Гидравлический разрыв пласта

Гидравлический разрыв пласта (ГРП)—процесс гидравлической обработки его призабойной зоны для углубления и расширения уже имеющихся и образования новых трещин в породе продуктивного пласта, а также последующего их сохранения.

Гидравлический разрыв проводят как в эксплуатационных, так и в нагнетательных скважинах. В первом случае ГРП позволяет увеличить приток пластовой жидкости, во втором — улучшить при­емистость скважины.

Гидравлический разрыв пласта проводят для увеличения про­ницаемости призабойной зоны пласта, создания условий, облегчаю­щих приток пластовой жидкости к эксплуатационной колонне или соответственно вход ее в пласт при работе нагнетательной сква­жины. При проведении ГРП расширившиеся старые и образовав­шиеся новые трещины служат каналами для перетока пластовой жидкости, обладающими меньшим гидравлическим сопротивлени­ем.

Основой ГРП является механическое разрушение породы про­дуктивного пласта под давлением жидкости, закачиваемой в него. Для сохранения образовавшихся трещин и предотвращения смы­кания их стенок после снижения давления в них закачивают круп­нозернистый песок.

В зависимости от целей различают несколько видов ГРП: однократный — для создания одной трещины в продуктивном пласте;

многократный — для образования большого количества трещин;

направленный (поинтервальный)—для создания трещин в оп­ределенных интервалах пласта.

Материал, из которого сложены породы, имеет определенную прочность, т. е. характеризуется определенным давлением, кото­рое необходимо создать, чтобы разорвать, механически разрушить породу. Характерно, что у всех пород прочность при растяжении много меньше прочности на сжатие. Например, песчаники имеют известняки соответственно 5—260 и 0,2—25 МПа. Это означает, что для разрушения образца — столбика с размером поперечного се­чения 1x1 см — необходимо приложить сжимающее усилие от 2 до 50 кН- или растягивающее — от 50 до 2500 Н. Столь большой интервал изменения нагрузок, при которых будет происходить раз­рушение, обусловлен особенностями строения породы, периодом и условиями ее образования.

Процесс образования трещин в пласте может быть представлен следующим образом: породы, слагающие пласты, находятся в сжатом состоянии, что обусловлено весом лежащих над ними по­род.

Таким образом, чтобы образовались новые трещины или рас­ширились старые, необходимо создать в пласте такое давление, которое преодолело бы горное и прочность породы. Для выполне­ния этого условия в пласт нагнетают жидкость с таким расходом, который превышает количество жидкости, поглощаемое пластом, и обеспечивает создание в нем требуемого давления.

Как показывают исследования, трещины, возникающие в пласте при ГРП, могут иметь протяженность до нескольких десятков мет­ров.

Расход и давление нагнетания жидкости рассчитывают зара­нее на основе данных о проницаемости пласта, его пористости и т. п.

Гидравлический разрыв пласта проводят следующим образом (рис. IV.13):

а) в зоне пласта, подлежащей разрыву, устанавливают пакеры {нижний может отсутствовать);

б) по специальной колонне труб закачивают жидкость для об­разования в пласте трещин. Установка пакеров обусловлена необ­ходимостью разгрузки эксплуатационной колонны от давления
жидкости, а также обеспечением нагружения определенного ин­тервала пласта, находящегося между пакерами;

в) в трещину закачивают крупнозернистый песок, который ос­тается в ней и в дальнейшем при эксплуатации скважин выполня­ет роль каркаса, препятствует смыканию стенок трещин после то­го, как давление жидкости будет снижено. Последовательность работ при проведении ГРП следующая.

Подготовительные работы. При гидравлическом раз­рыве пласта, когда давление может оказаться выше допустимого для эксплуатационной колонны, в колонне следует устанавливать пакеры.

Места установки агрегатов для ГРП должны быть соответст­вующим образом подготовлены и освобождены от посторонних предметов, препятствующих установке агрегатов и прокладке ком­муникаций.

