Геолого-технические мероприятия

Эффективность разработки нефтяных месторождений определяется качественной и бесперебойной работой добывающих и нагнетательных

скважин. В этой связи весьма важное значение приобретают геолого-технические мероприятия (ГТМ). Ежегодно на каждом нефтяном месторождении осуществляются десятки геолого-технических мероприятий. Геолого-технические мероприятия (ГТМ) – это работы, проводимые на скважинах с целью регулирования разработки месторождений и поддержания целевых уровней добычи нефти. С помощью геолого-технических мероприятий нефтедобывающие предприятия обеспечивают выполнение проектных показателей разработки месторождений. Геолого-технические мероприятия отличаются от прочих мероприятий на нефтяных скважинах тем, что в результате реализации этих мероприятий предприятия, как правило, получают прирост добычи нефти.
Вынгапуровское месторождение эксплуатируется с сентября 1982 г.
Для восстановления и повышения продуктивности скважин добывающего и нагнетательного фонда на месторождении применяется разнообразный комплекс ГТМ. Из них основными являются:

1.Физические методы

2.Перфорационные методы

3.Кислотные методы

4.Ремонтыные работы КРС, ПРС

5.Химические методы

6.Изоляционные работы

7.Гидродинамические методы

8.Технические мероприятия

Одним из наиболее эффективных видов геолого-технических мероприятий стал гидроразрыв пласта (ГРП), за счет осуществления данного вида мероприятий было получено 40% от всей дополнительной добычи. За всю историю разработки было осуществлено 1178 скважино-операций с применением ГРП, за счет чего было дополнительно добыто (с учетом переходящего эффекта прошлых лет) 10494,3 тыс.т.

3.3 Гидроразрыв пласта

Цель гидроразрыва пласта - увеличение проницаемости призабойной зоны путем создания искусственных или расширения естественных трещин в породе пласта. Достигают этого путем закачки в пласт вязких жидкостей с большим расходом и под большим давлением (выше давления разрыва пород). Сущность метода ГРП заключается в нагнетании в призабойную зону жидкости под высоким давлением, в результате чего происходит разрыв горной породы и образование новых или расширение существующих трещин. Для сохранения трещин в открытом состоянии при снижении давления в них вместе с жидкостью закачивают закрепляющий агент. Жидкость, передающая давление на породу пласта, называется жидкостью разрыва. Трещина разрыва, образующаяся в результате ГРП, может быть горизонтальной или вертикальной. Разрыв горной породы происходит в направлении, перпендикулярном наименьшему напряжению. Как правило, до глубины порядка 500 метров в результате гидроразрыва возникают горизонтальные трещины. На глубине ниже 500 метров возникают вертикальные трещины. Поскольку продуктивные нефтенасыщенные пласты залегают, как правило, на глубине ниже 500 метров, трещины разрыва в нефтяных скважинах всегда вертикальные. Виды ГРП: Различают проппантный гидроразрыв и кислотный гидроразрыв.

Проппантный ГРП – гидроразрыв с использованием проппанта – расклинивающего материала, который закачивают в процессе ГРП для предотвращения смыкания созданной трещины. Эта разновидность ГРП используется, как правило, в терригенных пластах.
Когда говорят о гидравлическом разрыве пласта, чаще всего подразумевают именно проппантный ГРП. Кислотный ГРП – гидроразрыв, при котором в качестве жидкости разрыва используется кислота. Применяется в случае карбонатных пластов. Созданная с помощью кислоты и высокого давления сеть трещин и каверн не требует закрепления проппантом. От обычной кислотной обработки отличается гораздо большим объемом использованной кислоты и давлением закачки (выше давления разрыва горной породы).
Основные факторы, от которых зависит успешность ГРП:
1.Правильный выбор объекта для проведения операций;
2.Использование технологии гидроразрыва, оптимальной для данных условий;
3.Грамотный подбор скважин для обработки.

3.4Многостадийный ГРП в горизонтальных скважинах на Ярайнерском месторождении

Многостадийный ГРП – последовательное выполнение нескольких работ ГРП на одной скважине. Наиболее часто МГРП применяется в горизонтальных скважинах.

