Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Гидроразрыв, как один из основных способов интенсификации притока из малопроницаемых неоднородных коллекторов 15
1.1 Общие вопросы гидроразрыва пласта 16
1.1.1 История и опыт применения ГРП 20
1.1.2 Технологии ГРП
1.1.2.1 Традиционные технологии 23
1.1.2.2 Современные технологии ГРП 24
1.1.2.3. Жидкости разрыва 26
1.1.2.4 Проплаты 30
1.1.3 Модели геометрии трещины и дизайн ГРП. 34
1.1.3.1 Основные закономерности формирования трещин ГРП с точки зрения подземной геомеханики 34
1.1.3.2 Геометрические размеры трещины 37
1.1.3.3 Ориентация трещины в пространстве Напряженное состояния пород и ориентация трещины по простиранию пласта 41
1.1.3.4 Основные модели трещины ГРП 43
1.1.3.5 Расширенная оценка ГРП 50
1.2 Исследование скважин с гидроразрывом пласта 52
1.2.1 Контроль проведения ГРП 53
1.2.2 Контроль параметров трещины ГРП. 55
1.2.3 Контроль работы пласта, вскрытого трещиной ГРП. 59
1.2.3.1 Гидродинамические исследования 61
1.2.3.2 Непрерывный мониторинг и анализ падения производительности скважины 65
1.2.3.3 Промыслово-геофизические исследования 67
1.3 Обоснование актуальных проблем контроля разработки при вскрытиии низкопроницаемого коллектора трещиной ГРП 68
1.3.1 Коллекторы с низкой проницаемостью, как специфический объект для гидроразрыва 69
1.3.2 Особенности трещин ГРП при вскрытии малопроницаемой неоднородной продуктивной толщи 70
1.3.3 Нестабильные трещины разрыва в нагнетательных скважинах 71
1.3.4 Задачи совершенствования системы контроля разработки низкопроницаемых неоднородных коллекторов с применением ГРП 73
1.3.4.1 Контроль характера изменения во времени параметров трещины ГРП в эксплуатационных скважинах 74
1.3.4.2 Диагностика и контроль параметров нестабильной трещины ГРП в нагнетательных скважинах 74
1.3.4.3 Оценка параметров неоднородных пластов, вскрытых трещиной ГРП 75
1.3.4.4 Контроль динамики изменения параметров пластов, вскрытых трещиной ГРП во времени 75
1.3.4.5 Контроль текущей эффективной работающей мощности коллекторов, вскрытых трещиной ГРП 76
1.3.4.6. Выявление и оценка межпластовых перетоков по трещине ГРП...76
1.3.4.7 Оценка эффекта от выравнивания профиля притока (приемистости)-ВПП в условиях гидроразрыва пласта 77
1.3.4.8 Оценка влияния трещин разрыва на систему разработки в целом 77
1.3.5 Моделлькважины в малопроницаемом неоднородном ппасте, ,вкрытом трещиной ГРП 78
ГЛАВА 2 Технологии промыслово-геофизических исследований при контроле работы малопроницаемых коллекторов, в скважинах с ГРП 82
2.1 Построение численной модели системы «скважина пласт» с трещиной гидроразрыва 84
2.2 Анализ информативности расходометрии 86
2.2.1 Общие закономерности формирования профиля работы неоднородного по глубине пласта вскрытого трещиной ГРП 86
2.2.2 Влияние распространения трещины в пределах непроницаемых вмещающих пород 88
2.2.3 Влияние вскрытия трещиной соседних неперфорированных коллекторов (межпластовые перетоки по трещине) 89
2.2.4 Влияние частичного загрязнения трещины 90
2.3 Анализ информативности нестационарной термометрии 92
2.3.1 Общие закономерности тепломассопереноса в пласте, вскрытом трещиной ГРП 93
2.3.2 Особенности эксперимента по оценке характера влияния трещин гидроразрыва на результаты термометрии 99
2.3.3 Постановка задачи об информативности количественного анализа результатов термометрии 102
Выводы по ГЛАВЕ 111
ГЛАВА 3 Технологии гидродинамических исследований при контроле разработки малопроницаемых коллекторов, в скважинах с ГРП 113
3.1 Информативность современных технологий гидродинамических исследований 114
3.1.1 Стандартные циклические ГДИС. 115
3.1.2 ГДИС при анализе падения производительности скважин
3.1.2.1 Границы и особенности практического использования метода 124
3.1.2.2 Условия применимости метода 125
3.1.2.3 Критерии информативности метода 126
3.1.2.4 Результативность метода 128
3.1.3 Основные задачи совершенствования гидродинамических исследований 133
3.2 Совершенствование гдис при выявлении и оценке межпластовых перетоков 134
3.2.1 Модель заколонного межпластового перетока 135
3.2.2 Результативность ГДИС при выявлении перетока по негерметичному цементному камню 138
3.2.3 Совершенствование ГДИС при выявлении перетоков по трещине гидроразрыва 144
Выводы 146
3.3 Исследование нестабильных трещин разрыва в нагнетательных скважинах 147
3.3.1 Численная модель массопереноса при формировании нестабильных трещин 148
3.3.2 Результаты моделирования поля давления 149
3.3.3 Практическое применение результатов моделирования 156
3.3.4 Основные закономерности поведения гидродинамических параметров в пласте, выявленные на основе численного моделирования 162
Выводы по главе 163
ГЛАВА 4 Комплексное применение технологий гидродинамических и промыслово-геофизических исследований при решении сложных задач контроля разработки малопроницаемых пластов при гидроразрыве 166
4.1 Контроль изменения во времени параметров системы «скважина пласт» (добывающие скважины) 171
4.1.1 Долговременный мониторинг с учетом дополнительных данных о падении среднего пластового давления в зоне дренирования 171
4.1.2 Долговременный мониторинг при существенном влиянии нестационарных границ резервуара 182
42 Определение функций относителбных фазовых проницаемостей (ОФП) по данным долговременного мониторинга забойных параметров 188
4.2.1 Постановка задачи 188
4.2.2 Теоретические предпосылки 188
4.2.3 Получение зависимости текущей фазовой проницаемости и насыщенности на основе ГДИС 191
4.2.4 Методика пересчета текущих фазовых проницаемостей к условиям начальной насыщенности пласта 195
4.3 Комплексный динамический анализ при разработке малопроницаемых коллекторов с применением технологии ГРП 199
4.3.1 Обзор технологии проведения исследований 201
4.3.2 Анализ циклов падения забойного давления (КПД) 203
4.3.3 Анализ циклов стабилизации забойного давления (КСД) 204