Перед ГРП в скважинах, оборудованных ШСК, необходимо отключить привод станка-качалки, затормозить редуктор, а на пу­сковом устройстве вывесить плакат «Не включать — работают люди!». Балансир станка-качалки устанавливают в положение, при котором можно беспрепятственно разместить заливочную армату­ру и обвязать устья скважины.

После этого выполняют следующие операции.

1. У устья скважины устанавливают агрегат подземного ремон­та для спуска-подъема колонны труб при спуске и установке- внутрискважинного оборудования. Рядом со скважиной располагают оборудование для выполнения непосредственно ГРП, насосные и пескосмесительные агрегаты, цистерны и другое оборудование.

Агрегаты для ГРП устанавливают на расстоянии не менее 10 м от устья скважины и таким образом, чтобы расстояние между ни­ми было не менее 1 м и кабины не были обращены к устью сква­жины.

2. Из скважины извлекают оборудование, использовавшееся для ее эксплуатации (колонна подъемных труб, скважинный штан­говый насос или ЭЦН). Уточняют глубину забоя скважины, расположение пласта (или группы пластов), подлежащего разрыву.

3. Скважину промывают для удаления загрязнений и песчаных пробок. В ряде случаев для повышения эффективности ГРП про­ водят кислотную обработку и дополнительное вскрытие продуктивного пласта в интервале, намеченном для гидроразрыва. При этом используют кумулятивную или гидропескоструйную перфо- рацию, создавая до 100 отверстий на 1 м скважины. В результа­те давление, развиваемое насосами при ГРП, уменьшается, а ко­личество трещин в пласте возрастает.

4. На колонне НКТ спускают пакер с якорем и устанавливают на 5—10 м выше верхних отверстий перфорации. В ряде случаев он может находиться ниже верхней кровли пласта. Длина хвостовика должна быть максимально возможной, чтобы обеспечить движение песка в восходящем потоке к трещине и предупредить его выпадение в зумпф скважины.

В зависимости от технологии гидроразрыва может быть уста­новлен и второй пакер — ниже перфорационных отверстий.

5. Скважину промывают и заполняют до устья жидкостью: ес­ли скважина эксплуатационная — егазированной нефтью, если нагнетательная — водой.

6. Сажают и опрессовывают пакер той же жидкостью, какой
заливают скважину. При этом во внутренней полости спущенных
НКТ создают давление, а качество герметизации контролируют по отсутствию перелива жидкости из кольцевого пространства сква­жины. Опрессовывают пакер при двух давлениях — заведомо мень­шем и максимально возможном, развиваемом насосами.

Если пакер не обеспечивает требуемой герметичности, его сры­вают и проводят повторную посадку, после чего опять опрессовывают.

7. После опрессовки устье скважины обвязывают. Для этого
используют специальную арматуру устья. Непосредственно ГРП выполняют следующим обра­зом.

1. Насосным агрегатом закачивают в скважину жидкость раз­рыва, которая в зависимости от физико-механических особенно­стей пласта имеет соответственно повышенную вязкость и бывает
двух типов: на основе углеводородных жидкостей или водных раст­воров. В первом случае это могут быть сырая высоковязкая нефть, загущенные керосин или дизельное топливо, во втором — вода, сульфитспиртовая барда, загущенные растворы соляной кислоты.

Жидкость разрыва закачивают при нескольких значениях по­дач насосов и на каждом режиме работы определяют приемистость скважины, строят график зависимости расхода поглощаемой жид­кости от развиваемого давления. Расход жидкости, закачиваемой в пласт, ступенчато увеличивают до тех пор, пока не произойдет скачкообразного увеличения поглощения жидкости и некоторого уменьшения давления нагнетания, что свидетельствует об образо­вании трещин в пласте.