Проведение многостадийного ГРП на месторождениях "Газпромнефть-Ноябрьскнефтегаза" позволило предприятию значительно увеличить объем производства, который в первой половине этого года вырос до 4,4 млн тонн, что на 6% выше по сравнению с результатом января-июня 2015 г. Всего за 2015 г. предприятие ввело в эксплуатацию 57 новых скважин, из которых 40 являются горизонтальными с применением многостадийного ГРП.

3.5 Литературный обзор о ГРП

Гидравлический разрыв пласта – это механический метод воздействия на продуктивный пласт, который состоит в том, что порода разрывается по плоскостям минимальной прочности под действием избыточного давления. Это приводит к тому, что расширяется область пласта, которая дренируется скважиной. Это приводит к тому, что кратно повышается дебит добывающих или приемистость нагнетательных скважин, как за счет снижения гидравлических сопротивлений в призабойной зоне и увеличения фильтрационной поверхности скважины, а также повышается конечная нефтеотдача за счет приобщения к выработке слабодренируемых зон и пропластков.

Технология гидроразрывапласта основана на знании механизма возникновения и распространения трещин, что позволяет прогнозировать геометрию трещины и оптимизировать ее параметры. Математическое моделирование процесса трещинообразования базируется на фундаментальных законах теории упругости, физики нефтегазоносных пластов, фильтрации, термодинамики.

Первая теоретическая модель распространения двумерной трещины была предложена С.А. Христианович, Ю.П. Желтовым и Г.И. Баренблаттом [11,12]. Позже авторами Perkins T.K. и Kern L.R. была предложена несколько иная (модель II)[13].

Рисунок 3.2 – Модели распространение вертикально трещины

Эти две основные двумерные теоретические модели распространения трещин гидроразрыва различаются физической постановкой задач. В обеих моделях высота вертикальной трещины постоянна, но в модели I вертикальное поперечное сечение трещины - прямоугольник, а в модели II — эллипс. Горизонтальное сечение вертикальной трещины в модели I - эллипс с заострениями на концах трещины, а в модели II — эллипс. Обе модели основываются на линейной теории трещин в упругом теле. Различия в моделях приводят к различию в поведении давления в трещине и других параметров процесса гидроразрыва.

В силу специфики моделей, каждая из них имеет определенную область применения, которые указал в своей работе R.P. Nordgren. Он обосновал что на ранней стадии распространения трещины, когда ее длина много меньше высоты, применима модель I, а на поздней стадии, когда длина трещины значительно превышает высоту, применима модель II. Не смотря на достаточно большой возраст с момента предложения данных моделей, и в настоящее время они являются актуальными, и их различные вариации применяются в современных программных продуктах при проектировании ГРП.

Рост автоматизации и компьютеризации, позволил с 80-90 гг. перейти в практике выполнения ГРП от двухмерных к псевдотрехмерным моделям, которые представляют собой совокупность двух вышеуказанных двумерных моделей, описывающих рост трещины, и движение жидкости в ней в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Одними из первых что описал данную модель были авторы Warpinski N.R., Moschovidis Z.A., Parker C.D., Abou-Sayed I.S.

К настоящему времени история внедрения, механизм и кинематика трещинообразования и математическое моделирование данного процесса предложены в В.А. Реутова, M.J. Economides, K.G. Nolte, J.L. Gidley, S.A. Holditch, D.E. Nierode и других. Наиболее полное обобщение представлений о теории и практике ГРП изложены в работах Каневской [19], Некрасов В.И. и др., JenningsA.R., EnhancedJr. P.E.,Усачев П.М., Экономидес М., Олайни Р., Валько П.

Впервые гидравлический разрыв был произведен в 1947 г. в США. Одной из самых первых работы с описанием технологии и теоретического представления о ГРП были выполнены в работе J.B. Clark, в 1949 г. Уже через пять лет технология ГРП получила широкое распространение и к 1955 году в США уже было выполнено более 100 тысяч операций ГРП. В этот год США было достигнуто пиковое количество операций ГРП и составляло 4500 ГРП в месяц, к 1972 г. это количество снизилось до 1000 ГРП в месяц и к 1990 г. стабилизировалось на уровне 1500 операций в месяц.