4.3.4 Анализ влияния нагнетания на соседние добывающие скважины 206
4.3.5 Обобщение результатов гидродинамических исследований 209
4.3.6 Анализ результатов промыслово-геофизических исследований (ПГИ) 211
Заключение 216
Список литературы 218
- Современные технологии ГРП
- Особенности трещин ГРП при вскрытии малопроницаемой неоднородной продуктивной толщи
- ГДИС при анализе падения производительности скважин
- Долговременный мониторинг при существенном влиянии нестационарных границ резервуара
Введение к работе
Актуальность работы
В настоящее время 65-75% всех мировых промышленных запасов нефти относят к категории трудноизвлекаемых (в отдельных нефтегазоносных регионах этот показатель достигает 100%). Среди базовых критериев принадлежности запасов к этой категории выделяют экономическую рентабельность, низкую продуктивность, высокую вязкость нефти, наличие подгазовых зон, низкую проницаемость коллектора. Последний из перечисленных критериев является одним из основных. По различным оценкам, в структуре запасов России залежи с трудноизвлекаемыми углеводородами составляют более половины разведанных запасов – от 60 до 70% , при этом в низкопроницаемых пластах сосредоточена их превалирующая доля (около 40%). Для таких коллекторов характерны высокая степень неоднородности фильтрационно-емкостных свойств по разрезу и простиранию пласта в целом, высокое содержание связанной воды, наличие непроницаемых или слабопроницаемых границ (перемычек) в пределах одного литологического тела.
Необходимым условием вовлечения подобных объектов в разработку является активное внедрение методов интенсификации притока для обеспечения экономической рентабельности добычи. К наиболее распространенным и эффективным среди них на сегодняшний день в практике мировой и отечественной нефтегазовой индустрии относится гидроразрыв пласта (ГРП).
Этот метод становится важным элементом системы разработки месторождений, позволяя увеличить продуктивность скважины по сравнению с первоначальной в несколько раз, а также обеспечивая рост темпа извлечения углеводородов, вскрытие незатронутых при бурении ствола скважины пропластков и слабодренируемых зон пласта, охват их заводнением.
Преобладающая часть научных разработок в области изучения ГРП касается, прежде всего, исследования факторов, влияющих на успешность данной технологии, оценки ее эффективности, совершенствования дизайна трещин разрыва, повышения результативности контроля технологических операций при проведении ГРП.. В первую очередь изучаются вопросы о том, какую геометрию имеет созданная трещина, и как она влияет на производительность скважины.
В то же время проблемам контроля разработки продуктивных объектов в условиях их вскрытия трещинами ГРП в процессе последующей длительной работы скважин пока уделяется мало внимания. Прежде всего, это связано с недостаточной изученностью многих методических и технологических аспектов исследований пластов, вскрытых трещинами ГРП.
Основной объем информации о состоянии пласта при наличии ГРП и параметрах трещины (в первую очередь об интегральных фильтрационных свойствах и характеристиках совершенства вскрытия пласта) сегодня дают гидродинамические исследования скважин (ГДИС).
Высокий информативный потенциал имеют и промыслово-геофизические исследования (ПГИ) действующих скважин, однако он пока используется далеко не полностью. Практически не изучены возможности методов ПГИ в присутствии трещины гидроразрыва при определении профиля притока (приемистости), оценке распределения проницаемости по высоте пласта, диагностике межпластовых перетоков. Не исследованы также возможности способы диагностики и количественной интерпретации межпластовых перетоков по нестабильным трещинам разрыва.
Традиционно интерес исследователей сосредоточен в основном на закрепленных проппантом трещинах ГРП в эксплуатационных скважинах. Гораздо меньшее внимание уделяется нестабильным трещинам в нагнетательных скважинах (при так называемом «авто ГРП»). Причиной их возникновения является высокая репрессия на пласт (превышение давления нагнетания предела прочности пород) при интенсивной закачке. Специфика нестабильных трещин заключается в зависимости размеров (как по простиранию, так и по высоте) от величины давления нагнетания, что является предпосылкой управления размерами трещин при исследованиях.
Существует еще одна проблема, связанная с контролем состояния низкопроницаемых пластов, вскрытых с помощью гидроразрыва. В процессе эксплуатации параметры трещин и прискважинной зоны непрерывно трансформируются. Меняется состав притока, геометрические размеры, степень загрязнения поверхности, а также проводимость трещины. Традиционно учет этих факторов обеспечивают периодическим повторением гидродинамических исследований. Однако в малопроницаемых коллекторах подобный формальный подход встречает серьезное препятствие. Длительность ГДИС, необходимая для получения качественного результата, должна быть столь велика, что значения определяемых параметров за это время успевают существенно измениться. В этих условиях как технология проведения исследований скважин, так и методы интерпретации результатов должны быть существенно модернизированы.
И наконец, нельзя не упомянуть о необходимости совершенствования подходов к комплексированию промыслово-геофизических и гидродинамических методов для изучения особенностей поведения, а также изменения свойств малопроницаемого пласта с ГРП в течение длительного периода эксплуатации. Подобный подход является информационной основой настройки трехмерной фильтрационной модели залежи.
Цель работы
Названные выше проблемы определили основную цель представляемой диссертационной работы, состоящую в усовершенствовании технологии проведения, методов интерпретации промыслово - геофизических и гидродинамических исследований при контроле разработки малопроницаемых пластов, эксплуатируемых при гидроразрыве.
