способа перемещения проппанта.
Некоторые наиболее употребительные размеры проппантов :
Таблица 3.
Размер сит | Предельные размеры частиц(мм) |
100 | 0,150 |
40-60 | 0,419-0,250 |
20-40 | 0,841-0,419 |
12-20 | 1,679-0,841 |
8-12 | 2,380-1,679 |
2.6.2. Свойства расклинивающих агентов
1) Размеры и однородность
- с уменьшением предельных размеров частиц материала увеличивается нагрузка, которой он может противостоять, что способствует устойчивости проницаемости заполненной проппантом трещины.
- при нулевом напряжении смыкания проницаемость керамического проппанта 20/40 . Одна из причин этого - более однародная, по сравнению с песком, сферичность керамических частиц.
- значительное содержание мелких частиц (пыли) в песке может существенно понизить проницаемость трещины разрыва. Например, если через сито 40 проходит 20% частиц проппанта 20/40 , проницаемость снизится в 5 раз.
- проницаемость песка 10/16 примерно на 50% выше проницаемости песка 10 - 20.
- оценку свойств проппантов рекомендуется проводить по методике
Американского Нефтяного Института (API RP 56) .
2) Прочность
При увеличении напряжения смыкания трещины или горизонтального напряжения в скелете породы пласта происходит существенное снижение проницаемости проппантов. Как видно из графиков долговременной проницаемости проппантов, при напряжении смыкания 60 Мпа проницаемость проппанта 20/40 "CarboProp" значительно выше, чем у обычного песка. При напряжении смыкания выше, чем у обычного песка. При напряжении смыкания примерно 32 Мпа кривые размеров частиц для всех обычных песков быстро падают. Прочность песчанных зерен колеблется в зависимости от места происхождения песка и предельных размеров частиц.
3) Термохимическая стабильность
Все применяемые проппанты должны быть, по возможности, химически инертны. Они должны противостоять агрессивным жидкостям и высоким температутам.
4) Стоимость
Наиболее дешевым проппантом является песок. Высокопрочные проппанты, например, агломерированный боксит или песок со смолистым покрытием, гораздо дороже. Оценку их применимости следует делать на основании индивидуального экономического анализа по данной скважине.
2.6.3. Испытание на проницаемость.
При выборе необходимых типов и размеров проппанта весьма важно определить его проницаемость. Прежде при испытаниях проппантов применялись камеры радиальной фильтрации. Однако некоторые принципиальные сложности -явления, связанные с течениями, неподчиняющимися закону Дарси, и весьма низкие, не поддающиеся измерению, перепады давления не позволяли получать надежные результаты испытаний. Несовершенство радиальных камер привело к разработке линейных фильтрационных камер.
Долговременная проницаемость.
Принципиальным недостатком методики АНИ является то, что она дает результаты только по кратковременной проницаемости. На промыслах было обнаруженно, что прогнозная добыча очень редко соответствовала фактической. Тому есть много причин, но главной причиной являлись чересчур оптимистические данные по кратковременной проницаемости, использованные при прогнозировании.
2.6.4. Типы проппантов.
Первым материалом, который использовался для удержания трещины в раскрытом состоянии, был кремнистый песок. По мере развития технологии становилось ясно, что некоторые типы песка лучше других.
Кроме того, были созданы искусственные проппанты, пригодные для использования там, где естественные пески непригодны.
1) Керамические проппанты
Существует два типа керамических проппантов : агломерированный боксит и проппанты промежуточной прочности. Проницаемость последних близка к проницаемости агломерированного боксита, плотность же их ниже, чем у боксита, но чуть выше, чем у песка.
Агломерированный боксит - это высокопрочный проппант, разработанный компанией "Экссон продакшн рисерч". Изготавливают его из высококачественных импортных бокситовых руд. Процесс изготовления включает измельчение руды на очень мелкие частицы, преобразование первичной руды в сферические частицы нужного размера и обжиг их в печи при достаточно высокой температуре, вызывающей процесс агломерации. Конечный продукт обычно содержит 85% Al2O3
. Остальные 15% составляют оксиды железа, титана и кремния. Удельная плотность его 3,65 по сравнению с плотностью песка 2,65. Применяются агломерированные бокситы в основном в глубоких (глубже 3500 м) скважинах.
2) Керамики промежуточной плотности
Эти проппанты отличаются от агломерированных бокситов, прежде всего, своим составом. Содержание оксида алюминия в них ниже, содержание кремния - выше, а удельная плотность составляет 3,15. При давлениях до 80 Мпа по проницаемости они близки к агломерированным бокситам. Поэтому в большинстве случаев, благодаря более низкой стоимости, ими заменяют бокситы.
