CC BY
25
Научная статья Original article УДК 622.245.54
ПЕРСПЕКТИВА ПРИМЕНЕНИЯ ПРОПАНТА МАЛЫХ ФРАКЦИЙ КАК МЕТОДА ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА МНОГОСТАДИЙНОГО ГИДРОРАЗРЫВА ПЛАСТА
THE PROSPECT OF USING SMALL FRACTION PROPPANT AS A METHOD OF OPTIMIZING THE PROCESS OF MULTISTAGE HYDRAULIC
FRACTURING
Панькович Илья Викторович, ведущий инженер-технолог отдела по проектированию и анализу эффективности геолого-технических мероприятий НГДУ «Сургутнефть», ПАО «Сургутнефтегаз», Ilia.pankovich@gmail.com Усенко Александра Артуровна, магистрант, Тюменский индустриальный университет, г.Тюмень, usenkoalexandra@yandex.ru
Савастьин Михаил Юрьевич, кандидат технических наук, директор Сургутского института нефти и газа (филиал ТИУ), г. Сургут, savastinmj @tyuiu.ru
Ilya V. Pankovich, Leading Process Engineer of the Department for the design and
analysis of the effectiveness of geological and technical measures of NGDU
"Surgutneft", PJSC "Surgutneftegaz", Ilia.pankovich@gmail.com
Alexandra A. Usenko , Graduate Student, Tyumen Industrial University, Tyumen,
usenkoalexandra@yandex.ru
Mikhail Y. Savastin , Candidate of Technical Sciences, Director of the Surgut Institute of Oil and Gas (TIU branch), Surgut, savastinmj@tyuiu.ru
Аннотация. В статье рассмотрен метод оптимизации технологии гидроразрыва пласта с применением пропанта малых фракций. Определена проблематика методологии выбора пропанта. Проведен сравнительный анализ технологических характеристик пропантов малых и больших фракций, на основании которого сделан вывод, что характеристики расклинивающего агента в значительной степени влияют на продуктивность скважин. Выбор пропанта никогда не определялся как метод повышения эффективности и рентабельности процесса ГРП, однако при детальном изучении поставленного вопроса видно, что характеристики расклинивающего агента в значительной степени влияют на продуктивность скважин.
Annotation. The article describes a method for optimizing the technology of hydraulic fracturing with the use of small fraction propane. The problems of the methodology of choosing a propant are determined. A comparative analysis of the technological characteristics of small and large fractions of propants was carried out, on the basis of which it was concluded that the characteristics of the wedging agent significantly affect the productivity of wells. The choice of proppant has never been defined as a method of increasing the efficiency and profitability of the hydraulic fracturing process, however, a detailed study of the issue shows that the characteristics of the wedging agent significantly affect the productivity of wells. Ключевые слова: многостадийный гидроразрыв пласта, горизонтальные скважины, система разработки, пропант, фракция, оптимизация. Keywords: multistage hydraulic fracturing, horizontal wells, development system, propant, fraction, optimization.
Главной проблемой разработки нефтяных месторождений,
находящихся на четвертой (завершающей) стадии разработки, является извлечение углеводородного сырья из слабодренируемых участков залежей. Необходимость поддержания запланированных уровней добычи при заметном снижении продуктивности добывающих скважин приводит к разработке и внедрению новых более результативных и экономически целесообразных способов интенсификации притока и увеличения нефтеотдачи.
Ряд геолого-технических мероприятий позволяет либо частично восстановить продуктивность скважины, либо достичь временного увеличения дебита. В связи с этим вопрос оптимизации применяемых методов увеличения нефтеотдачи является особенно актуальным.
Современные тенденции работы с залежами, имеющими небольшую толщину, низкие фильтрационные свойства и залегающими на больших глубинах часто направлены на изменение реализуемой системы разработки и применение различных геолого-технических мероприятий, как правило, уплотнение сетки скважин с бурением горизонтальных скважин с проведением многостадийного гидроразрыва пласта (далее - МСГРП). На текущий момент МСГРП является одной из наиболее высокотехнологичных и экономически целесообразных операций.
Стремительное увеличение объемов проводимых операций МСГРП и повторных ГРП позволило накопить большой опыт в проведении и прогнозировании параметров процесса. Сегодня расчет параметров и дизайна трещин ГРП проводится при помощи специальных программных комплексов и накопленных промысловых данных о технологической успешности ранее проведенных операций. Однако реализуемый подход имеет ряд несовершенств:
- недостаток информации о распределении коллекторских свойств в зоне работы скважины и ее окружения;
- малое количество исследований о распределении горизонтальных
напряжений пластов;
- влияние реализуемой системы разработки;
- отсутствие модулей геомеханического моделирования в расчетных программных комплексах.