Основные задачи исследований
В соответствии с поставленной целью в диссертации решены следующие задачи:
-
Анализ современного состояния комплекса промыслово-геофизических и гидродинамических исследований при контроле разработки коллекторов, вскрытых трещиной гидроразрыва.
-
Обоснование аналитической и численной модели тепломассопереноса в неоднородном малопроницаемом коллекторе, работающем в условиях гидроразрыва.
-
Изучение на численной модели особенностей полей давления, скорости и температуры, обусловленных вскрытием низкопроницаемого пласта трещиной гидроразрыва.
-
Теоретический (на основе результатов моделирования) и экспериментальный анализ информативности геофизических и гидродинамических методов (определения приток-состава и термометрии) при контроле динамики работы низкопроницаемых коллекторов, вскрытых трещиной ГРП, в том числе за пределами интервала перфорации. Усовершенствование технологии проведения и методики интерпретации результатов исследований действующих скважин при оценке профиля притока и приемистости и изучении межпластовых перетоков.
-
Теоретический и экспериментальный анализ информативности геофизических и гидродинамических методов при изучении нестабильных трещин в нагнетательных скважинах. Усовершенствование технологии проведения и методики интерпретации исследований скважин при диагностике и определении параметров нестабильных трещин.
-
Теоретический и экспериментальный анализ информативных возможностей промыслово-геофизических и гидродинамических исследований при длительной эксплуатации низкопроницаемых коллекторов с гидроразрывом (при изменяющихся во времени свойствах пластов), обоснование технологии проведения исследований и подходов к интерпретации результатов.
-
Обоснование принципов комплексирования геофизических и гидродинамических методов при изучении малопроницаемых неоднородных пластов, эксплуатируемых при гидроразрыве.
-
Организация промышленного опробования и внедрения предложенных в рамках диссертационной работы технологий и методик.
Методика исследований
При решении задач, поставленных в диссертационной работе, использовались результаты обобщения и анализа отечественных и зарубежных публикаций, посвященных описанному кругу проблем; теоретическое изучение физических процессов, описывающих закономерности поведения полей давления, температуры и скорости потока в скважине и вскрытом трещиной гидроразрыва пласте; математическое моделирование поведения перечисленных полей; постановка, обобщение и анализ результатов промыслово-геофизических и гидродинамических исследований скважин с использованием известных и усовершенствованных автором методик и алгоритмов.
В ходе выполнения работы автором использовалось современное программное обеспечение отечественных и зарубежных компаний «Камертон-Контроль», «Гидра-Тест-М» (ПК «Камертон» НПП «ГЕТЭК»); «Saphir», «Topaze» (Kappa Engineering); «Eclipse100», «Eclipse300» (Schlumberger).
Достоверность научных выводов и рекомендаций соискателя подтверждена обобщением и анализом результатов отечественных и зарубежных исследований, оценкой информативности используемых методов исследований и достоверности выявленных закономерностей поведения изучаемых геофизических полей на базе математического моделирования и экспериментов в скважинах, результатами практического применения и внедрения предложенных способов исследования скважин и интерпретации полученных результатов.
Научная новизна
-
На основе теоретического анализа и моделирования поведения поля скоростей в пласте, вскрытом трещиной ГРП, исследованы закономерности выравнивания профиля скорости по высоте пласта в зависимости от степени его вертикальной неоднородности и относительной проводимости трещины. Установлен эффект ложных аномалий на профиле притока (приемистости) в кровле (подошве) интервала перфорации, связанный с развитием трещины за пределы проектного интервала во вмещающих породах. Установлены границы применимости механической расходометрии при изучении профиля притока (приемистости).
-
На основе теоретического анализа и результатов моделирования выполнен анализ информативности термометрии при изучении профиля притока (приемистости) пласта, вскрытого трещиной гидроразрыва. Установлен характер зависимости изменения по глубине темпа релаксации поля температуры от профиля проницаемости пласта. Обоснована оптимальная технология нестационарных термических исследований (в том числе время теплового воздействия и последующей остановки скважины) для диагностики работы пласта на фоне интенсивного влияния трещины ГРП, основанная на создании в пласте теплового поля с линейной симметрией.
-
Учитывая низкую эффективность стандартных ГДИС добывающих скважин при вскрытии низкопроницаемых пластов протяженными трещинами, изучены возможности анализа результатов долговременного мониторинга забойного давления и расхода в процессе выработки пласта с целью контроля изменения во времени его текущих параметров (пластового давления, проницаемости и скин-фактора). Для устранения неоднозначности при оценке перечисленных параметров обоснована необходимость дополнения технологии мониторинга чередующимися циклами технологического отбора и остановки скважины.
-
Предложен и апробирован подход к уточнению относительных фазовых проницаемостей на участках разрабатываемой залежи со сложной структурой коллектора и составом притока, заключающийся в обобщении результатов определения начальной и текущей эффективной проницаемости по данным ГДИС для группы скважин, отличающихся насыщением и обводненностью продукции (на основании непрерывного долговременного мониторинга забойных параметров).
-
Изучены информативные возможности комплексирования гидродинамических и промыслово-геофизических методов при диагностике заколонных перетоков в эксплуатационных скважинах с учетом возможного сообщения пластов по стабильной трещине ГРП.
-
Теоретически и экспериментально изучены информативные возможности ГДИС и ПГИ в нагнетательных скважинах при диагностике и оценке межпластовых перетоков по нестабильной трещине «авто-ГРП». Изучена связь оцениваемых по ГДИС параметров (скин-фактор, гидропроводность, полудлина трещины) с текущим состоянием трещины, а также особенностями ее поведения в зависимости от интенсивности нагнетания. Предложена методика диагностики и оценки перетоков по нестабильной трещине, основанная на целенаправленном управлении ее размерами путем изменения репрессии на пласт.
-
Обоснован комплексный подход к контролю разработки малопроницаемого коллектора с ГРП на основе непрерывного накопления и анализа результатов долговременных многопрофильных исследований для информационного сопровождения цифрового моделирования.
