Содержание к диссертации
Введение
1. Операции гидроразрыва пластов как метод стимулирования низкопроницаемых коллекторов
1.1 . Влияние операций ГРП на разработку нефтяных пластов
1.1.1. Зарубежный опыт применения операций ГРП .
1.1.2. Опыт применения операций ГРП на месторождениях нефти Западной Сибири .
1.1.3. Направления совершенствования технологий проведения операций ГРП
1.2. Увеличение КИН при реализации операций ГРП низкопродуктивных коллекторов месторождений Юганского региона
1.3. Анализ эффективности и прогноз объёмов применения технологий гидроразрыва пласта (на примере пласта БС4-5 Приразломного месторождения)
1.4. Анализ применения операций гидроразрыва пласта на горизонтальных скважинах ОАО «НК «Роснефть»
1.5. ГРП как метод совершенствования разработки месторождений на поздней стадии (на примере пласта БС10 месторождений, эксплуатируемых ООО «РН-Юганскнефтегаз»)
Выводы по главе 1
2. Геофизические методы исследований геометрии трещин ГРП на месторождениях нефти Западной Сибири
2.1. Акустическая анизотропия в обсаженных скважинах для оценки геометрии трещин ГРП на месторождениях нефти Западной Сибири
2.2. Опыт сопровождения операций ГРП с использованием аппаратурыкросс-дипольного АКШ
2.3. Определение геометрии ГРП при помощи пассивной сейсмики на месторождениях нефти Западной Сибири .
Выводы по главе 2 .
3. Исследования и определение геометрии трещин гидроразрыва пласта
3.1. Применение комплекса исследований для определения геометрии трещин ГРП на месторождениях ООО «РН-Юганскнефтегаз» .
3.2. Алгоритм выбора скважин-кандидатов и определения геометрии трещин для совершенствования процесса ГРП в терригенных коллекторах с различной степенью риска прорыва трещин в другой пласт .
3.3. Анализ результатов исследования геометрии трещин ГРП на пласте АС12 Приобского месторождения .
3.4. Анализ опыта применения специальных ГИС на месторождениях ООО «РН-Юганскнефтегаз» с целью совершенствования реализации операций ГРП
3.5. Программный геомеханический модуль для расчёта геомеханики горных пород и распределения действующих напряжений в пласте для моделирования ГРП при разработке Приобского месторождения .
3.6. Алгоритм расчёта геомеханики горных пород и распределения действующих напряжений в пласте для прогноза геометрии трещины ГРП
3.7. Переориентация азимута трещины повторного гидроразрыва пласта на месторождениях ООО «РН-Юганскнефтегаз»
Выводы по главе 3 .
Основные выводы .
Список сокращений .
Библиографический список использованной литературы .
- Зарубежный опыт применения операций ГРП
- Анализ применения операций гидроразрыва пласта на горизонтальных скважинах ОАО «НК «Роснефть»
- Опыт сопровождения операций ГРП с использованием аппаратурыкросс-дипольного АКШ
- Алгоритм выбора скважин-кандидатов и определения геометрии трещин для совершенствования процесса ГРП в терригенных коллекторах с различной степенью риска прорыва трещин в другой пласт
Введение к работе
Актуальность темы исследований
В настоящее время гидравлический разрыв пласта (ГРП) является наиболее эффективным способом повышения эффективности разработки нефтяных месторождений. Использование ГРП в качестве элемента системы разработки месторождений позволяет повысить темпы отбора извлекаемых запасов, увеличить нефтеотдачу в результате вовлечения в разработку слабодренируемых зон и пропластков. При проектировании разработки месторождений с применением ГРП можно планировать более редкую сетку скважин. В настоящее время около трети запасов нефти России можно извлечь лишь с применением операций гидроразрыва пластов.
Повышение обоснованности выбора скважин для проведения операций ГРП, так же как и совершенствование технологий их применения, возможно лишь на качественно новом уровне информационного обеспечения подготовительных этапов работ, в первую очередь геофизических исследований скважин (ГИС). Геофизические методы исследования скважин направлены, в первую очередь, на исследование разрезов пласта околоскважинного пространства для создания более точных геологических моделей месторождений, дают важную дополнительную информацию для контроля выработки разрабатываемых объектов (замеры профилей притока и приемистости скважин, оценку притока жидкости к скважинам, насыщенности пласта флюидами, оценку параметров вытеснения и др.), обеспечивают
контроль проведения интенсификации добычи нефти, в частности проведения операций ГРП. Направленность диссертационной работы именно на геофизические исследования геометрии трещин ГРП определяет её актуальность.