2. После появления трещин в колонну НКТ начинают закачи­вать жидкость-песконоситель. Это может быть та же жидкость, что использовалась при разрыве пласта, но смешанная с песком.
Жидкость-песконоситель закачивают всеми насосными агрегатами при максимальных давлении и подаче. Содержание песка в жидкости изменяют в пределах 100—600 кг на 1 м³ жидкости. Песок должен быть более прочным, чем порода, слагающая пласт, и достаточно крупным. Перед ГРП его промывают от глины и пыли и отсеивают по размерам песчинок-фракциям. Наиболее приемлемой фракцией является песок с размером зерен 0,5—1,0 мм. Общее количество песка, закачиваемого в скважину, зависит от протяженности трещин и изменяется в пределах от 4 до 20 т.

3. Без прекращения подачи жидкости и снижения давления после окончания закачки жидкости-песконосителя начинают зака­чивать в скважину продавочную жидкость, объем которой должен быть на 1,5—2 м³ больше объема насосно-компрессорных труб, на которых спущен пакер, и зумпфа. В качестве продавочной жид­кости используют маловязкую нефть или воду, обработанную ПАВ. Часто в нефтяные скважины после закачки жидкости-песконосите­ля закачивают 2—2,5 м³ чистой жидкости без песка, после чего приступают к закачке продавочной жидкости — воды. В этом слу­чае объем воды выбирают таким, чтобы предупредить попадание ее в пласт.

При гидравлических испытаниях обвязки устья и трубопрово­дов обслуживающий персонал удаляют от испытываемых объек­тов за пределы опасной зоны.

Во время закачки и продавки жидкости нахождение людей воз­ле устья скважины и у нагнетательных трубопроводов запреща­ется. Во время работы агрегатов запрещается ремонтировать их или крепить обвязку устья скважины и трубопроводов. Перед от­соединением трубопроводов от устьевой арматуры следует закрыть краны на ней и снизить давление в трубах до атмосферного.

Пуск агрегатов разрешается только после удаления людей, не связанных непосредственно с выполнением работ, за пределы опас­ной зоны.

Заключительные работы выполняют следующим об­разом:

1. После закачки продавочной жидкости устье скважины за­крывают до тех пор, пока давление в колонне НКТ не уменьшит­ся до атмосферного или близкого к нему. Это необходимо для пре­дотвращения выноса песка из трещин, созданных при гидроразры­ве, и образования песчаных пробок.

В это время обычно демонтируют коммуникации, соединявшие наземное оборудование, убирают его со скважины.

2. Срывают пакер и извлекают на поверхность внутрискважинное оборудование.

3. Промывают скважину от песка, не попавшего в пласт и осев­шего на забой.

4. Освоение скважины проводят обычным путем: если она эк­сплуатационная— спускают насос, колонну НКТ и начинают отбор жидкости, если нагнетательная — промывают от взвешенных час­тиц; поднимают колонну промывочных труб и подключают к водо­воду.

Остатки жидкости разрыва и нефти должны сливаться из ем- костей агрегатов и автоцистерн в промышленную канализацию, нефтеловушку или специальную емкость-отстойник.

В зимнее время после временной остановки работ следует проб­ной прокачкой жидкости убедиться в отсутствии пробок в трубо­проводах. Запрещается подогревать систему нагнетательных тру­бопроводов открытым огнем.

Если продуктивный пласт достаточной толщины или состоит из отдельных, чередующихся прослоев песчаника и глины, то макси­мальный эффект от ГРП может быть получен при создании боль­шого количества трещин, равномерно распределенных по высоте всех слоев продуктивного пласта. Для решения этой задачи про­водят поинтервальный ГРП. Существует несколько его технологий. Одна из них предусматривает проведение ГРП, начиная с нижне­го пропластка (рис. 1У.14, а). При этом перфорируют нижний пропласток в требуемом интервале, устанавливают пакер и проводят ГРП. Далее колонну труб с пакером извлекают и подвергнутый интервал изолируют с помощью песка, засыпаемого в скважину (рис. IV. 14, б). После этого вновь спускают перфоратор на мень­шую высоту, соответствующую расположению лежащего выше пропластка, который вскрывают. Затем аналогичным образом про­водят ГРП вскрытого пропластка (рис. 1У.14, в).