Основными защищаемыми положениями являются
-
Эффективное изучение свойств низкопроницаемого пласта, вскрытого трещиной гидроразрыва, требует применения нестационарных активных технологий исследования. Целенаправленное воздействие на прискважинную зону в процессе измерений изменяет характер взаимодействия трещины с пластом, и формирует физические поля заданной геометрии.
-
При диагностике воздействия нестабильных трещин на пластовую систему (в том числе с возникновением межпластовых перетоков) промыслово-геофизические методы наиболее эффективны при использовании циклических технологий, предусматривающих изменение параметров трещины в процессе исследований.
-
В условиях низкопроницаемых пластов, вскрытых трещинами ГРП, наибольший информативный потенциал имеют исследования с непрерывным мониторингом измеряемых параметров. Однако полностью этот потенциал может быть реализован лишь в том случае, если при интерпретации исследования используются результаты долговременного мониторинга совместно с циклами остановок скважины.
Основными защищаемыми результатами являются
Критерии информативности и методики проведения и способы интерпретации гидродинамических и геофизических исследований эксплуатационных скважин, основанные на результатах моделирования тепломассопереноса в условиях наличия трещины ГРП в коллекторах с низкой проницаемостью (для однородного пласта, неоднородного пласта, совокупности пластов при наличии перетока и различных вариантах распространения тещины разрыва).
Циклические активные технологии гидродинамических исследований нагнетательных скважин, основанные на управлении нестабильной трещиной разрыва пласта, направленные на повышение достоверности оценки параметров низкопроницаемого пласта, вскрытого трещиной ГРП, и диагностику межпластовых перетоков.
Подход к интерпретации результатов термометрических исследований, позволяющий оценить профиль притока (приемистости) и фильтрационные свойства пластов в условиях наличия протяженных трещин разрыва, основанный на формировании во вмещающих породах теплового поля с линейной симметрией.
Методики комплексной интерпретации результатов долговременного мониторинга промысловых и геофизических параметров в условиях изменения свойств исследуемой системы скважина-пласт во времени.
Практическая ценность работы и личный вклад автора
Предложенные методики и подходы к интерпретации позволяют существенно повысить эффективность технологий геофизических и гидродинамических исследований низкопроницаемых неоднородных пластов, эксплуатируемых при гидроразрыве. Это достигается за счет определения параметров трещин, изучения профиля притока и приемистости вскрытых трещинами пластов, выявления нестабильных трещин в нагнетательных скважинах и диагностики непроизводительной закачки, связанной с уходом нагнетаемой жидкости по трещине в не вскрытые перфорацией вмещающие пласты.
Основной личный вклад автора заключается в выполнении анализа информативности методов промыслово-геофизического и гидродинамического контроля в скважинах при наличии трещины разрыва, а так же в совокупности идей по использованию активных технологий для непрерывного контроля параметров вскрытых ГРП пластов, выявления и оценки интенсивности пластовых перетоков, диагностики нестабильных трещин, характера их влияния на работу скважины и формирование системы поддержания пластового давления, а также определения оптимального режима работы нагнетательной скважины.
Реализация в промышленности
Разработанные автором способы исследований скважин прошли апробацию и внедряются в дочерних сервисных предприятиях Компании Газпромнефть. С участием соискателя подготовлены программы специальных промыслово-геофизических и гидродинамических исследований скважин, реализовано более 100 исследований низкопроницаемых пластов с ГРП, методические рекомендации по системе исследований скважин для проектных документов. Полученные автором результаты учтены в Корпоративном документе ОАО «Газпромнефть»: «Регламент скважинных исследований: гидродинамические и технологические исследования скважин (редакция 3.0)», «промыслово-геофизические исследования скважин (редакция 2.0)», М.2009.
Апробация работы
Результаты работы были представлены на конференциях :60-ой, 61-ой, 62-ой и 63-ей студенческой научной конференции «НЕФТЬ И ГАЗ» г. Москва, РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, в 2006, 2007, 2008 и 2009 гг.; 6-ой, 7-ой, 9-ой и 10-ой международной научно-технической конференции «Современные технологии гидродинамических и диагностических исследований скважин на всех стадиях разработки месторождений» г.Томск в 2007, 2008, 2010 и 2011гг.; Российской технической нефтегазовой конференции SPE 2008, сессия 7 – Мониторинг коллектора, г. Москва; III-ей Всероссийской молодежной научно-практической конференции «ГЕОПЕРСПЕКТИВА-2009» г. Москва, РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина; XVIII Губкинские чтения – инновационное развитие нефтяной и газовой промышленности России: наука и образование, г. Москва, РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина в 2009 г.; Международной научно-практической конференция «Инновационные технологии - основа реализации стратегии блока разведки и добычи ОАО «Газпромнефть», Санкт-Петербург, 2010 г; Х творческой конференции молодых специалистов компании «Газпромнефть», г.Ноябрьск, 2010г.; Российской технической нефтегазовой конференции SPE 2010, г. Москва; а так же вынесены на обсуждение на научно–технических семинарах: «Контроль разработки месторождений» ОАО «Газпромнефть», г. Санкт-Петербург, 2011 г; «Современные методики интерпретации ГДИС для определения параметров трещины ГРП» ОАО «Газпромнефть», г. Санкт-Петербург, 2011 г.
Объем и структура работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения; содержит ___ страниц, в том числе ___ рисунков и __ таблицы. Список литературы включает ___ наименований, в том числе ___ на иностранных языках.
Благодарности
Автор выражает бесконечную благодарность д.т.н., профессору кафедры ГИС РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина М.И. Кременецкому за научное руководство, неизменную поддержку и внимание на протяжении всего времени работы над диссертацией. Автор глубоко признателен специалистам и руководителям ООО «Газпромнефть НТЦ», ООО «Газпромнефть-Хантос », ОАО «Газпромнефть-Ноябрьскнефтегазгеофизика», сотрудникам кафедры Геофизических информационных систем РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина за помощь в организации проведенных исследований и консультации по ряду затронутых в работе вопросов, в особенности А.И. Ипатову, Д.Н.Гуляеву, В.В. Сидоренко, М.П. Пасечнику, В.Б. Белоусу, А.В. Городнову, Г.М. Золоевой.
