Методика розрахунку основних параметрів процесу

Тиск розриву пласта Рр є найважливішим параметром ГРП. Встановлено, що можна оцінити тиск розриву пласта за значенням гірничого тиску Ргрн Рр = 0,8 Ргрн (6.1).

Оскільки Рр залежить від напруженого стану порід, який визначається не тільки глибиною їх залягання, така оцінка є дуже ненадійною.

Надійніше можна прогнозувати Рр методом, що грунтується на поєднанні промислового досвіду ГРП у свердловинах даного регіону з дослідженням приймальності тієї свердловини, в якій передбачається розрив.

Для аналізу процесу корисно використовувати індикаторні криві ГРП (рис. 6.1).

Розглядаючи типову картину на прикладі ГРП свердловин Чорного моря, бачимо, що в межах діапазону витрати ОА швидко зростає тиск до значення, достатнього для розкриття природних тріщин. Якщо бути точним, зміна тиску відбувається не лінійно, а по кривій (див. рис. 6.2.1, поз.5). однак такі дані для побудови кривої звичайно відсутні, бо дослідження при витратах q0<200 м3/добу здійснюються лише в нагнітальних свердловинах, тому в діапазоні ОА зміну тиску вважають лінійною.

В діапазоні витрати АВ тиск змінюється пропорційно витраті рідини. Можна вважати, що тут не відбувається розкриття нових тріщин, тільки розвивається вже існуючі. Тому при тиску в точці А закінчується процес розкриття природних тріщин у пласті.

При деяких ГРП (? 35% усіх процесів) після досягнення найбільшого тиску в точці В і тривалого (15…60 хв) нагнітання рідини з піском спостерігається повільне зниження тиску, а часом його різкий стрибок на 3…7 МПа. Перше можливе при очищенні стінок тріщин від забруднення або подальшого їх розвитку, друге — при утворенні нових тріщин.

точка, одержана побудовою; 2 — режими ГРП; 3-дослідження свердловини на приймальність; 4 — режими ГРП при закріпленні тріщин; 5 — гіпотетична зміна приймальності.

Рисунок 6.1 Індикаторна крива ГРП, характерна для свердловин Чорного моря.

Після зниження тиску звичайно збільшують витрату рідини (лінія СД), однак тиск уже не збільшується й значення його в точці Д менше, ніж в точці В.

Для кожної свердловини, де проводиться ГРП, потрібно визначити: тиск на вибої Р0 з найменшою витратою рідини насосного агрегату q0, яка дорівнює 200…250 м3/добу, тиск на вибої РР4, що відповідає чотирикратному збільшенню коефіцієнта приймальності свердловини, а також максимальний тиск на вибої РРm, досягнений при ГРП.

Для морського регіону РР4 = 1,15 Р0 (6.2).

РРm = 1,22 Р0 (6.3).

звідки РРm = 1,06 Р0 (6.4).

Для визначення очікуваного тиску ГРП використовують також поняття вертикального градієнта тиску grad P, який є відношенням тиску Р0, РР4, РРm до глибини Н залягання пласта в даній свердловині у вигляді.

grad P = Р/Н (6.5).

Очікуваний тиск розриву в даній свердловині визначають шляхом нагнітання в пласт даної свердловини рідини з витратою близько 200…250 м3/добу, заміряють тиск Р0 і, використовуючи залежність (6.2) і (6.3), вираховують тиск при розриві.

Відомий точніший, але трудомісткіший спосіб визначення РР4, з урахуванням початкового коефіцієнта приймальності.

і тангенсна кута tg = Кпр/Р, кривих зміни коефіцієнта приймальності до осі тисків Кпр=f (Р), за умовної мінералізації цієї залежності.

Типову картину зміни коефіцієнта приймальності від тиску наведено на рис. 6.2.

Розрахункова формула має вигляд.

при чому для умов Чорного моря за.

tg = 13 650 (10Р0)-1,235 (6.8).

точка, А відповідає приймальності Кпр.0 при витраті q0 і тиску Р0;

точка В — при Р=РРmax;

точка D — при Кпр=Кпр.max.

Рисунок 6.2 — Зміна коефіцієнта приймальності свердловин під час ГРП.

Оріентація тріщин. З теорії ГРП відомо, що про вертикальність тріщин свідчать такі особливості перебігу процесу:

тиск розриву пласта менший від гірничого;

збільшення об'єму рідини, що нагнітається в пласт, супроводжується зниженням тиску;

пластовий тиск впливає на тиск розриву пласта.

Виявлено, що в свердловинах родовищ на Чорному морі під час ГРП звичайно тиск розриву дорівнює 0,7…0,8 від гірничого; тиск на гирлі свердловини після досягнення його максимального значення і при постійній найбільшій витраті рідини дуже часто знижується на 3…7 МПа; вплив пластового тиску на тиск ГРП оцінюється такими експерементальними залежностями:

grad P0= 0,107+qradРпл, (6.9) grad PР4= 0,122+qradРпл, (6.10).