3) Керамики низкой плотности
Эти проппанты изготавливаются так же, как и другие керамики. Главное их отличие - состав. Они содержат 49% Al2O3 , 45% SiO2 , 2% TiO2 и следы других оксидов. Плотность этих проппантов равна 2,72 , то-есть они наиболее распространенные проппанты благодоря их цене, прочности плотности, близкой к плотности песка.
2.7. Расчет гидравлического разрыва пласта
Составить план проведения гидроразрыва пласта, выбрать рабочие жидкости и оценить показатели процесса для седующих условий :
Эксплуатационная скважина (таблица 4), месторождения.
Таблица 4.
ПОКАЗАТЕЛЬ | ОБОЗНАЧЕНИЕ | ВЕЛИЧИНА | РАЗМЕРНОСТЬ |
Глубина скважины | L | 2100 | м |
Диаметр по долоту | D | 0,25 | м |
Вскрытая толщина пласта | H | 13,5 | м |
Средняя проницаемость | K | 9,8*10-8 | м2 |
Модуль упругости пород | E | 2*1010 | Па |
Коэффициент Пуассона | n | 0,25 |
|
Средняя плотность пород над продуктивным горизонтом | rп | 2385,2 | кг/м3 |
Плотность жидкости разрыва | rн | 930 | кг/м3 |
Вязкость жидкости разрыва | m | 0,2 | Па*с |
Концентрация песка | С | 1200 | кг/м3 |
Темп закачки | Q | 1,2*10-2 | м3/с |
1.Вертикальная составляющая горного давления:
Ргв = rgL = 2385,6*9,81*2100*10-6 = 46,75 МПа (2.6.)
2.Горизонтальная составляющая горного давления:
Рг = Ргв*n/(1-n) = 46,75*0,25/(1-0,25) = 15,58 МПа (2.7.)
В подобных условиях при ГРП следует ожидать образования вертикальной трещины.
Запроектируем гидроразрыв нефильтрующейся жидкостью. В качестве жидкости разрыва и жидкости песконосителя используем загущенную нефть с добавкой асфальтина , плотность и вязкость даны в таблице. Соддержание песка принимаем (см в таблице 4.) , для расклинивания трещины запланируем закачку примерно 5 т кварцевого песка фракции 0,8-1,2 мм, темп закачки (данные в таблице 4.), что значительно больше минимально допустимого при создании вертикальных трещин.
При ГРП непрерывно закачивают жидкость-песконоситель в объеме 7,6 м3 , которая одновременно является и жидкостью разрыва.
Для определения параметров трещины используем формулы, вытекающие из упрощенной методики Ю.П.Желтова.
3.Определим давление на забое скважины в конце гидроразрыва:
Рзаб/Рг*(Рзаб/Рг-1)3 = 5,25Е2*Q*m/((1-n2)2*Рг2*Vж) =5,25*(2*1010)2*12*10-3*0,2/(1-0,252)2*(15,58*106)3*7,6) = 2*10-4 (2.8.)
Рзаб = 49,4*106
= 49,4 МПа (2.9.)
4.Определяем длину трещины :
l = (VжE/(5,6(1-n2)h(Рзаб-Рг)))1/2 = (7,6*2*1010/(5,6*(1-0,252)*13,5*(49,4 - 15,58)*106))1/2 = 31,7 м (2.10.)
5.Определяем ширину (раскрытость) трещины: (2.11.)
w = 4(1-n2)*l*(Рзаб-Рг)/E = 4*(1-0,252)*31,7*(49,4-15,58)*106/1010
= 0,0158 м =1,58 см
6.Определим распространение жидкости-песконосителя в трещине:
l1=0,9*l = 0,9*31,7 = 28,5 м (2.12.)
7.Определим остаточную ширину трещины, принимая пористость песка после ее закрытия m=0,2:
w1 = wno/(1-m) = 1,58*0,107/(1-0,3) = 0,73 см (2.13.)
8.Определяем проницаемость трещины такой ширины:
kт = w21/12 = 0,00732/12 = 4,44*10-6 м2 (2.14.)
Гидроразрыв будем проводить через НКТ с внутренним диаметром d = 0,076 м, изолируя продуктивный пласт пакером с гидравлическим якорем.
Определим параметры ГРП.
1.Потери давления на трение при движении жидкости-песконосителя по НКТ.
rж = rн(1-no)+rпес*no = 930*(1-0,324)+2500*0,324 = 1439 кг/м3 (2.15.)
