Эффективность применения гидроразрыва пласта на основании лабораторных и экспериментальных исследований Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ГИДРОРАЗРЫВА ПЛАСТА НА ОСНОВАНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Гузенко Ю.В.

Гузенко Юлия Владленовна - студент, кафедра разработки нефтяных и газовых месторождений, Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень

Аннотация: в статье анализируются эффективностт применения технологии гидроразрыва на базе лабораторных и экспериментальных исследований на нефтяных месторождениях. Для нефтегазодобывающего комплекса России в настоящее время актуальны проблемы увеличения нефтеотдачи и вовлечения в разработку трудноизвлекаемых запасов нефти. На месторождениях Западной Сибири удельный вес залежей, приуроченых к низкопроницаемым и расчлененным коллекторам, составляет около 60%. С целью вовлечения в разработку недренируемых запасов нефти применяется гидравлический разрыв продуктивного пласта (ГРП). По экспертным оценкам около трети запасов углеводородов можно извлечь только с использованием этой технологии. Высокопроводящие трещины гидроразрыва позволяют увеличить дебит скважин в 2 - 3 раза и более. Также известно, что за период эксплуатации скважин после проведения ГРП значительно снижается проводимость трещин вследствие выноса проппанта и ее постепенного смыкания. В этой связи разработка метода прогнозирования эффективности повторного ГРП и, следовательно, проектирования его показателей является в настоящее время актуальной задачей.

Ключевые слова: гидроразрыв пласта, пласт, проппант, трещина, моделирование, исследования.

В настоящее время в России и за рубежом накоплен огромный опыт по проведению ГРП. При этом все больше внимания уделяется подготовке каждой операции. Важнейший элемент которой — сбор и анализ первичной информации. Данные, необходимые для подготовки ГРП, можно разделить на несколько групп:

— характеристика напластования (последовательность чередования пластов, их толщины);

— геолого-физические свойства пластовой системы и насыщающих их флюидов (проницаемость, пористость, насыщенность, пластовое давление, вязкость и сжимаемость пластовых жидкостей);

— свойства, определяющие геометрию и ориентацию трещины (минимальное горизонтальное напряжение, модуль Юнга, коэффициент Пуассона, сжимаемость породы);

— свойства жидкости разрыва и пропанта;

— конструкция скважины.

В последние годы разрабатывается технология комплексного подхода к проектированию ГРП, который основан на учете многих факторов, таких как проводимость пласта, система расстановки скважин, механика трещины, характеристики жидкости разрыва и проппанта, технологические и экономические ограничения. В целом процедура оптимизации гидроразрыва должна включать в себя следующие элементы:

1. расчет количества жидкости разрыва и проппанта, необходимых для создания трещины требуемых размеров и проводимости;

2. технику для определения оптимальных параметров нагнетания с учетом характеристик проппанта и технологических ограничений;

3. комплексный алгоритм, позволяющий оптимизировать геометрические параметры и проводимость трещины с учетом продуктивности пласта и системы расстановки скважин, обеспечивающий баланс между фильтрационными характеристиками пласта и трещины, и основанный на критерии максимизации прибыли от обработки скважины.

Создание оптимальной технологии ГРП подразумевает соблюдение следующих критериев:

- обеспечение оптимизации выработки запасов месторождения;

- максимизация глубины проникновения проппанта в трещину:

- оптимизация параметров нагнетания жидкости разрыва и проппанта;

- минимизация стоимости обработки и максимизация прибыли за счет получения дополнительной нефти и газа.

В соответствии с этими критериями можно выделить следующие этапы оптимизации проведения ГРП на объекте:

1. Выбор скважин для обработки с учетом существующей или проектируемой системы разработки, обеспечивающий максимизацию добычи нефти и газа при минимизации затрат.

2. Определение оптимальной геометрии трещины - длины и проводимости с учетом проницаемости пласта, системы расстановки скважин, удаленности скважины от газо- или водонефтяного контакта.

3. Выбор модели распространения трещины на основе анализа механических свойств породы, распределения напряжений в пласте и предварительных экспериментов.

4. Подбор проппанта с соответствующими прочностными свойствами, расчет объема и концентрации проппанта, необходимых для получения трещины с заданными свойствами.