В отечественные практикинефтедобычи ГРП начали применять с 1995 г. В СССР пиковый периодприменения ГРП пришелся на 1958—1962 гг., когда количество операций превышало 1500 операций в год, а в 1959 г. достигло 3000 операций. В последующий период количество проводимых ГРП снизилось и стабилизировалось на уровне примерно 100 операций в год. ГРП выполнялся в основном для освоения нагнетательных скважин при внедрении внутриконтурного заводнения и в некоторых случаях на нефтяных скважинах. По мере оснащения промыслов мощной техникой для закачки воды, необходимость в проведении ГРП в нагнетательных скважинах отпала. После ввода в разработку крупных высокодебитных месторождений Западной Сибири вопрос о применении ГРП практически исчез. Это привело к тому, что с начала 70-х до конца 80-х гг. в отечественной практике нефтедобыче ГРП практически не выполнялся. Возрождение применения отечественного ГРП пришлось на конец 80-х гг. и было вызвано изменениями структуры запасов нефти и газа.

В результате этого за период 1988-1995 гг. в Западной Сибири более выполнено около 1600 операций ГРП. Одними из первых кто отразил сложившуюся тенденцию были авторы Гусев С.В., Бриллиант Л.С., ЯнинА.Н. Они указали что для целого ряда объектов Западной Сибири ГРП стал неотъемлемой и важной частью процесса разработки, что отразилось выполнении операции на 50-80% фонда добывающих скважин. Так же было отмечено что только за счет ГРП по многим объектам удалось добиться рентабельного уровня добычи. Увеличение дебитов отмечалось в 3,5 при колебании по различным объектам от 1 до 15, а успешность ГРП превышает 90 %.

За годы внедрения ГРП в процесс освоение запасов месторождений Западной Сибири был накоплен значительный опыт в выполнении и оценке эффективности ГРП.

В первую очередь ГРП проводили на малоэффективном фонде скважин: на бездействующих скважинах (24% от общего объема работ), на малодебитных скважинах с дебитом жидкости менее 5 т/сут и менее 10 т/сут/ На безводный и маловодный (менее 5%) фонд скважин приходится 76% всех ГРП. В среднем за период обобщения по всем обработкам в результате ГРП дебит жидкости был увеличен с 8,3 до 31,4 т/сут, а по нефти - с 7,2 до 25,3 т/сут, то есть в 3,5 раза при росте обводненности на 6,2%.

Широкомасштабное проведение ГРП на крупнейшем Самотлорском месторождении начато в 1992г. силами СП “СамотлорСервисиз”. К началу 1996г. проведено 432 операции, успешность составила 94%, дополнительно добыто более 4 млн т. нефти. Полудлина трещин гидроразрыва в среднем составляет около 40 м. Массированное проведение ГРП позволило изменить установившуюся тенденцию падения добычи нефти: по некоторым объектам отмечается не только снижение темпов падения, но и стабилизация, и даже рост добычи. Эффект от ГРП достаточно стабилен, его продолжительность составляет более 4 лет. По всем объектам отмечается снижение обводненности добываемой продукции в первые годы после ГРП, причем этот эффект наиболее значителен для прерывистых коллекторов, что связано с вовлечением в разработку не дренированных ранее запасов и, следовательно, приростом нефтеотдачи пластов.

Анализ результатов выполнения ГРП на месторождениях Западной Сибири показывает, что этот метод обычно применяют в одиночно выбираемых добывающих скважинах. Общепринятый подход к оценке эффективности гидроразрыва состоит в анализе динамики добычи нефти только обработанных скважин. При этом за базовые принимаются дебиты до ГРП, а дополнительная добыча рассчитывается как разница между фактической и базовой добычей по данной скважине. При принятии решения о проведении ГРП в скважине часто не рассматривается эффективность этого мероприятия с учетом всей пластовой системы и расстановки добывающих и нагнетательных скважин. Видимо, с этим связаны негативные последствия применения ГРП, отмечаемые некоторыми авторами. Так, например, по оценкам авторов, применение ГРП на отдельных участках Мамонтовского месторождения вызвало снижение нефтеотдачи из-за более интенсивного роста обводненности некоторых обработанных и окружающих скважин.

