Цели и задачи процесса гидравлического разрыва пласта
Гидравлический разрыв пласта – это процесс, во время которого давление жидкой среды оказывает влияние на горную породу пласта, в результате чего происходит ее разрушение или образование трещин.
В настоящее время многие залежи нефти, которые подвергаются разработке, являются трудноизвлекаемыми. Одним из самых эффективных способов повышения продуктивности добывающих скважин является гидравлический разрыв пласта, представляющий собой механический метод воздействия на продуктивный пласт, при котором горная порода разрывается по плоскостям с минимальной прочностью. Результатом проведения гидравлического разрыва пласта становится увеличение приемистости нагнетательных скважин, а также увеличение дебита добывающих горных выработок, происходящие из-за снижения гидравлических сопротивлений в призабойной зоне, и увеличение нефтеотдачи за счет приобщения к выработке слабо дренируемых пропластков и зон. Основным видом гидроразрыва является локальный, воздействующий на одну скважину. Однако, в последнее время в странах Западной Европы и Соединенных Штатах применяется массированный гидроразрыв, с помощью которого трещины могут создаваться на протяженность в 1 километр.
Воздействие давления жидкости расширяет трещину вглубь от точки разрыва. Обычно в закачиваемую жидкость добавляют расклинивающий материал, например, песок, керамические шарики, боксит и т.п. Этот материал выполняет функцию удержателя, который поддерживает трещину в раскрытом состоянии.
При гидравлическом разрыве решается ряд важных задач:
- Увеличение продуктивности пласта.
- Создание трещин.
- Удаление жидкости разрыва.
- Удержание трещин в раскрытом состоянии.
Трещины создаются при помощи закачки жидкостей определенного состава в пласт со скоростью, которая превышает скорость ее поглощения пластом. Давление жидкости растет и в результате превышения внутреннего напряжения в горной породе образуется трещина. Как только развитие жидкости началось, в нагнетаемую жидкость добавляется расклинивающий материал, который потоком переносится в трещину. После окончания процесса гидравлического разрыва пласта этот материал удерживает трещину открытой. Перед началом добычи полезного ископаемого для удаляют жидкость разрыва. Этот процесс является очень важным, так как эта жидкость может препятствовать процессу извлечения нефти или природного газа.
Процесс гидравлического разрыва пласта преследует две основных цели:
- Создание канала притока в приствольной зоне нарушенной проницаемости.
- Повышение продуктивности пласта при помощи увеличения радиуса дренирования скважины.
Сущность гидравлического разрыва пласта
Принципиальная технологическая схема гидравлического разрыва пласта изображена на рисунке ниже.
Рисунок 1. Принципиальная технологическая схема гидравлического разрыва пласта. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
1 – трещина разрыва; 2 – продуктивный пласт; 3 – пакер; 4 – якорь; 5 – обсадная колонная скважины; 6 – Насосно-компрессорные трубы; 7 – арматура устья скважины; 8 – манометр; 9 – блок манифольда; 10 – станция управления процессом гидроразрыва; 11 – насосы; 12 – пескосмесители; 13 – емкость с жидкостями; 14 – насосы.
Гидравлический размыв пласта осуществляется следующим образом: в проницаемый пласт закачивается под давлением до 100 МПа, под ее действием пласт расщепляется. Для предотвращения смыкания трещин в них вместе с жидкостью закачивается расклинивающий материал, проницаемость которого в тысячу раз превышает проницаемость ненарушенного пласта.
Гидравлический размыв производится для раскрытия уже существующих или образования новых трещин в пласте для увеличения производительности скважины и проницаемости ее призабойной зоны.
Важнейшим параметром проведения гидравлического разрыва пласта является давление гидроразрыва, которого достаточно для образования трещин. При идеально раскладе должно выполняться следующее условия:
$P_p ≤ P_г$
где, $P_p$ – давление раскрытия; $P_г$ – горное давление, которое создается толщей горных пород, лежащих выше.
В нефтегазовой отрасли применяются два основных вида гидравлического разрыва пласта: кислотный гидроразрыв (без закрепления трещин) и проппантовый гидроразрыв (с закреплением трещин). В коллекторах, сложенных карбонатными породами, применяют кислотный гидроразрыв, а в терригенных – проппантовый гидроразрыв. При проппантовом гидроразрыве в образованные трещины при помощи песконосителей (специальные жидкости) расклинивающий материал транспортируется проппант (материал поодерживающий трещины в открытом состоянии. При кислотном гидроразрыве в скважину закачивается раствор соляной кислоты и высоковязкая жидкость. Высоковязкая жидкость образует трещину и заполняет естественные маленькие трещины (для предотвращения попадания в них кислоты). Задачей соляной кислоты является разъедание породы вдоль направления трещин. В этом случае расклинивающий материал не используется, потому то после взаимодействия кислоты с трещинами, последние имеют развитую поверхность и смыкается хаотичными выступами из-за чего образуется система гидродинамических каналов, которые способствуют фильтрации нефти.