5. Подбор жидкости разрыва с подходящими реологическими свойствами с учетом характеристик пласта, проппанта и геометрии трещины.

6. Расчет необходимого количества жидкости разрыва и определение оптимальных параметров нагнетания с учетом характеристик жидкости и проппанта, а также технологических ограничений.

7. Расчет экономической эффективности проведения ГРП.

Основными источниками информации являются данные геологических и геофизических исследований, лабораторного анализа керна, а также результатов проведения мини-ГРП.

Для расчета образования и развития трещины в программных продуктах используется целый ряд параметров, которые в промысловой практике не определяются. Поэтому используются средние значения, характерные для данного района и месторождения.

Усложнение математического моделирования ГРП, т.е. приближение модели к натуре, зачастую экономически неоправданно вследствие сложности и высокой стоимости получения исходной информации и расчетов по таким моделям. В то же время потребность повышения достоверности проектирования ГРП постоянно возрастает с усложнением технологии и ростом его стоимости. Значительно повышает точность проектирования промысловые эксперименты, позволяя оперативно корректировать проектные данные, оценивать геометрию создаваемых трещин и переносить накопленный опыт на последующие обработки в аналогичных геолого-промысловых условиях. Кроме того, на основании промыслового опыта оценивается влияние различных факторов на процесс гидроразрыва в конкретных пластовых условиях с последующим выбором существенных факторов, которые необходимо учитывать при моделировании, пренебрегая несущественными.

Выбор факторов, наиболее влияющих на эффективность ГРП, является самым сложным при прогнозировании. Традиционно к ним относят параметры, необходимые

для проектирования гидроразрыва. Однако такой подход к получению анализируемых данных не позволяет учесть проблемы эксплуатации скважины, возникающие после проведения ГРП. Продуктивность скважины после ГРП зависит от проницаемости пласта, его нефтенасыщенной толщины, расчлененности и параметров, определяющих геометрию трещины. Вместе с параметрами, отражающими состояние пластового давления, они позволяют прогнозировать прирост дебита жидкости после ГРП. Для прогнозирования прироста дебита нефти после ГРП необходимо использование параметров, отражающих возможные осложнения, которые связаны с прорывом воды в трещину. Тенденции снижения дебитов жидкости и нефти после ГРП могут быть спрогнозированы с привлечением параметров, характеризующих уменьшение проводимости трещины, состояние системы поддержания пластового давления и объем запасов в зоне дренирования. Прогнозирование предполагает следующие этапы:

1) обучение по данным ранее проведенных ГРП;

2) валидацию, т.е. пробное применение алгоритмов к не участвующим в обучении данным о проведенных ГРП, и сравнение прогнозируемых значений эффективности ГРП с фактическими;

3) прогнозирование параметров для скважин, в которых ГРП еще не проводился. Современные математические модели процесса ГРП, разработанные за рубежом,

несмотря на попытки учета в них многих факторов, остаются несовершенными. Это объясняется, прежде всего, сложностью самого процесса гидроразрыва, что практически исключает его физическое моделирование.

Список литературы

1. Кучумов Р.Я., Занкиев М.Я., Кучумов P.P. Моделирование эффективности технологии гидравлического разрыва пласта в условиях Западной Сибири. Тюмень. Вектор Бук, 1998.

2. Пустовалов М.Ф., Кучумов Р.Я. Моделирование эффективности гидравлического разрыва пласта в условиях Шаимской группы нефтяных месторождений. Москва, 2004. С. 134-150.

3. Малышев А.Г., Малышев Г.А., Сонич В.П. и др. Анализ влияния технологических факторов и механических свойств горных пород на эффективность гидроразрыва // «Нефть Сургута» (Сб. ст., посвященных добыче 1 млрд т нефти на месторождении ОАО «Сургутнефтегаз»). М.: Нефт. хоз-во, 1997. С. 224-238.

4. Ахметов A.T., Поздняков А.А. Лабораторное и математическое моделирование гидроразрыва пласта // Изв. вузов: «Нефть и газ». Тюмень, 1999. № 2. С. 43-49.

5. Некрасов В.И., Глебов А.В., Ширгазин Р.Г., Вахрушев В.В. Гидроразрыв пласта: внедрение и результаты, проблемы и решения, 2001. 72 с.