Основы моделирования ГРП

1.

Раздел 5. Математическое
моделирование разработки
месторождений нефти и газа с
применением гидравлического
разрыва пласта
Тема ЛЕКЦИЯ 18 (5.1) ОСНОВЫ
МОДЕЛИРОВАНИЯ ГРП
Учебные вопросы лекции:
1. Основные представления о механизме гидравлического
разрыва пласта
2. Технологии ГРП

2.

1. Основные представления о механизме гидравлического
разрыва пласта
Гидравлическим разрывом пласта (ГРП) называется процесс, при котором
давление жидкости воздействует непосредственно на породу пласта
вплоть до ее разрушения и возникновения трещины.
ГРП значительно увеличивает
дренируемую площадь вокруг
ствола скважины, и, как следствие, ее
производительность.
Флюиды, посредством которых с
поверхности на забой скважины
передается энергия, необходимая для
разрыва, называются жидкостями
разрыва.
2

3.

1. Основные представления о механизме гидравлического
разрыва пласта
Расстановка оборудования у устья
Обвязка устья скважины при ГРП
Контроль процесса ГРП
Лаборатория контроля проведения процесса ГРП
Подготовительные работы
3

4.

1. Основные представления о механизме гидравлического
разрыва пласта
Задачи, решаемые при ГРП:
а) Создание трещины.
б) Удержание трещины в раскрытом состоянии.
в) Удаление жидкости разрыва.
г) Повышение продуктивности пласта.
Проведение гидроразрыва преследует две главные цели:
1). Повысить продуктивность пласта путем увеличения эффективного
радиуса дренирования скважины.
2). Создать канал притока в приствольной зоне нарушенной проницаемости.
Нарушение проницаемости продуктивного пласта - важное для
понимания понятие, поскольку тип и масштаб процесса разрыва
проектируетсяименно с целью исправления этого нарушения. Если есть
возможность создать проходящую сквозь зону повреждения трещину,
заполненную проппантом, и привести падение давления до нормальной
величины градиента гидродинамического давления, то продуктивность
скважины возрастет.
INTERPRETATION
MODELING
SIMULATION
WELL & COMPLETION
PRODUCTION & PROCESS
4

5.

1. Основные представления о механизме гидравлического
разрыва пласта
Некоторые формы нарушения проницаемости пласта :
1). Вторжение в пласт частиц бурового раствора.
2). Вторжение в пласт фильтрата бурового раствора.
3). Вторжение в пласт фильтрата цемента.
4). Несоответствие перфорации по размеру, количеству и глубине проникновения
отверстий.
5). Разрушение перфорации и уплотнение материнской породы.
6). Мехпримеси в жидкости заканчивания или жидкости глушения, проникающие в пласт
или забивающие перфорацию.
7). Вторжение в пласт жидкостей заканчивания или глушения.
8). Закупоривание пласта природными глинами.
9). Отложения асфальтенов или парафинов в пласте или перфорации.
10).Отложения солей в пласте или перфорации.
11).Образование или закачка эмульсии в пласт.
12).Закачка кислот или растворителей с мехпримесями или отложения мехпримесей в
пласте.
Все это может привести к снижению продуктивности, а в тяжелых случаях - к
полному прекращению добычи из скважины. Помочь могут некоторые виды
стимуляционного воздействия.
INTERPRETATION
MODELING
SIMULATION
WELL & COMPLETION
PRODUCTION & PROCESS
5

6.

1. Основные представления о механизме гидравлического
разрыва пласта
Если, например, имеет место снижение проницаемости на 50% в слое
толщиной 5 см, то это приведет к снижению продуктивности всего на 14%
. Если же снижение проницаемости охватило 30-сантиметровый слой,
продуктивность понизится на 40%. Снижение на 75% проницаемости в 30сантиметровой толще приведет к потере продуктивности в 64%. Поэтому
скважина, которая должна давать 100 кубометров в сутки, но
проницаемость пласта в радиусе 30 см от ствола составляет лишь 25%
от начальной добычи, нефти составит только 36 м3 /сутки.
INTERPRETATION
MODELING
SIMULATION
WELL & COMPLETION
PRODUCTION & PROCESS
6

7.