Цель работы - повышение эффективности разработки низкопроницаемых коллекторов нефти уточнением геометрии трещин ГРП с использованием геофизических исследований.
Основные задачи исследований:
- разработка программного геомеханического модуля для расчёта данных по геомеханике горных пород и распределению напряжений в пласте на основании данных кросс-дипольного акустического широкополосного каротажа (АКШ), плотностного каротажа, инклинометрии скважины и давления закрытия трещины ГРП, необходимых для программного обеспечения, моделирующего ГРП;
- разработка алгоритма работ по определению реальной геометрии трещин ГРП, включающего кросс-дипольный АКШ, термокаротаж и моделирование трещин;
- разработка алгоритма выбора скважин-кандидатов для проведения операций ГРП в терригенных коллекторах с различной степенью риска прорыва трещин в другой пласт;
- выявление условий, при выполнении которых возможна переориентация трещин ГРП.
Методы решения поставленных задач
Поставленные задачи решались путём численно-аналитических и экспериментальных исследований с использованием апробированных методик. Обработка результатов диссертационной работы проводилась с использованием современных математических методов, вычислительной техники.
Научная новизна результатов работы:
1. Разработан программный геомеханический модуль для расчёта данных по геомеханике горных пород и распределению напряжений в пласте, необходимых для программного обеспечения, моделирующего ГРП, на основании данных кросс-дипольного АКШ, плотностного каротажа, инклинометрии скважин и давления закрытия трещин ГРП;
2. Разработан алгоритм проведения работ по определению реальной геометрии трещин ГРП, включающий кросс-дипольный АКШ, термокаротаж и моделирование геометрии трещин. Установлены закономерности расчёта геомеханических свойств породы пласта, подвергаемого операциям ГРП, реализован расчёт горизонтальных напряжений - тектонического и литостатического, приведены ограничения применения кросс-дипольного АКШ для определения параметров трещин ГРП.
Защищаемые положения:
- алгоритм и программный геомеханический модуль расчёта геомеханики горных пород и распределения действующих напряжений в пласте;
- алгоритм определения геометрии трещин ГРП;
- алгоритм выбора скважин-кандидатов для проведения операций ГРП в терригенных коллекторах с различной степенью риска прорыва трещин в другой пласт;
- критерии, приводящие к переориентации трещин повторных ГРП.
Практическая ценность результатов работы
1. Установлено, что вследствие низкой естественной анизотропии механических свойств горных пород месторождений, эксплуатируемых ООО «РН-Юганскнефтегаз», для определения направления распространения трещин ГРП и техногенной трещиноватости наиболее достоверные результаты могут быть получены при использовании кросс-дипольного АКШ, проведённого после операций ГРП, а также электрического микроимиджера в открытом стволе скважин. Вследствие наличия ряда технических и физических требований для проведения специальных ГИС, в случае отсутствия исследований гироскопом, высота и азимут трещин ГРП могут быть корректно определены лишь для скважин с зенитным углом наклона 3о…5 в интервале исследований.
2. Показано, что кросс-дипольный АКШ является эффективным инструментом определения высоты трещин ГРП, уменьшая размерность неопределённости с трёх до двух неизвестных - полудлины трещин и ширины. Применение разработанного алгоритма расчёта геомеханических свойств пластов позволило повысить точность определения геометрии трещин ГРП до 80 %. Установлено, что достоверные результаты интерпретации кросс-дипольного АКШ для определения геометрии трещин ГРП в многопластовых скважинах возможны лишь при исключении перекрытия трещин между собой.
3. Установлено, что азимуты распространения трещин ГРП на месторождениях, эксплуатируемых ООО «РН-Юганскнефтегаз», распределены нормально - с математическим ожиданием 331,9 (151,9) и стандартным отклонением 13,8.