Современные технологии ГРП
Жидкость гидроразрыва является основным компонентом процесса ГРП. Ее основными задачами являются раскрытие трещины и транспортировка проппанта по длине трещины во взвешенном состоянии без его преждевременного осаждения. Таким образом, наиболее важными являются реологические свойства жидкостей разрыва, в частности вязкость. Однако для успешного ГРП флюиду необходимо обладать и другими немаловажными свойствами.
Так, для обеспечения минимального загрязнения проппанта и поверхности крыльев трещины жидкость разрыва должна легко и быстро вымываться после завершения операции. Инфильтрационные свойства жидкости должны обеспечивать минимальное поглощение в пласт в ходе гидроразрыва и при переносе проппанта вдоль трещины. Важна совместимость жидкости разрыва с технологически необходимыми добавками, возможными примесями и пластовыми флюидами. Также должна учитываться и экономическая эффективность использования конкретной жидкости.
Так как коллекторы значительно различаются по температуре, проницаемости, минералогическому составу и норовому давлению, было разработано много различных типов жидкости разрыва для получения описанных выше свойств в различных условиях.
Исторически, при проведении первых ТРИ использовались жидкости разрыва на нефтяной основе, однако уже в конце 50-х годов возросла популярность жидкостей на водной основе, в которые для сгущения добавляли гуаровую смолу. В 1969 году впервые был проведен ТРИ с использованием жидкости на водной основе с добавлением сшивающих агентов для улучшения транспортных свойств. К тому времени лишь около 10% ГРП проводились гелями на нефтяной основе. В настоящее же время более 65% ГРП проводят гелями на водной основе, в которых загустителями выступают гуаровая смола или гидроксипропилгуар, в то время как гели на нефтяной основе занимают лишь примерно по 5% от общей массы ГРП. Кроме того, в примерно 20-25% случаев в жидкости добавляют газ (пенный ГРП), а еще 5% приходится на жидкости с кислотными добавками (кислотный ГРП) [129].
Жидкости на водной основе являются наиболее широко распространенными благодаря их низкой стоимости, высокой эффективности, а также простоте и удобству использования. Одним из первых полимеров, использованных для повышения вязкости водных растворов, была гуаровая смола - длинноцепочечный высокомолекулярный полимер, состоящий из сахаридов [200]. Гуаровая смола и ее производные (например, гидроксипропилгуар) и в настоящее время являются одними из наиболее распространенных видов полимеров для приготовления жидкостей разрыва. Помимо этого, в жидкостях гидроразрыва периодически использовались производные целлюлозы, в частности, гидроксиэтилцеллюлоза и гидроксипропилцеллюлоза используются в случаях, когда нужно получить очень чистый полимер [129].
При низких скоростях сдвига раствор ксантана (биополимер, вырабатываемый мокроорганизмами) способен удерживать проппант лучше, чем растворы гидроксипропилгуара (HPО) [117], однако его применение сегодня ограничивается высокой стоимостью по сравнению с гуаровыми полимерами или производными целлюлозы [129].
Многие водорастворимые полимеры могут использоваться для приготовления растворов с вязкостью, достаточной для поддержания проппант во взвешенном состоянии при комнатной температуре. Однако с ростом температуры вязкость этих растворов существенно снижается. Для расширения рабочего диапазона температур можно повышать концентрацию полимеров, но такой подход является дорогостоящим и не применяется. Вместо этого используются так называемые «сшивающие агенты» - добавки, существенно увеличивающие эффективный молекулярный вес полимеров, тем самым, увеличивая вязкость раствора.
Жидкости гидроразрыва на водной основе с нужными реологическими свойствами могут быть получены без использования полимеров путем добавки вязкоупругих поверхностно-активных веществ (ПАВ). Преимущество таких жидкостей состоит в том, что они быстро вымываются из трещины по окончании процесса ГРП. Их структура разрушается как при контакте с углеводородами, так и при разбавлении водными растворами (например, пластовой водой), - в обоих случаях жидкости теряют вязкость. По крайней мере один вышеуказанных механизмов присутствует в трещине после ее формирования, поэтому, в отличие от жидкостей на основе полимеров, для растворения бесполимерной жидкости не требуется дополнительных химических агентов. В результате, такие растворы обеспечивают меньшее загрязнение проппанта (снижение проницаемости проппанта не более чем на 5%) и поверхности трещины [184].
Жидкости на нефтяной основе. Первое время после появления технологии гидроразрыва для его проведения в качестве жидкости разрыва использовали тяжелую нефть. В основном это объяснялось убеждением, что такая жидкость разрыва будет оказывать меньшее негативное воздействие на нефтенасыщенные коллекторы. Кроме того, собственная высокая вязкость также выгодно отличает тяжелую нефть от жидкостей на водной основе. Тем не менее, жидкости на нефтяной основе являются дорогими и технологически более сложными при использовании, поэтому сегодня они используются только в тех породах, которые чрезвычайно чувствительны к воде.
Жидкости на основе кислоты. Кислотный ГРП - процесс интенсификации притока, при котором кислота (обычно соляная НС1), закачиваемая в карбонатные породы под давлением, достаточным для разрыва породы или открытия существующих естественных трещин, дополнительно выщелачивает стенки трещины, создавая дополнительные каналы фильтрации. Основной проблемой при использовании жидкостей на основе кислоты является контроль их поглощения в породу в процессе ГРП.
Многофазные флюиды. Часто бывают такие ситуации, когда жидкости на водной или нефтяной основе могут быть улучшены путем добавления второй фазы. Двумя распространенными способами являются создание пены при подаче сжатого газа в жидкость и образование эмульсия при смешивании нефти и воды.