Устранение вышеперечисленных недостатков требует значительных временных и материальных затрат, что в значительной степени повлияет на рентабельность проведения ГРП. В связи с этим, повышение эффективности проведения операций МСГРП возможно при детальном анализе и сортировке следующих ключевых параметров:
1. Геофизические условия скважин-кандидатов;
2. Количество ранее проведенных ГРП и их результативность;
3. Энергетическое состояние пласта на момент проведения операции
ГРП.
При проведении оценки геофизических условий скважины-кандидаты условно можно разделить на 3 категории:
3. Скважины с низкими ФЕС
Наибольшее количество операций повторного ГРП приходится на скважины со средними или низкими фильтрационно-емкостными свойствами (далее - ФЕС), а число скважино-операций на 1 скважину значительно выше, что связано с интенсивностью роста скин-фактора в процессе эксплуатации. Также весомой причиной является процент разрушения гранул закрепленного пропанта в связи с циклическим воздействием при периодической эксплуатации. При оценке ФЕС скважин-кандидатов можно отметить усредненные параметры: высокая анизотропия проницаемости при общем значении до 8 мД и мощность пласта до 5 м.
Благодаря усовершенствованию рецептуры технологических жидкостей ГРП, с 2018 года наблюдается увеличение эффективности операций повторного ГРП, связанное со снижением загрузки пропанта и увеличением доли разрыва трещин по латерали. Это позволило увеличить стартовый эффект от проведения ГРП, но долгосрочный эффект будет зависеть от качества закрепления созданной трещины и безразмерного коэффициента ее проводимости - именно эти параметры будут рассмотрены к оптимизации при проведении повторного ГРП.
Большая часть скважин-кандидатов для проведения операций повторного ГРП - это скважины со сниженным пластовым давлением, что влечет за собой риск увеличения объемов утечек технологических жидкостей
в процессе проведения операций и дальнейшей эксплуатации. Утечка жидкостей в пласт приведет в росту бокового горного давления, а следовательно разрушению закрепленного пропанта. [4] Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод о необходимости достижения следующих параметров процесса ГРП для реальных эксплуатационных скважин:
- учет геологических условий конкретной скважины без усреднения необходимых параметров;
- изменение технологического подхода к проведению операции ГРП;
- обеспечение рентабельности процесса на уровне не ниже достигнутого.
В настоящий момент при реализации ГРП используют типизацию
режимов закачки гелепропантной смеси в пласт, основываясь на схожести геологических условий. В целом, дизайн процесса ГРП ориентирован на минимизацию рисков утечки жидкостей в пласт и исключение получения преждевременного концевого экранирования трещины.
Отметим, что основным расклинивающим агентом, применяющимся при ГРП, является пропант фракции 16/30. Такой выбор обусловлен тем, что пропант малых фракций (20/40, 30/50 и т.д.) не применяется ввиду повышенной абразивностии и меньшей проницаемости пропантной пачки. Опыт применения пропанта крупной фракции (12/18) показал кратковременный эффект высокого дебита скважины с последующим переходом скважины в режим работы с аномальным пластовым давлением. Полученный эффект связан с разрушением пропантной пачки на более мелкие фрагменты и резким снижением коэффициента проводимости. То есть приведенные фракции позиционируются как агенты, снижающие продуктивность скважины, однако аналогичный эффект может быть достигнут при применении пропанта фракции 16/30 при долговременной циклической нагрузки на пропантную пачку. [5] Отсутствие геомеханического
моделирования при расчете параметров ГРП осложняет выбор фракции пропанта, однако пересмотр методологии выбора необходим.
На сегодняшний день существует множество методик подбора и применения расклинивающих агентов. Большинство зарубежных нефтегазодобывающих компаний осуществляют подбор пропанта основываясь на ФЕС пласта для прогнозирования возможных потерь давления на контакте трещина-пласт и состоянии напряженности породы для исключения влияния бокового горного давления. У большинства российских компаний тактика выбора фракций расклинивающего агента упрощена в связи с отсутствием рекомендаций по выбору пропанта и опыта применения пропантов малых и крупных фракций в виду возможных рисков, в связи с чем закупаются наиболее применяемые - 12/18 и 16/30. Основываясь на всем вышесказанном, принято решение об изучении зависимости параметров используемого пропанта и продуктивности скважин, основываясь на технических характеристиках агентов и накопленном промысловом опыте.