Таким чином, тріщини, що розкриваються під час ГРП у свердловинах Чорного моря, мають орієнтацію близьку до вертикальної.

Витрата рідини. Усі методи розрахунку потрібної витрати рідини під час ГРП базуються на лабораторних чи промислових експерементальних даних.

За G-D Ю. П. Желтова використовують аналітичні рішення, наведені для розрахунку розмірів тріщини. Водночас, додатково, за формулами Гірстма і Де Клерка, враховують витрати рідини в стінки тріщини. Це аналітично складний метод, який потребує застосування ПЕОМ.

Інший підхід полягає в окремому розрахунку витрати рідини, необхідної для перенесення піску по тріщині qтр, і витрати рідини для компенсації фільтраційних витрат рідини через її стінки. Отже, потрібна витрата рідини.

qmіn = qтр + qф (6.11).

Звідси.

де qтр — витрата по тріщині, л/с; h i — висота вертикальної тріщини та її ширина, см; - в’язкість рідини-пісконосія, мПа с.

Витрату рідини для компенсації кількості відфільтрованої рідини розраховують, використовуючи дані лабораторного експеременту. Визначають фільтрацію даної рідини через одиницю поверхні натурального зразка породи, що підлягає ГРП, а потім розраховують:

qф = 4 hL qф1 (6.13).

де qф — витрата рідини для компенсації фільтраційних витрат, л/с; qф1 — фільтраційні витрати на одиницю поверхні з двох сторін тріщини, л/(с см2); h i Lвисота та довжина півтріщини, см.

Відомий також простий і надійний підхід для планування витрат рідини під час ГРП з достатньою точністю. Для цього використовують вже описаний спосіб дослідження окремої свердловини на приймальність.

Очікувану найменшу й найбільшу витрату рідини під час ГРП визначають з точністю до 20% за такими залежностями:

qР4 = 4 Кпр (Рр4 -Рпл), (6.14).

qm = Aq Кпр (1,06Рр4 -Рпл), (6.15).

де Аq=4…8. Зазначимо, що Аq=8 застосовують для рідин з в’язкістю, близькою до в’язкості пластової рідини, а Аq=4 для рідин з в’язкістю на два порядки більшою.

Тиск на гирлі свердловини визначають для заданих діаметра НКТ, глибини спуску, густини рідини і піску, концентрації піску в рідині, в’язкості рідини та її витрат.

Тиск на гирлі свердловини під час ГРП Рр. г=РРm-Pгс.т+Рвтр, (6.16).

де Рвтр — втрати тиску під час нагнітання рідини; Pгс. т — тиск гідростатичного стовпа рідини, який визначають з урахуванням густини рідини.

Маса закріплювача тріщин. Для свердловин глибиною до 3000 м, закріплювачем тріщин може бути кварцовий пісок, що відповідає ТУ 39−982−84. Звичайно застосовують пісок фракції 0,4…1,6 мм.

Розрахунок маси закріплювача (піску) доцільно здійснювати з урахуванням потрібної поверхні тріщини ГРП та питомого розподілу його на одиницю поверхні. Відомо, що прийнятні значення провідності тріщини ГРП спостерігається при питомій концентрації закріплювача mпс=0,5 кг/м3, яка відповідає розрідженому моношару. Концентрації більші від mпс=2,4 кг/м3 відповідають багатошаровому розміщенню закріплювача. На практиці ГРП рекомендується застосовувати до mпс=5…20 кг/м3.

Оптимальну півдовжину вертикальної тріщини визначають за залежністю, одержаною з обробки даних.

L=143 k-0,27, (6.17).

де L — півдовжина (одного крила) двобічної вертикальної тріщини, м;

kпроникність породи, фм2 (1фм2=10−3 мкм2).

Поверхня двох півдовжин тріщини.

Sтр = 2 Lh, (6.18).

де L — визначається за формулою (6.17); h — звичайно дорівнює товщині пласта, що підлягає ГРП, м.

Питомий розподіл закріплювача (кг/м2) в тріщині можна розрахувати за емпіричними залежностями.

mпс= 4+40 (m-0,09) для m <= 0,11, (6.19).

де m = 0,070,20 — пористість породи, частки одиниці.

Масу закріплювача (піску) (т), потрібну для закріплення тріщин, розрахуємо так:

Mпс = Sтрmпс/1000. (6.20).

Як випливає з рівнянь (6.19) і (6.20), у міцних породах малої пористості кількість закріплювача (піску), необхідна для закріплення тріщин, значно менша, ніж у м’яких породах з великою пористістю.