Пеной называется стабильная смесь жидкости и газа. Стабильность пены достигается за счет ПАВ - молекулы ПАВ концентрируются на поверхности раздела «газ-жидкость», снижая тем самым поверхностное натяжение. Они стабилизируют поверхностные пленки жидкости и предотвращают схлопывание пузырьков. Сжатый газ (водород или азот) после разрыва, расширяясь, выталкивает жидкость из трещины. Пена ускоряет вымывание жидкости из закрепленной проппантом трещины, и поэтому является идеальной жидкость разрыва для использования в коллекторах с низким пластовым давлением [129]. Содержание жидкости в пене минимально - до 95% объема составляет газ, благодаря чему пены на водной основе могут с успехом использоваться даже в коллекторах, чувствительных к воде [197], [89]. Кроме того, при использовании пен в низкопроницаемых коллекторах снижается поглощение жидкости при ГРП благодаря тому, что пузырьки газа в пене еопоставимы по размерам с норовыми каналами пород [145].
Эмульсией являетея диеперсная еиетема двух несмешиваемых фаз (нефть в воде, или вода в нефти), стабилизированная ПАВ. Жидкости разрыва на основе эмульсий являются высоковязкими растворами с хорошими транспортными свойствами. Увеличение содержания дисперсной фазы, приводит к повышенному сопротивлению движению капель и, следовательно, увеличению вязкости. Наиболее распространен вариант так называемой полиэмульсии, которая состоит из 67% углеводородной дисперсной фазы и 33% соленого раствора воды, а так же эмульгирующих ПАВ. Недостатком полиэмульсий является снижение вязкости с ростом температуры, а также их высокая стоимость.
В целом жидкости разрыва помимо основы и гелеобразователей содержат и другие компоненты, в частности, различные добавки, которые используются для расщепления жидкости по окончании процесса ГРП, контроля поглощения жидкости в пласт, минимизации загрязнения пород, контроля рН, контроля бактерий, или улучшения стабильности при высоких температурах. При использовании многочисленных добавок необходимо учитывать возможность влияния одной добавки на функционирование другой [129].
Особенности трещин ГРП при вскрытии малопроницаемой неоднородной продуктивной толщи
В предшествующем разделе диссертационной работы были подробно рассмотрены вопросы технологии проведения гидроразрыва пласта (ГРП), его роли в системе разработки, существующих способах диагностики и оценки параметров трещин.
Итак, гидроразрыв (ГРП) несомненно, относится к числу наиболее эффективных и распространенных способов интенсификации работы пласта.
Но следует иметь в виду, что трещина ГРП, представляющая собой протяженный канал аномально высокой проницаемости, может не только повысить производительность коллектора [130], но и существенно изменить закономерности взаимодействия скважины и пласта [69].
Данный факт отражается на результативности практически всех методов промыслово-геофизического контроля [159], [111], принципиально меняя не только представления об их возможностях, но и подходы к интерпретации получаемых материалов.
Это в первую очередь касается гидродинамических исследований (ГДИС) [84], [156], особенно при исследовании таких динамичных объектов, как нестабильные трещины разрыва в нагнетательных скважинах [23], [113], [190], [45], [24].
Но если влияние трещин на результаты гидродинамических исследований более или менее изучено (что отражено в многочисленных публикациях [143], [142], [156], [105], [50] то для промыслово-геофизических исследований ситуация является принципиально иной.
В настоящее время известны многочисленные случаи успешного практического использования результатов ПГИ для оценки эффективности гидроразрыва пласта. В частности по результатам расходометрии можно судить об изменении дебита пласта после гидроразрыва, что особенно важно при совместной эксплуатации одной скважиной нескольких объектов [37], [13], [64], [50]. Данные акустических исследований используют для оценки ширины и высоты трещины [182], [202], азимута [126]; ее ориентация в прискважинной зоне оценивается на основании данных наклономеров [120], [201], сейсмического мониторинга [91], [100], [124], [3]. Высота трещины может быть, также, оценена по результатам нестационарной термометрии [125], [87], [128].
Тем не менее, в области информативных возможностей ПГИ в гидроразрывных пластах, а также технологии проведения геофизических исследований и методики интерпретации полученных результатов есть еще много неясного.
В первую очередь это касается особенностей влияния на результаты ПГИ трещины гидроразрыва при эксплуатации непроницаемых неоднородных коллекторов. В подобных условиях трещина наиболее существенно влияет на условия движения флюида в призабойной зоне как добывающих, так и нагнетательных скважин. Обладая аномально высокой проницаемостью, она кардинально изменяет геометрию полей геофизических параметров, а значит и информативные возможности методов исследования скважин. Это особенно характерно для термометрии и расходометрии скважин. С этой точки зрения особенно интересен анализ информативных возможностей названных методов при изучении не закрепленных пропантом нестабильных трещин ГРП, которые образуются в нагнетательных скважинах при высокой репрессии на пласт. Другая причина высокого внимания к данному объекту в том, что вследствие высокой интенсивности нагнетания и большого температурного контраста между нагнетаемым и пластовым флюидом влияние гидроразрыва на результаты промыслово-геофизических исследований выражена достаточно рельефно, вследствие чего качество результата очень высоко.
При анализе информативности методов ПГИ необходимо также принять во внимание, что трещина гидроразрыва может стать высопроводящим каналом, соединяющим объект разработки с соседними не вскрытыми перфорации пластами, то есть явиться причиной межпластового перетока. Перечисленные проблемы определили задачи исследований автора в рамках представленной диссертационной работы. Их решению посвящена настоящая глава.
Большое внимание автор уделил обоснованию промыслово-геофизической и гидродинамической модели пластовой системы, вскрытой трещиной ГРП (раздел 2.1). На основе этой модели выполнен анализ информативности расходометрии (раздел 2.2) и нестационарной термометрии (раздел 2.3) при диагностике трещины и оценке ее параметров. Рассмотрены наиболее типичные случаи распространения трещины, как в пределах коллектора, так и непроницаемых вмещающих породах, в том числе и с учетом возможного вскрытия дополнительных работающих мощностей.
Подробно рассмотрены информативные возможности названных методов при изучении профиля притока (поглощения) в неоднородном по фильтрационным свойствам коллекторе, вскрытом единой трещиной.