2. Технологии ГРП
локальный гидроразрыв как эффективное средство воздействия на призабойную
зону скважин. При этом бывает достаточным создание трещин длиной 10-20 м с
закачкой десятков кубических метров жидкости и единиц тонн проппанта. В этом
случае дебит скважин увеличивается в 2-3 раза.
технологии создания высокопроводящих трещин относительно небольшой
протяженности в средне- и высокопроницаемых пластах, что позволяет снизить
сопротивление призабойной зоны и увеличить эффективный радиус скважины.
проведение гидроразрыва с образованием протяженных трещин приводит к
увеличению не только проницаемости призабойной зоны, но и охвата пласта
воздействием, вовлечению в разработку дополнительных запасов нефти и повышению
нефтеизвлечения в целом. При этом возможно снижение текущей обводненности
добываемой продукции. Оптимальная длина закрепленной трещины при
проницаемости пласта 0,01-0,05 мкм2 обычно составляет 40-60 м, а объем закачки - от
десятков до сотен кубических метров жидкости и от единиц до десятков тонн
проппанта.
селективный гидроразрыв, который позволяет вовлечь в разработку и повысить
продуктивность низкопроницаемых слоев.
массированный ГРП. При котором создают трещины протяженностью 1000 м и более
с закачкой от сотен до тысяч кубических метров жидкости и от сотен до тысяч тонн
проппанта.
INTERPRETATION
MODELING
SIMULATION
WELL & COMPLETION
PRODUCTION & PROCESS
7

8.

2. Технологии ГРП
Технология применения гидроразрыва в первую очередь основана на знании
механизма возникновения и распространения трещин в горных породах, что
позволяет прогнозировать геометрию трещины и оптимизировать ее параметры.
Математическое моделирование процесса трещинообразования базируется на
фундаментальных законах теории упругости, физики нефтегазоносных пластов,
фильтрации, термодинамики.
Первую теоретическую модель
распространения двумерной
трещины, получившую всеобщее
признание, предложили С.А.
Христианович, Ю.П. Желтов и Г.И.
Баренблатт (модель I). Несколько
позже Т.К. Perkins, L.R. Kern была
предложена вторая модель (модель
II).
Эти две основные двумерные
теоретические модели
распространения трещин
гидроразрыва различаются
физической постановкой задач (рис.
1.1).
INTERPRETATION
MODELING
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.
SIMULATION
WELL & COMPLETION
PRODUCTION & PROCESS
8

9.

2. Технологии ГРП
Тип разрыва, который может произойти в
конкретных условиях зависит от напряжения в
пласте. Разрыв происходит в направлении,
перпендикулярном наименьшему напряжению.
На практике, в большинстве скважин происходят
вертикальные разрывы. Трещина разрыва
образует два крыла, ориентированные под углом
180° друг к другу.
Горизонтальный разрыв происходит
в скважине, если горизонтальное
напряжение больше, чем
вертикальные напряжения.
INTERPRETATION
MODELING
SIMULATION
WELL & COMPLETION
PRODUCTION & PROCESS
9

10.

2. Технологии ГРП
Вывод:
возможность образования вертикальной или горизонтальной трещины зависит от
распределения тектонических напряжений
Процедура оптимизации гидроразрыва должна включать в себя следующие
элементы:
• расчет количества жидкости разрыва и проппанта, необходимых для создания
трещины требуемых размеров и проводимости;
• технику для определения оптимальных параметров нагнетания с учетом
характеристик проппанта и технологических ограничений;
• комплексный алгоритм, позволяющий оптимизировать геометрические параметры и
проводимость трещины с учетом продуктивности пласта и системы расстановки
скважин, обеспечивающий баланс между фильтрационными характеристиками пласта
и трещины и основанный на критерии максимизации прибыли от обработки скважины.
INTERPRETATION
MODELING
SIMULATION
WELL & COMPLETION
PRODUCTION & PROCESS
10

11.