4. Комплексный подход к изучению геометрии трещин ГРП на Киняминском месторождении позволил разбить скважины-кандидаты для проведения операций ГРП на группы с различной степенью риска прорыва трещин в другой пласт. Показано, что направление распространения трещин ГРП находится в интервале от 330о до 10, что отличается от стандартных направлений азимута трещин ГРП для месторождений нефти Западной Сибири (от 310о до 350).
5. В результате теоретических расчётов прогнозирования траектории трещин повторных ГРП выявлены основные условия, при выполнении которых возможна их переориентация: разница между начальными максимальным и минимальным горизонтальными напряжениями менее 2,0…2,5 МПа; депрессия давления перед повторным ГРП более 13…15 МПа; период времени между первым и повторным ГРП от 2 до 18 мес.,; проницаемость пласта менее 3,510-3 мкм2; наличие глинистых перемычек; литологическая однородность пласта.
Апробация результатов работы
Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на Российских нефтегазовых технических конференциях (Москва, 2006, 2008, 2010), шестой научно-технической конференции «Современные технологии гидродинамических и диагностических исследований скважин на всех стадиях разработки месторождений» (Томск, 2007), Annual Technical Confеrence held in Anaheim
(California, USA, 2007), Международной конференции геофизиков и геологов
(Тюмень, 2007), Asia Pacific Oil and Gas Conference held in Jakarta (Indonesia, 2009).
Публикации
Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 17 научных трудах, в том числе 8 статей в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.
Структура и объём диссертационной работы
Диссертационная работа состоит из введения, трёх глав, основных выводов, библиографического списка использованной литературы, включающего 130 наименований, и 1 приложения. Работа изложена на 168 страницах машинописного текста, содержит 44 рисунка, 9 таблиц.
Зарубежный опыт применения операций ГРП
Впервые гидравлический разрыв был произведён в 1947 г. в США. По-сле появления первых теоретических представлений о процессе [73] ГРП быстро получил широкое распространение, и к концу 1955 г. в США уже бы-ло проведено более 100 тыс. операций ГРП [88]. Развитие технологий ГРП в основном происходило по следующим направлениям: - улучшение технологических характеристик жидкостей разрыва и проппанта; - создание моделей, позволяющих более точно прогнозировать резуль-таты обработки. Гидравлическое давление от насоса к пласту, в котором производится разрыв, переносят жидкости разрыва, транспортирующие проппант в обра-зовавшуюся трещину, которые затем удаляются из пласта, делая возможным приток углеводородов. Главными характеристиками системы «жидкость раз-рыва - проппант» являются: - реологические свойства «чистой» и содержащей проппант жидкостей; - инфильтрационные свойства жидкости, определяющие её утечки в пласт в ходе гидроразрыва и при переносе проппанта вдоль трещины; - способность жидкости обеспечить перенос проппанта к концам тре-щины во взвешенном состоянии без преждевременного осаждения; - возможность быстрого и лёгкого выноса жидкости гидроразрыва для обеспечения минимального загрязнения упаковки проппанта и окружающего пласта; - физические свойства проппанта [19].
Жидкости разрыва должны быть дёшевы, доступны, безопасны в ис-пользовании, иметь необходимые вязкостные характеристики для создания трещин высокой проводимости за счёт их большого раскрытия и эффектив-ного заполнения проппантом, совместимы с флюидами и породой пластов, легко удаляться из пластов после обработки [21, 47, 82, 119].
Материалы для закрепления трещин в раскрытом состоянии подразде-ляют на кварцевые пески и синтетические проппанты средней и высокой прочности. Наиболее широко используемым материалом для создания тре-щин на глубинах до 2500 м является песок плотностью порядка 2,65 г/см3. Проппанты средней прочности плотностью 2,7…3,3 г/см3 применяются на глубинах до 3500 м, а высокопрочные проппанты плотностью 3,2…3,7 г/см3 - на глубинах свыше 3500 м [19]. Использование проппантов средней проч-ности экономически эффективно и на глубинах менее 2500 м, так как позво-ляет создать в трещине упаковку проппанта более высокой проводимости [96].