Для исследования закономерностей поведения теплового поля и поля скорости фильтрации в скважине с трещиной ГРП на базе перечисленных в разделе 1.3 допущений была построена конечно-разностная базовая модель системы «скважина-пласт» с использованием симулятора Eclipse 300. При построении модели была использована неравномерная сетка с блочно-центрированной геометрией (рис.2.1.1).
ГДИС при анализе падения производительности скважин
Важным фактором, влияющим на информативность нестационарной термометрии при изучении профиля притока (ноглощения) в неоднородном разрезе, является время работы нагнетательной скважины, предшествующее остановке [14]. На рие. 2.3.1.3 представлено распределение теплового поля вдоль плоскости трещины, которая вскрывает неоднородный пласт, состоящий из 4-х слоев различной проницаемости. В зависимости от предшествующего времени нагнетания будет изменяться скорость релаксации сформировавшегося за это время теплового поля и степень дифференциации разреза но глубине (рис. 2.3.1.4 а, б, в - после 3 часов, 1 суток и 3 суток нагнетания жидкости в пласт соответственно).
Как и в случае отсутствия трещины, эффективность термометрии при исследовании скважины в присутствии ГРП снижается нропорциоиально увеличению времени предшествующей закачки (рис. 2.3.1.3, рис. 2.3.1.4, рис. 2.3.1.5). Рис. 2.3.1.3 Результаты моделирования теплового поля при вскрытии неоднородного разреза. Нагнетательная скважина. Трещина ГРП неограниченной проводимости (F«F30). Полудлина трещины 50м. Проницаемость заполнителя трещины кх=ку=к7=1Д. Мощности слоев h1=h2=h3=h4=2M. Проницаемости слоев кх,=ку1=к2І=0мД, к к О.ІмД, к7.,=0.02мД, кх3=ку3=1мД, к,3=0.2мД, кх4=ку4=10мД, к7.4=2мД. - Распределение температуры вдоль плоскости трещины через 10 часов после остановки, время нагнетания 3 часа.
Результаты моделирования теплового поля при вскрытии неоднородного разреза. Нагнетательная скважина. Трещина ГРП неограниченной проводимости (Fcd=30). Полудлина трещины 50м. Проницаемость заполнителя трещины кх=ку=к7=1Д. Мощности слоев h1=h2=h3=h4=2M. Проницаемости слоев кх1=ку1=к7І=0мД, кх2=ку2=0.1 мД, к7.,=0.02мД, кх3=ку3=1мД, к73=0.2мД, кх4=ку4=10мД, к74=2мД. а), б), в) Динамика изменения профиля температуры на стенке скважины в остановленной скважине. Время предшествующей работы соответственно 3 часа, 1 сутки и 3 суток. 1 - через 3 часа после остановки, 2 - через час 4 часа после остановки, 3 - через 10 часов после остановки, 4 - через 1 сутки после остановки.
Информативность термометрии для оценки профиля проницаемости в вскрытом трещиной ГРП пласте подтверждается результатами математического моделирования (рис. 2.3.1.3, 2.3.1.4). Выполненные раечеты, показывают, также, что оптимальными для решения данной задачи являютея иееледовапия при кратковременных циклах закачки и последующих длительных выдержках екважины (рие. 2.3.1.5). При кратковременных закачках термометрия обладает большей разрешающей способпоетью, нежели при исследовании релаксации поля температуры после длительной работы. 5 6 КПР, [мД]
График зависимости абсолютной температуры от проницаемости пласта. Влияние продолжительности предшествующей закачки на дифференциацию разреза по проницаемости. Цветом выделены серии кривых, полученные при различном времени релаксации теплового поля (щифр кривых, сут). Сплошные линии - после 3 часов закачки, крупный пунктир - после 1 суток закачки, мелкий пунктир - после 3 суток закачки.
Наличие трещины ГРП существенно сказывается на особенностях распределения поля температуры в пласте. Однако в данном случае (в отличие от ноля скорости) вряд ли этот фактор является определяющим. Этому есть несколько причин. Во-иервых, наличие трещины способно существенно перераспределить потоки флюида по глубине, но количество поглощенного пластом флюида все равно будет в основном зависеть от распределения фильтрационных свойств. Во-вторых, конхраст заполнителя трещины и вмещающей среды по тепловым свойствам весьма невелик, на несколько порядков ниже, чем по проницаемости.
На релаксацию поля температуры помимо массоиерсноса (фильтрациониыс свойства пород) оказывают влияния и тепловые свойства. Чувствительность температуры к изменению тепловых свойств возрастает с увеличением времени релаксации. При временах релаксации 5-40 суток при изменении теплопроводности на 30% ощибка в оценке относительной проницаемости возможно от нескольких раз до нескольких порядков (рис.2.3.1.6). Оптимальными временами исследования в условиях представленной модели являются от 0.1 до 1 сугок простоя скважины, - при которых абсолютная ощибка в оценке проницаемости на фоне изменения тепловых свойств на 30% не превыщаст 1 мД.
График зависимости абсолютной температуры от проницаемости. Чувствительность к изменению теплопроводности пород на 30% (область возможной ногрсщности указана пунктиром). Цветом выделены еерии кривых, полученные при различном времени релаксации теплового ноля (щифр кривых, сут). 2.3.2 Особенности экснсрименга по оценке характера влияния трещин I идроразрыва на результагы термометрии
Описанные выше закономерности профилей температуры и расхода в интервалах пластов, вскрытых зрещипами ГРП, подтверждаются результатами промыслово-геофизических исследований скважин. Рассмозрим характерный пример.
В нагнетательной скважине 1 (рис. 2.3.2.1) ведется одновременная закачка в два пласта. Интервалы перфорации 2551-2563 м, 2604-2614 м соответствуют выделенным изначально по комплексу ГИС нефтснасыщенным интервалам. Тем не менее, рассмотрение результатов нестационарной термомезрии с позиции предложенных выше автором подходов, позволяет говорить о том, что скважина характеризуется наличием трещин разрыва, уходящих за пределы интервала перфорации. Исследования проводились в 2006 г. и в 2009 г. при различной приемистости скважины.