2. Технологии ГРП
Создание оптимальной технологии ГРП подразумевает соблюдение следующих
критериев:
• обеспечение оптимизации выработки запасов месторождения;
• максимизацию глубины проникновения проппанта в трещину;
• оптимизацию параметров нагнетания жидкости разрыва и проппанта;
• минимизацию стоимости обработки;
• максимизацию прибыли за счет получения дополнительной нефти и газа.
В соответствии с этими критериями можно выделить следующие этапы оптимизации
проведения ГРП на объекте:
1. Выбор скважин для обработки с учетом существующей или проектируемой системы
разработки, для максимизации добычи нефти и газа при минимизации затрат.
2. Определение оптимальной геометрии трещины – длины и проводимости – с учетом
проницаемости пласта, системы расстановки скважин, удаленности скважины от газо- или
водонефтяного контакта.
3. Выбор модели распространения трещины на основе анализа механических свойств породы,
распределения напряжений в пласте и предварительных экспериментов.
4. Подбор проппанта с соответствующими прочностными свойствами, расчет объема и
концентрации проппанта, необходимых для получения трещины с заданными свойствами.
5. Подбор жидкости разрыва с подходящими реологическими свойствами с учетом
характеристик пласта, проппанта и геометрии трещины.
6. Расчет необходимого количества жидкости разрыва и определение оптимальных параметров
нагнетания с учетом характеристик жидкости и проппанта, а также технологических ограничений.
7. Расчет экономической эффективности проведения ГРП.
INTERPRETATION
MODELING
SIMULATION
WELL & COMPLETION
PRODUCTION & PROCESS
11

12.

2. Технологии ГРП
При анализе геолого-физических свойств потенциального объекта учитываются
следующие особенности:
• неоднородность пласта по простиранию и расчлененность по толщине,
обеспечивающие высокую эффективность гидроразрыва за счет приобщения к
разработке зон и пропластков, не дренированных ранее;
• проницаемость пласта, которая обычно не должна превышать 0,03 мкм2 при
вязкости нефти до 5 мПас и 0,03–0,05 мкм2 при вязкости нефти до 50 мПас (В пластах
более высокой проницаемости эффективен локальный ГРП, который дает значительный
эффект в основном как средство обработки призабойной зоны.);
• толщина и выдержанность литологических экранов, отделяющих продуктивный
пласт от газо- или водонасыщенных коллекторов, которая должна быть не менее 4,5–6 м;
• глубина залегания пласта, которая, как правило, не должна превышать 3500 м и
определяет требования к технологии ГРП, в частности к прочности применяемого
проппанта;
• 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;
• выработанность извлекаемых запасов, которая, как правило, не должна
превышать 30 %.
INTERPRETATION
MODELING
SIMULATION
WELL & COMPLETION
PRODUCTION & PROCESS
12

13.

2. Технологии ГРП
В ОАО "Татнефть" на 2012 год специалистами Компании запланировано проведение
364 ГРП (320 - в 2011 году и 239 - в 2010 году). Ранее производилось до 60 ГРП в год.
Благодаря применению ГРП средний прирост дебита на скважине достигает 4,5
тонны в сутки. Нарастающая дополнительная добыча составила свыше 5,5 млн тонн.
Проводится работа по расширению области применения гидравлического разрыва
пласта. В частности, речь идет о его использовании сразу после бурения и повторном
ГРП.
Моделирование процесса ГРП производится с помощью программного комплекса
"Mеyer". Инженерный подход включает предварительный сбор и анализ информации
геологических, геофизических исследований, а затем уточнение данных с помощью
проведения мини-гидроразрыва, предшествующего основному ГРП.
В настоящее время в "Татнефти" освоены различные виды ГРП, такие как
классический, локальный, большеобъемный, кислотный
INTERPRETATION
MODELING
SIMULATION
WELL & COMPLETION
PRODUCTION & PROCESS
13

14.

Вопросы для самоконтроля

15. Основная литература

Литература
1.Каневская
Р.Д.
Математическое
моделирование
разработки
месторождений нефти и газа с применением гидравлического разрыва
пласта./ М.: Недра-Бизнесцентр, 1999. - 212 с.
2. Тынчеров К.Т., Горюнова М.В. Практический курс геологического и
гидродинамического моделирования процесса добычи углеводородов:
учебное пособие / К.Т.Тынчеров, М.В.Горюнова – Октябрьский:
издательство Уфимского государственного нефтяного технического
университета, 2012, 150 с.
3.http://oilloot.ru/77-geologiya-geofizika-razrabotka-neftyanykh-i-gazovykhmestorozhdenij/94-gidravlicheskij-razryv-plasta-grp.

16. Окончание…

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!