Разработана технология импульсного гидроразрыва, позволяющая соз-давать несколько радиально расходящихся от ствола скважины трещин [68] для устранения скин-эффекта в призабойной зоне пласта (ПЗП), особенно в высоко- и среднепроницаемых пластах. С начала 1980-ых годов получила распространение технология, заключающаяся в последовательной закачке в трещину проппантов, различающихся по фракционному составу, а также другим свойствам [84, 98]. Преимуществами технологии являются: - крепление трещины высокопрочным проппантом в окрестности сква-жины, где напряжение сжатия максимально; - создание наибольшей проводимости в окрестности забоя скважины, где скорость течения флюидов максимальна; - предотвращение выноса проппанта в скважину; - блокирование тонкозернистым песком конца трещины и естествен-ных микротрещин, что снижает потери жидкости разрыва и улучшает прово-димость трещины.
В России ГРП начал использоваться в связи с проблемой освоения на-гнетательных скважин при внедрении внутриконтурного заводнения на ме-сторождениях Волго-Уральской провинции [58]. Кроме того, ГРП применял-ся для изоляции притоков подошвенных вод в скважинах с монолитными пластами, в которых высокопроводящая трещина гидроразрыва служит во-доизолирующим экраном. Затем, после ввода в разработку крупных высоко-дебитных месторождений Западной Сибири, интерес к ГРП в бывшем СССР существенно пал. В Западной Сибири первые обработки были проведены в 1988 г., широкомасштабное же промышленное внедрение операций ГРП на-чато в начале 1990-ых годов [13]. Возобновление работ по ГРП обусловлено существенным изменением структуры запасов нефти, так как доля трудно-извлекаемых запасов нефти, расположенных в низкопроницаемых (НПК), расчленённых коллекторах, постоянно увеличивается [96].
Так, на месторождениях ОАО «Ноябрьскнефтегаз» («ННГ») ГРП на-чали массово применять с 1993 г., после того как фирмы Texaco и Catconeft выполнили 36 операций ГРП на Муравленковском и Суторминском место-рождениях [20]. К 1997 г. на месторождениях «ННГ» было выполнено 436 операций ГРП, дополнительная добыча нефти составила около 4 млн т. ГРП подвергались скважины, находящиеся в неоднородных, низкопроницаемых коллекторах, недостигающие своих потенциальных дебитов. Успешность об- работок была достаточно высока и в среднем достигала 87 %, а по некото-рым месторождениям (Суторминское, Вынгапуровское, Умсейское) - 100 %. После ГРП дебит нефти в среднем увеличился в 7,7 раза, жидкости - в 10 раз [26]. В то же время анализ ГРП, проведённых на Муравленковском месторо-ждении, показал, что при высокой гидродинамической связи между скважи-нами в условиях высокопроницаемого, монолитного коллектора дебит окру-жающих скважин падает, что обусловлено тем, что при работе нескольких продуктивных скважин на одном участке нагнетательные скважины не успе-вают создать необходимый энергетический режим, в результате чего проис-ходит перераспределение основных потоков в сторону скважины с ГРП, имеющей в призабойной зоне высокопроводящий канал - трещину с проп-пантом [20, 33].
Работы по широкомасштабному внедрению ГРП на Самотлорском ме-сторождении были начаты в 1992 г., к началу же 1997 г. было проведено 432 скважино-операции [46, 64]. Успешность составила 94 %, дополнительная добыча нефти - 4,034 млн т. В результате проведения ГРП прирост дебита нефти вырос с 12 до 23 т/сут, снижены темпы падения добычи и обводнённо-сти добываемой продукции в первые годы после ГРП. Гидроразрыв пластов в гидродинамически связанных коллекторах привёл к увеличению темпов отбора извлекаемых запасов и практически не повлиял на конечный коэффи-циент извлечения нефти (КИН). Для прерывистых коллекторов фактическая обводнённость добываемой продукции оказалась ниже базовой, а следова-тельно, кроме увеличения темпов отбора в разработку были вовлечены за-консервированные в ранее недренируемых зонах запасы нефти. Установлена эффективность проведения операций ГРП и в пластах юрских отложений Ермаковского месторождения, для которых характерны высокая степень не-однородности, невысокие фильтрационно-емкостные свойства [25].