Для выделения границ распространения трещииы по вертикали и интервалов поглощения воспользуемся нормировкой термограмм по опорным интервалам. В качестве таковых выберем интервал выше и ниже кровли перфорации, в котором заведомо отсутствует фильтрация жидкости (наилучшим образом подходят глины, плотные пласты) и не влияет конструкция скважины. В опорных интервалах темп восстановления давления будет постоянен, и обусловлен лишь тепловыми свойствами пород. В тех интервалах, где на тепловое ноле влияет массонеренос, при предлагаемой нормировке температурные кривые будут существенно расходиться. Это позволит выделить пласгы, где происходит движение жидкости в призабойной зоне.
Долговременный мониторинг при существенном влиянии нестационарных границ резервуара
Важно отметить, что непрерывное падение дебита в процесее исследования не учитывается при интерпретации во многих программных пакетах (PanSystem), что обусловливает не достаточную достоверность всех определяемых параметров. Результаты интерпретации в таком случае носят оценочный характер.
Для интерпретации результатов подобных исследований используется специальный метод промыслового анализа, получивший название «анализ падения производительноети скважины», известный за рубежом, как «Decline Analyse». Это метод с недавнего времени начал активно использоваться и в нашей стране [9], [46]. Этому споеобствовало широкое внедрение уже упомянутых выше систем етационарного мониторинга (СИИС) промыеловых параметров (в первую очередь давления, температуры и расхода) практически без вмешательства в работу скважины. - в первую очередь датчиков на приеме ЭЦН. До недавнего времени эти средетва измерения использовались в основном для контроля текущего режима работы скважины, то есть по существу решали задачу функцию промысловых исследований.
Однако сейчас все чаще на основе этой информации выполняетея оценка фильтрационных свойств и характеристик совершенства вскрытия пласта, то есть решается задача базовых ГДИС.
Этому в первую очередь способствует повышение точности измерений. Немаловажную роль в повышении качества исследований сыграло совершенствование технологии проведения измерений и методики интерпретации получаемых материалов [9], [46] .
Ввиду того, что данный метод пока еще не получил в нашей стране широкого распространения в рамках обзора рассмотрим более подробно его физические основы, а также технологические и методические аспекты применения.
Сущность метода промыслового анализа (или анализа падения производительности) состоит в долговременном непрерывном изучении темпа истощения залежи ограниченных размеров (или ее участка в пределах контура питания) в процессе эксплуатации. В рамках промыслового анализа осуществляется непрерывный мониторинг изменения забойного давления и дебита жидкости в добывающих скважинах. При этом необходим постоянный контроль изменения состава притока.
Важным условием информативности таких исследований является их продолжительность (минимум несколько месяцев) достаточная, чтобы величины давления и дебита успели существенно измениться. Измерения должны быть непрерывными и полностью включать весь период эксплуатации скважины с момента освоения. Поэтому нестабильная работа скважины при подобном исследовании является скорее правилом, чем исключением. На первом этапе запуска скважины, в отсутствие влияния мероприятий по поддержанию пластового давления наблюдается закономерное снижение во времени дебита, забойного и пластового давления.
Несмотря на то, что теоретическим основам промыслового анализа достаточно много лет [86], [95], [96], [134], [105], [106], и др. до недавнего времени это направление гидродинамических исследований в нашей стране практически не развивалось. Это в первую очередь было связано с отсутствием простых и надежных технических средств, способных охватить долговременными измерениями существенную часть добывающего фонда.
С этой точки, видимо, не случайно промысловый анализ стал полноправным элементом ГДИС после широкого внедрения электроцентробежных насосов (ЭЦН), оснащенных стационарными датчиками на приеме насоса [9][77].
Стационарные датчики на приеме ЭЦН сегодня признаны надежным инструментом контроля разработки. Они повсеместно используются для мониторинга режима эксплуатации скважины. При грамотной организации системы измерений результаты мониторинга по информативности не уступают традиционным ГДИС, позволяя определять полный набор фильтрационных параметров и характеристик вскрытия пласта.
Анализ падения дебита (или «Decline Analyse» в терминах наших зарубежных коллег) возник с целью описания и прогноза процесса истощения разрабатываемых залежей, ограниченных по объему. В первую очередь имелись в виду локальные литологически экранированные (линзовидные) или тектонически экранированные залежи [96], [86], [134].
Впоследствии стало понятно, что аналогичный подход возможен также при описании любого пласта, эксплуатируемого сеткой скважин (в первом приближении зону дренирования конкретной скважины можно считать локальной, ограниченной контурами питания соседних скважин) [134].
Понятно, что сам термин «ограниченный пласт» условен. Все наши залежи имеют конечные размеры. Анализ падения производительности скважин применим к тем из них, где в пределах периода времени, значимого для решения конкретной практической задачи (оценки начальных или уточнения текущих запасов, прогноза последующей выработки пласта) наблюдается значимое изменение продуктивности скважин или текущей добычи.
В процессе работы скважины вследствие формирования воронки депрессии происходит закономерное падение забойного давления. Пласт с высоким запасом упругой энергии может обеспечить при этом достаточно стабильный дебит. В условиях ограниченного контура питания (вследствие малой проницаемости пластов) это невозможно. На контуре питания начинает падать пластовое давление, в результате чего дебит резко падает.
В связи с этим стандартные методы оценки обработки данных ГДИС, в том числе известный метод оценки продуктивности пласта на основе индикаторных диаграмм (ИД) [156], [15], [33], [49] применять нельзя, поскольку эти методы не учитывают снижения пластового давления. Продуктивность, формально оцененная по результатам синхронной оценки приращения забойного давления и расхода в заданном временном интервале, получается завышенной. Расхождение результатов формальной обработки методом ИД с реальными данными в условиях малопроницаемого коллектора может привести к ошибке в несколько раз. Соответственно ошибочными будут оцениваемые на основе продуктивности фильтрационные параметры и характеристики совершенства вскрытия пласта.
Таким образом интерпретация подобных данных требует специфического подхода, в основе которого лежит учет динамики изменения пластового давления и дебита в условиях ограниченного размера области дренирования.