Поэтому вопрос о оценки факторов, определяющих успешность ГРП, являются чрезвычайно важными. Принятие решения о проведении ГРП в каждом конкретном случае должно выполняться с учетом горно-геологических условий. В работах обоснованы следующие особенности продуктивного пласта, которые следует учитывать при оценки потенциальной эффективности ГРП:

¾ неоднородность пласта по простиранию и расчлененность по толщине, обеспечивающие высокую эффективность гидроразрыва за счет приобщения к разработке зон и пропластков, не дренированных ранее;

¾ проницаемость пласта, которая обычно не должна превышать 0,03 мкм² при вязкости нефти до 5 мПа∙с и 0,03 - 0,05 мкм² при вязкости нефти до 50 мПа∙с ;

¾ толщина и выдержанность литологических экранов, отделяющих продуктивный пласт от газо- или водонасыщенных коллекторов, которая должна быть не менее 4,5 - 6 м;

¾ глубина залегания пласта, которая, как правило, не должна превышать 3500 м и определяет требования к технологии ГРП, в частности к прочности применяемого проппанта;

¾ запас пластовой энергии и эффективная нефтенасыщенная толщина пласта, достаточные для значительного и продолжительного увеличения дебита скважин после гидроразрыва и, следовательно, обеспечивающие окупаемость затрат на проведение ГРП;

¾ выработанность извлекаемых запасов, которая, как правило, не должна превышать 30 %.

ГРП имеет множество различных технологических решений, которые обусловлены особенностями конкретного объекта обработки и достигаемой целью. Одна из первых обобщающих работ по технологиям ГРП была выполнена Константиновым С.В. и Гусевым В.И. Они выполнили обобщение видов ГРП по объемам закачки технологических жидкостей и проппантов и по размерам создаваемых трещин.

Исследования в области технологии проведения гидравлического разрыва, посвященны прежде всего вопросам подбора проппанта и жидкости разрыва, определения необходимого количества этих агентов и условий их нагнетания, активно ведутся в настоящее время. Современное состояние этой проблемы достаточно подробно освещено в работах.

Технология ГРП в первую очередь основана на знании механизма возникновения и распространения трещин, что обеспечивает точный прогноз геометрии трещины и оптимизации её параметров. Самые первые простые модели, определяли связь между давлением жидкости разрыва, пластической деформацией породы и результирующими длиной и раскрытием трещины. Это отвечало потребностям нефтегазовой добычи до тех пор, пока для выполнения операций ГРП не стали привлекаться большие вложения средств.

Так внедрение глубокопроникающего и массированного ГРП требует большого расхода жидкости разрыва и проппанта. Что приводит к необходимости создания более совершенных двух- и трехмерных моделей трещинообразования, позволяющих достаточно точно прогнозировать результаты обработки. Поэтому важным фактором, определяющим успешность ГРП являются качество жидкости разрыва и проппанта.

Поэтому к характеристикам системы “жидкость разрыва - проппант” предъявляются определенные требования, контроль к которым впервые был сформулирован в работе [17]. К ним относятся:

¾ реологические свойства “чистой” и содержащей проппант жидкости;

¾ инфильтрационные свойства жидкости;

¾ способность жидкости обеспечить перенос проппанта к концам трещины во взвешенном состоянии без его преждевременного осаждения;

¾ возможность легкого и быстрого выноса жидкости разрыва для обеспечения минимального загрязнения упаковки проппанта и окружающего пласта;

¾ совместимость жидкости разрыва с различными добавками, предусмотренными технологией, возможными примесями и пластовыми жидкостями;

¾ физические свойства проппанта.

Наиболее высокой эффективности от применения ГРП можно достигнуть, если выбор скважин для обработок и оптимизация параметров трещин, обеспечиват баланс между фильтрационными характеристиками пласта и трещины, осуществляются с учетом геолого-физических свойств объекта, распределения напряжений в пласте, определяющего ориентацию трещин, системы заводнения и расстановки скважин.

Длительность эффекта от проведения ГРП неодинаково проявляется в работе отдельных скважин, поэтому необходимо рассматривать не только прирост дебита каждой скважины вследствие гидроразрыва, но и влияние взаимного расположения скважин, конкретного распределения неоднородности пласта, энергетических возможностей объекта и др.

Такой анализ возможен только на основе математического моделирования процесса разработки участка пласта или объекта в целом с использованием адекватной геолого-промысловой модели, выявляющей особенности геологической неоднородности объекта.