Число Рейнольдса
Re = 4Qrж/(pdmж) = 4*12*10-3*1439/(3,14*0,062*0,56) = 516,9 (2.16.)
Коэффициент гидравлического сопротивления
l = 64/Re = 64/633,7 = 0,124 (2.17.)
По Ю.В.Желтову, при наличии песка в жидкости при Re>200 происходит ранняя турбулизация потока, и потери на трение при Re=516.9 и no = 0,324 возрастают в 1,52 раза:
16Q2L 1,52*0,124*16*(12*10-3)2*2100*1439
Рт = 1,52l¾¾¾ rж = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ = 26 МПа (2.18.)
2p2d5 2*3,142*0,0765
2.Давление, которое нужно создать на устье при ГРП:
Ру = Рзаб-rжgL + Рт = 49,4-1439*9,81*2100*10-6
+ 26 = 45,9 Мпа (2.19.)
3.Рабочие жидкости гидроразрыва в скважину закачивают насосными агрегатами 4АН-700 (табл. 5.)
Таблица.5.
Скорость | Подача, л/с | давление, мпа |
1 | 6,0 | 70 |
2 | 8,3 | 51 |
3 | 11,6 | 36 |
4 | 14,6 | 29 |
Необходимое число насосных агрегатов:
N = РуQ/(РаQakтс) +1 = 45,9*12/(29*14,6*0,8) + 1 = 3 (2.20.)
Где Ра- рабочее давление агрегата;
Qa- подача агрегата при этом давлении
kтс - коэффициент технического состояния агрегата в зависимости от срока службы kтс = 0,5 - 0,8
4.Объем жидкости для продавки жидкости-песконосителя :
Vп = 0,785*d2L = 0,785*0,0762*2100 = 9,52 м3 (2.21.)
5.Продолжительность гидроразрыва :
t = (Vж+Vп)/Qа = (7,6+6,37)/(14,6*10-3*60) = 19,5 мин. (2.22.)
3. Техника и технология гидравлического разрыва пласта
3.1. Технология гидравлического разрыва пласта
Технология ГРП включает следующие операции: промыву скважины; спуск в скважину высокопрочных НКТ с пакером и якорем на нижнем конце; обвязку (рис. 1) и опрессовку на определение приемистости скважины закачкой жидкости; закачку по НКТ в пласт жидкости-разрыва, жидкости-песконосителя и продавочной жидкости; демонтаж оборудования и пуск скважины в работу.
По технологическим схемам проведения различают однократный, направленный (поинтервальный) и многократный
ГРП.
При однократном
гидроразрыве под давлением закачиваемой жидкости оказываются все вскрытые перфорацией пласты одновременно, при направленном
- лишь выбранный пласт или пропласток (интервал), имеющий, например, заниженную продуктивность, а при многократном ГРП осуществляется воздействие последовательно на каждый в отдельности пласт или пропласток.
Проектирование технологии ГРП в основном сводится к следующему. Применительно к конкретным условиям выбирают технологическую схему процесса, рабочие жидкости и расклинивающий агент. При однократном ГРП, исходя из опыта, принимают 5-10т песка. Концентрацию песка в носителе устанавливают в зависимости от ее удерживающей способности. При использовании воды она составляет 40-50кг/м3. Тогда по количеству и концентрации песка рассчитывают количество жидкости-песконосителя. На основании опытных данных обычно используют 5-10м3
жидкости-разрыва. Объем продавочной жидкости равен объему обсадной колонны и труб, по которым проводится закачка в пласт жидкости-песконосителя.
|
Минимальный расход закачки жидкости должен составлять не менее 2м3/мин и может быть оценен при образовании вертикальной и горизонтальной трещин соответственно по формулам:
, (3.1.)
. (3.2.)
где Qверт, Qгор – мин. расходы, л/с; h – толщина пласта, см; Wверт, Wгор – ширина верт. и гор. трещины, см; µ - вязкость жидкости, мПа х с; Rт – радиус гориз. трещины, см.
Давление ГРП пласта устанавливают по опыту или оуенивают по формуле:
РГРП=рr + sр
где рГРП
– заб. давление разрыва пласта; рr =Hrпg – горное давление; sр – прочность породы пласта на разрыв в условиях всестороннего сжатия; H – глубина залегания пласта; rп – средняя плотность вышележащих горных пород, равная 2200-2600 кг/м3, в среднем 2300 кг/м3; g – ускорение свободного падения.
Давление нагнетания на устье скважины:
РУ = рГРП + Δртр - рс
Комментариев нет:
Отправить комментарий