При рассмотрении технических характеристик пропанта, установленных заводом-изготовителем, видно, что пропант малых фракций меньше подвержен разрушению при увеличении давления (рис.1).
Разрушаемость пропанта, %
14
14
12 12.5
12
10
8
6
6.3
4
2
0
12/18
16/30
4.5 24.5
20/40
Рисунок 1 - Разрушаемость пропанта в зависимости давления
Немаловажным параметром при оценке характеристик применяемого пропанта является величина, характеризующая сопротивление притоку жидкости на границе трещина-пласт - вдавливаемость, снижающаяся при уменьшении фракции пропанта (рис.2).
0.9 0.9 " ■ Вдавливаемость, мм
0.8 1 07 I 0.6 0.6
0.5 0.4 9 0.5 0.5 0.5
0.3 1 0.2 0.1 0 12/18 1 16 1 /30 20 /40 3 0.4 0.4 0/50
Рисунок 2 - Вдавливаемость пропанта в зависимости от фракции
Пропанты мелкой фракции имеют меньшую проницаемость пропантной пачки, однако с ростом нагрузки на трещины ГРП, мелкие фракции практически не теряют в проводимости, в сравнении с крупными фракциями (рис.3).
Проводимость пропанной пачки, Дарси
600
69 МПа
■ 12/18 ■ 16/30 ■ 20/40 ■ 30/50
Рисунок 3 - Изменение проводимости пропантной пачки в зависимости
от давления
Также пропанты мелких фракций обладают меньшей мутностью, что в совокупности с их меньшим разрушением снижает вероятность выноса механических примесей, что важно при эксплуатации погружных агрегатов.
Заключение
Выбор пропанта никогда не определялся как метод повышения эффективности и рентабельности процесса ГРП, однако при детальном изучении поставленного вопроса видно, что характеристики расклинивающего агента в значительной степени влияют на продуктивность скважин. Рассмотренный метод оптимизации технологии ГРП с применением пропанта малых фракций позволит добиться равномерности выработки запасов и увеличения коэффициента извлечения нефти.
Литература
1. Национальный стандарт Российской Федерации «Пропанты магнезиально-кварцевые» технические условия. Дата введения 2013-0101.
2. СТО 163-2016 «Освоение и испытание скважин Западной Сибири. Утвержден и введен в действие указанием ОАО «Сургутнефтегаз» от 20.11.2017 №2718.
3. ТР 20-2016 «Технологический регламент по ремонту и эксплуатации скважин, оборудованных электропогружными насосными установками, на месторождениях ОАО «Сургутнефтегаз», утвержден и введен в действие указанием ОАО «Сургутнефтегаз» от 10.08.2016 №1286.
4. Можжерин А.В., Коржавин А.Ю. Краш-тест или проводимость? Оценка качества алюмосиликатных и магнезиально -кварцевых пропантов // Нефтегазовая вертикаль. 2016. - №17. - с.76-78.
5. Можжерин А.В., Коржавин А.Ю. Какой пропант выгоднее применять: 16/30 или 16/20? // Бурение и нефть. 2017. - №7. - с.34-38.
References
1. National standard of the Russian Federation "Magnesia-quartz propants" technical conditions. Date of introduction 2013-01-01.
2. SRT 163-2016 "Development and testing of wells in Western Siberia. Approved and put into effect by the instruction of OJSC "Surgutneftegaz" dated 20.11.2017 No. 2718.
3. TR 20-2016 "Technological regulations for the repair and operation of wells equipped with electric submersible pumping units at the fields of OJSC "Surgutneftegaz", approved and put into effect by the instruction of OJSC "Surgutneftegaz" dated 10.08.2016 No. 1286.
4. Mozhzherin A.V., Korzhavin A.Y. Crash test or conductivity? Evaluation of the quality of aluminosilicate and magnesia-quartz propants // Oil and gas vertical. 2016. - No.17. - P.76-78.
5. Mozhzherin A.V., Korzhavin A.Yu. Which propane is more profitable to use: 16/30 or 16/20? // Drilling and oil. 2017. - No. 7. - P.34-38.
© Панькович И. В., Усенко А. А., Савастьин М. Ю., 2021 Международный журнал прикладных наук и технологий "Integral" №5/2022
Для цитирования: Панькович И. В., Усенко А. А., Савастьин М. Ю. ПЕРСПЕКТИВА ПРИМЕНЕНИЯ ПРОПАНТА МАЛЫХ ФРАКЦИЙ КАК МЕТОДА ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА МНОГОСТАДИЙНОГО ГИДРОРАЗРЫВА ПЛАСТА// Международный журнал прикладных наук и технологий "Integral" №5/2022