Для каждого из обрабатываемых пропластков комплекс работ повторяют. Затем скважину промывают до забоя и вводят в эк­сплуатацию (рис. 1У.14, г).

Если толщина пропластков глин и песчаника достаточно вели­ка, то поинтервальный ГРП можно проводить с помощью сдвоен­ного пакера, при этом верхний пакер устанавливают несколько выше кровли пласта, а нижний чуть ниже его подошвы. Сдвоен­ный пакер позволяет исключить изоляцию ранее разорванных про­пластков засыпкой песка и последующую промывку скважины.

При ГРП используют оборудование, схема расстановки (рис. IV. 15) которого у устья скважины может изменяться в за­висимости от параметров скважины и технологии проведения про­цесса.

В комплексе оборудования входят: насосные агрегаты УН1-630Х700А (4АН-700), пескосмесительные машины 4ПА, УСП-50, автоцистерны ЦР-500, ЦР-7АП, ЧЦР для транспортирования, а в ряде случаев и кратковременного хранения жидкостей, мани-фольд, арматура устья 2АУ-70 скважин, пакеры, якори и другое оборудование.

Арматуру устья соединяют двумя трубопроводами с блоком манифольда, напорный коллектор которого отдельными трубопро­водами соединен с насосными агрегатами.

Для обвязки оборудования с устьем применяют металлические трубы с шарнирными коленами. Перед началом работ обвязку оп-рессовывают (без скважины) на пробное давление, в 1,5 раза пре­вышающее ожидаемое при разрыве пласта. К блоку манифольда подключают станцию контроля и управления для точного измере­ния расходов жидкости и ее давления.

В первый период ГРП (создания трещин) насосные агрегаты забирают рабочую жидкость непосредственно из емкостей или ав­тоцистерн, далее на их прием подключают пескосмесительные аг­регаты, имеющие запас песка и пополняющие его от песковозов, жидкость для приготовления смеси поступает от соответствующих цистерн. При закачке продавочной жидкости на прием насосных агрегатов поступает жидкость из других емкостей или резервуа­ров.

При гидроразрыве пласта насосные и пескосмесительные агре­гаты монтируют в большем, чем необходимо по расчету, количест­ве на случай их выхода из строя во время проведения процесса или при необходимости получения большего расхода жидкости, чем положено по расчету. Технологические жидкости и песок так­же доставляют к скважине в большем, чем необходимо, количестве, поскольку особенности протекания процесса ГРП предусмот­реть с большой точностью весьма трудно.

Помимо перечисленного оборудования у устья скважины рас­полагают агрегат подземного ремонта для проведения спуско-подъемных операций при промывке скважины, установке, срыве якоря и т. п.

После ГРП на скважине остается агрегат подземного ремонта, насосная установка и емкость для воды, необходимые для окон­чательной промывки скважины и последующего ввода "ее в дейст­вие.

В процессе ГРП все оборудование работает на предельных пас­портных режимах, при высоких давлениях, поэтому для обеспече­ния безопасности работ необходимо придерживаться следующих: правил.

1. Работников допускают к проведению ГРП только после со­ответствующего инструктажа по технике безопасности.

2. Территорию вокруг скважины очищают от посторонних пред­метов.

3. Расстанавливают агрегаты, обвязывают все оборудование
опрессовывают его под непосредственным руководством и конт­ролем ответственного руководителя работ.

4. Насосные агрегаты должны иметь исправную контрольно-из­мерительную аппаратуру; предохранительные клапаны должны быть предварительно опрессованы, а их сброс должен быть обес­печен линией, отводящей жидкость под агрегат.

5. При опрессовке обвязки и пакера рабочие не должны нахо­диться у устья скважины и у элементов обвязки. В это время за­прещается проводить какие-либо работы с элементами обвязки.

6. Демонтаж оборудования разрешается только после снижения
давления в нем до атмосферного.