Анализ применения операций гидроразрыва пласта на горизонтальных скважинах ОАО «НК «Роснефть»
Разработка месторождений с использованием горизонтальных скважин имеет как несомненные преимущества, так и недостатки [63, 123 - 125]. В результате бурения горизонтальных скважин существенно увеличивается приток жидкости из пласта в скважину и, как следствие, увеличивается её продуктивность, достигаются более высокие темпы разработки месторожде-ний, возрастает коэффициент извлечения нефти. До начала широкого исполь-зования систем направленного бурения были нередки случаи ошибок про-водки горизонтального ствола вплоть до его расположения целиком в глинах. Указанные причины ограничивают применимость горизонтальных скважин, в частности, при разработке месторождений со сложным геологическим строением, что вызывает ряд сопутствующих проблем: - снятие скин-фактора на горизонтальных скважинах; - исправление ошибок проводки ствола и создание гидродинамическо-го контакта горизонтального ствола со всеми пропластками продуктивного интервала; - интенсификация притока на горизонтальных скважинах, работающих с низкой продуктивностью, изменением режима течения жидкости. Наиболее эффективным средством, позволяющим решить перечислен-ные проблемы, является гидравлический разрыв пласта. Стимуляция низкопродуктивных горизонтальных скважин на месторождениях НК «Роснефть»
В первой половине 1990-ых годов на месторождениях ОАО «НК «Рос-нефть» было пробурено более сотни горизонтальных скважин, часть которых относится к низкопроницаемым пластам с высокой расчленённостью (Тара-совское, Харампурское, Комсомольское и Фестивальное месторождения ОАО «РН-Пурнефтегаз», Приразломное и Мало-Балыкское месторождения ОАО «РН-Юганскнефтегаз») (таблица 1.2).
Комсомольское ПК18 15,0 Средняя проницаемость на данных объектах составляет 1…15 мД, мощность пластов - 6…30 м, в большинстве случаев имеется близко распо-ложенный водо- или газоносный пласт. Часть скважин оборудована хвосто-виком с нецементированным щелевым фильтром, часть - горизонтальные скважины с открытым стволом. Длина горизонтального участка составляет от 35 до 450 м (фактически наклонно направленные скважины). Значительная часть пробуренных горизонтальных скважин работает с низкой продуктив-ностью. Такие способы повышения продуктивности скважин, как промывка горячей нефтью и соляно-кислотные обработки, давали непродолжительный эффект и не приводили к значительному приросту дебитов нефти. Для оценки перспектив применения горизонтальных скважин на низ-копроницаемых пластах месторождений Западной Сибири были проведены работы на 21 скважине Приразломного, Приобского и Мало-Балыкского ме-сторождений ООО «РН-Юганскнефтегаз», Тарасовского, Фестивального, Ха-рампурского и Комсомольского месторождений ООО «РН-Пурнефтегаз». Все скважины являлись действующими, т.е. тип заканчивания не подбирался с учётом перспективы проведения ГРП. Для сравнительной оценки эффек-тивности технологий ГРП на горизонтальных скважинах были выбраны скважины, расположенные на участках со сходными геологическими свойст-вами. Технологии ГРП на горизонтальных скважинах Технологии гидроразрыва пласта на горизонтальных скважинах могут быть разделены на следующие группы: - технологии «слепого» ГРП, несущественно отличающиеся от опера-ций в вертикальных скважинах. Существуют ограничения их применимости, связанные с ориентацией скважин относительно направления минимально-го горизонтального напряжения, способами их заканчивания, а также длиной открытого/перфорированного участка скважин [91]; - технологии, разделяющие горизонтальный ствол скважин на сегмен-ты системой пакеров, что позволяет изолировать стимулированные интерва-лы скважин и создать системы трещин ГРП, направленных перпендикулярно к стволу скважин. Управление пакерами осуществляется спуском шаров не-обходимого диаметра либо гидравлически - через контрольную линию, вы-ходящую на поверхность; - технологии, основанные на точечной стимуляции выбранных интер-валов без пакеров (точечная стимуляция пласта с использованием инстру-мента hydrajet и «жидкого пакера» (геля повышенной вязкости, которым за-полняется колонна насосно-компрессорных труб (НКТ) для предотвращения циркуляции жидкости ГРП и направления его в выбранный интервал)). Принцип стимуляции основан на создании направленной струи жидкости гидроразрыва с проппантом, благодаря чему