Об'єм рідини для ГРП і концентація піску. Під час ГРП у свердловину послідовно нагнітають ньютонівську малов’язку рідину розриву пласта, буферну та рідину-пісконосій, що характеризується однаковими властивостями, які звичайно мають не тільки більшу в’язкість, але й часто неньютонівські властивості. Наприкінці запомповують малов’язку протискуючу рідину.

Об'єм малов’язкої рідини розриву звичайно Vр. р=20…30 м3.

Об'єм буферної рідини, яка знаходиться перед рідиною-пісконосієм, повинен забезпечити розкриття тріщин на ширину в 3…5 разів більшу, ніж діаметр закріплювача, а це 3…5 мм.

Наближено об'єм буферної рідини можна визначити так:

Vб.р.=(0,1…0,3) Vр.п., (6.21).

Об'єм рідини пісконосія.

Vр.п.=103Мпс /Кпс, (6.22).

де Кпс — концентація піску в рідині-пісконосій, кг/м3.

Оптимальна концентрація піску в рідині-пісконосію залежить від швидкості падіння зернинок закріплювача u.

Залежність швидкості падіння піщинок діаметром 0,8 мм від в’язкості рідини за даними запишемо у вигляді.

u= 638−0,73, (6.23).

де u — швидкість падіння, м/год; - в’язкість мПа. с.

Концентацію піску (кг/м3) визначають за формулою Кпс =4000/u (6.24).

Об'єм протискуючої рідини (м3).

Vп.р.=0,785 (Hтd2 В.т+(H-Hт)D2 В.к), (6.25).

де Hт — глибина спуску НКТ з пакером, м; H — глибина залягання пласта, що підлягає ГРП, м; dв. т і Dв. к — внутрішні діаметри НКТ і експлуатаційної колони, м.

Розміри тріщини ГРП. Залежність для розрахунку півдовжини одного крила вертикальної двосторонньої тріщини рідиною, яка фільтрується, має такий вигляд:

де L — півдовжина тріщини, см; Vр. п — об'єм рідини-пісконосія, см3; qm — витрата рідини під час закріплення тріщин (qР4, qm), см3/с; - в’язкість рідини, МПа. с; hтовщина пласта, см; mпористість породи, частка одиниці; kпроникність породи, см2.

рб=(Рс+Р0)/2 (6.27).

де рб — бічний гірничий тиск, Па; Рс =Рpm-Pпл. і Р0 =Р0 -Pпл .

Бічний гірничий тиск оцінюють також за формулою.

де рб — теоретичний бічний гірничий тиск, МПа; - коефіцієнт Пуассона, звичайно =0,25; Hглибина пласта в свердловині, м; п — густина породи, кг/м3; g=9,8 м/с2.

Вважають, що утворення тріщини можливе, якщо перепад між тиском у свердловині та пластовим тиском був більшим, ніж бічний гірничий тиск Рс> рб.

Якщо в’язкість рідини-пісконосія близька до в’язкості пластової рідини, то для одержання прийнятних розмірів тріщини у чисельник формули (6.26) вводимо коефіцієнт умовного збільшення в’язкості, прийнявши.

= 4. (6.29).

Ширину тріщини розраховують за формулою.

де — коефіцієнт Пуасона для гірських порід (=0,25); - ширина тріщини, см; Е — модуль Юнга для гірських порід (Е 104 Мпа).

Кількість насосних агрегатів для ГРП визначають, виходячи з відомих Рр. г, qm, характеристики одного агрегата Ра1, qа1 і технічного стану агрегатів Ка1 0,5…0,9:

Тривалість проведення ГРП наближено оцінюють за такою залежністю:

t=1440(Vp.p+Vб.р.+Vр.п+Vпр)/qm (6.32).

Технологічну ефективність ГРП з вертикальною тріщиною у вигляді кратності росту дебіту після ГРП оцінюють за І.В. Кривоносовим з умови припливу до свердловини з радіусом горизонтальної тріщини, еквівалентним частині її півдовжини L, Rтр=0,25L:

де Qгр і Q0 — відповідно дебіти після і до ГРП; Rк — радіус контура живлення, rсрадіус свердловини.

Якщо свердловина має забруднену привибійну зону, приймаємо за rс приведений радіус свердловини rс = rпр.

Провівши обрахунки (див. додаток В) основних параметрів в програмній середі «Mathcad», я отримав такі дані:

очікуваний тиск на агрегатах під час закріплення тріщин піском Pр.н.г=46,97 МПа;

очікуваний максимальний тиск на вибої під час ГРП Ppm=37,39 МПа;

максимальна витрата qm=2201 м3/добу;

об'єм рідини розриву 30 м³;

об'єм буферної рідини 43 м³;

об'єм рідини-пісконосія 143,5 м³;

об'єм протискуючої рідини 3,7 м³;

маса піску 12,91 т Для проведення процесу ГРП потрібно забезпечити на свердловині наявність слідуючої спецтехніки (Табл.6.1).

Таблиця 6.1 — Вид спецтехніки і транспорту.