Глава 9. Кислотный разрыва пласта / ГРП с применением проппанта

Назначением любой операции ГРП является увеличение продуктивности скважины (или приемистости, если скважина нагнетательная). Целью является создание высокопроводящего канала, обеспечивающего хорошее сообщение скважины с пластом. После создания такого канала очень важно сохранить проводимость трещины (w*k_f). Проппант, применяемый для закрепления трещины, должен выдерживать давление закрытия трещины и обеспечивать достаточную проводимость трещины для поддержания непрерывной добычи. Схема трещины, закрепленной проппантом, приведена на рис.32.

 

Рис.32. Схема вертикальной трещины, закрепленной проппантом

 

Параметры закрепленной проппантом трещины зависят от свойств наполнителя (жидкости разрыва и проппанта). ГРП с применением проппанта могут быть эффективными как в песчаных, так и в карбонатных коллекторах.

 

Перед первым применением ГРП в конце 1940-х для воздействия на нефтяные и газовые пласты обычно применялась соляная кислота. Ранние кислотные обработки представляли собой очистку скважины, забоя и перфорационных отверстий. Было известно, что закачиваемая кислота удаляла не только растворимые загрязнения призабойной зоны, но и взаимодействовала с карбонатными породами, увеличивая проницаемость призабойной зоны.

 

Взаимодействие соляной кислоты (HCl) с известняками и доломитами может быть описано следующими уравнениями:

 

Взаимодействие HCl с известняками (CaCO₃)

2 HCl + CaCO₃             CaCl₂ + H₂O + CO₂    (Уравнение 1-1)

 

Взаимодействие HCl с доломитами (CaMg[CO₃]₂)

4 HCl + CaMg(CO₃)₂           CaCl₂ + MgCl₂ + 2 H₂O + 2 CO₂

                                                                                  (Уравнение 1-2)

 

Существуют две важные характеристики реакции HCl с карбонатами:

 

растворимость продуктов реакции в воде

улетучивание углекислого газа в результате реакции

 

Поэтому взаимодействие кислоты с карбонатами обычно не рассматривается как причиняющее загрязнение. Загущение кислоты с помощью полимеров может понизить скорость реакции с карбонатами. Более слабая органическая кислота (уксусная или муравьиная) или растворы соляной кислоты и органической кислоты также используются в глубоких скважинах с высокими температурами (> 200-250^o F).

 

Недостатком кислотной обработки является быстрый расход кислоты и ограниченное радиальное проникновение активной кислоты. Хотя после проведения кислотной обработки в высокопроницаемых карбонатах или при удалении значительного загрязнения породы может наблюдаться значительное увеличение добычи, такой эффект будет непродолжительным, так как обработке подвергся ограниченный объем породы.

 

Мгновенный успех ГРП как метода воздействия на пласт повлек применение кислоты при давлениях разрыва горной породы. Увеличение проницаемости трещины и ее пропускной способности достигается с помощью взаимодействия кислоты с поверхностью трещины.

 

Кислотный ГРП зависит от способности вытравливания, обуславливающей проводимость трещины. В зависимости от литологии большинство карбонатных коллекторов гетерогенны и представляют собой градации от чистого известняка (CaCO₃) до доломита (CaMg[CO₃]₂) и доломитизированного известняка. Ангидрит (CaSO₄), относительно неактивный по сравнению с реакцией кислоты с карбонатами, также часто присутствует в форме включений. 

 

При закачке кислоты в трещину, удаление карбонатов происходит намного быстрее, чем других минералов. Это обуславливает неровность поверхности трещины. При закрытии трещины нерастворенные целики препятствуют закрытию трещины.  Пустое пространство в вытравленных кислотой каналах создает высокую пропускную способность трещины, обеспечивающей увеличение притока к скважине даже при применении кислотного ГРП в высокодебитных скважинах.

 

Спроектированный должным образом кислотный ГРП может быть эффективен в глубоких пластах, которые обладают высокими давлениями закрытия трещины. Для эффективности кислотного ГРП важно, чтобы вытравленные кислотой каналы оставались открытыми.

 

Так как всем известнякам и доломитам присуща прочность (с модулем Юнга 5 - 10 x 10⁶ psi), возможно создание стабильных каналов. Однако в мягких карбонатах (например, мел), величины модуля Юнга которых ниже (5 - 10 x 10⁵ psi), прочности для поддержания проводимости трещины за счет вытравленных кислотой каналов недостаточно.

 

Другим ограничивающим фактором является фильтрация жидкости в пласт. Параметр кислотного ГРП, который обуславливает его эффективность (увеличение проницаемости поверхности трещины за счет воздействия кислоты), характеризует количество профильтровавшейся в пласт жидкости. Для создания соответствующей длины трещины должен осуществляться контроль фильтрации жидкости в пласт, чтобы позволить кислоте проникнуть в пласт как можно глубже.

 

Для оптимизации кислотного ГРП и обеспечения наибольшей длины трещины контролем фильтрации жидкости в пласт были разработаны некоторые технологии.

 

Эффективный кислотный ГРП включает в себя несколько стадий:

 

стадия закачки инертной вязкой жидкости («подушка») (обычно стабильная система сшитой жидкости) для создания системы трещин

стадия закачки вязкой кислоты, вытравливающей в поверхности трещины каналы высокой проводимости

стадия закачки инертного геля-разделителя для вытеснения кислоты в конец трещины, контроля водоотдачи и поддержания дальнейшего роста трещины

стадия закачки загущенной кислоты для дальнейшего взаимодействия кислоты с поверхностью трещины

стадия закачки инертного геля-вытеснителя для продавки загущенной кислоты вглубь трещины

стадия обработки закрытой трещины – для увеличения проницаемости призабойной зоны

продавка – вытеснение оставшейся в скважине кислоты в пласт

 

Схема кислотного ГРП изображена на рис.33. Трещина, созданная инертной вязкой жидкостью, вытравливается закачиваемой стабильной вязкой кислотой.

 

Рис.33. Схема кислотного ГРП и вытравленных кислотой каналов