инициируется и создаётся тре-щина ГРП. Инструмент hydrajet - насадка с форсунками малого диаметра, расположенными с фазировкой от 60о до 120. Инструмент используется и для гидропескоструйной перфорации выбранного интервала для проведения операций ГРП на скважинах с обсаженным и цементированным стволом [108]. Для стимуляции горизонтальных скважин были выбраны две техноло-гии - «слепого» ГРП и точечной обработки hydrajet. Преимуществами пер-вой технологии являются простота и отсутствие специальных требований к конструкции колонны. Технология точечной обработки hydrajet позволяет создавать системы трещин ГРП, расположенных перпендикулярно к горизон-тальному стволу скважин, и обрабатывать несколько интервалов за одну спускоподъемную операцию [108, 116]. Гидравлический разрыв пласта по технологии hydrajet основан на ис-пользовании принципа Бернулли. Закачка жидкости ГРП происходит одно-временно по НКТ и затрубу скважин (с меньшим расходом), инициация и развитие трещины происходят в точке воздействия струи. Технология hydrajet была разработана для стимуляции необсаженных горизонтальных скважин, далее область применения была расширена на обсаженные горизон-тальные скважины с цементированным и нецементированным хвостовиками. Операции ГРП по данной технологии включают и пескоструйную перфора-цию обрабатываемого интервала. Следует отметить, что в литературных данных отмечается более вы-сокий дебит скважин после создания в них системы поперечных трещин ГРП. Это обусловлено более выгодным режимом фильтрации жидкости, включающим в себя две стадии её линейного течения, а также дренировани-ем системой трещин большей площади месторождения. В частности, в рабо-те [116] показано, что при большой проводимости трещины точечная обра-ботка значительно превосходит как создание продольной трещины, так и ГРП на вертикальных скважинах. Однако продуктивность системы трещин снижается со снижением Fcd, в особенности со снижением проводимости трещины, что объясняется эффектом схождения (convergence) линий тока в трещине ГРП. Существующий опыт применения технологий гидроразрыва пласта с использованием технологии hydrajet [95] указывает на возможность стиму-ляции горизонтальных скважин на низкопроницаемых пластах, в том числе скважин с открытым стволом и при отсутствии притока к ним жидкости. Согласно данным работы [71], технология hydrajet обеспечивает: - снятие скин-эффекта на горизонтальных скважинах месторождений с наличием подошвенной воды и маломощными/слабыми барьерами; при этом отмечается, что увеличение количества создаваемых трещин может компен-сировать сокращение массы проппанта и, соответственно, геометрических размеров трещин ГРП; - стимуляцию нагнетательных горизонтальных скважин, работающих с недостаточной приемистостью. Точечная обработка позволяет распреде-лять приемистость скважин по длине горизонтального ствола, что недости-жимо при обычном гидравлическом разрыве пласта; - снижение выноса песка из горизонтальных скважин за счёт оптимиза-ции режима течения жидкости. Исследованная нами операция гидроразрыва пласта по технологии hyd-rajet включала в себя следующие стадии: - спуск и позиционирование инструмента hydrajet на выбранном интер-вале ствола скважины; - гидропескоструйную перфорацию выбранного интервала; - гидроразрыв пласта с закачкой жидкости через НКТ. Одновременно с этим производилась закачка линейного геля по затрубу скважины с меньшим расходом (30…50 % от расхода по НКТ). Расчётная вязкость жидкости на за-бое скважины, согласно дизайну, достигалась смешиванием геля, закачи-ваемого по затрубу, с гелем с более высокой загрузкой полимера (4,8 кг/м3), закачиваемого по НКТ; - переход и позиционирование инструмента hydrajet на следующем ин-тервале обработки.
Опыт сопровождения операций ГРП с использованием аппаратурыкросс-дипольного АКШ
Улучшение обоснованности выбора скважин для проведения опера-ций ГРП, как и оптимизация технологии его применения, возможны лишь на качественно новом уровне информационного обеспечения подготовитель-ного этапа работ [54]. Одним из исследований, существенно облегчающим создание геолого-гидродинамических моделей для выбора скважин, предна-значенных для проведения ГРП, служит кросс-дипольный АКШ, позволяю-щий оптимальным образом рассчитать дизайн ГРП и прогнозировать направ-ление трещин, максимально достоверно оценить их геометрию после про-ведения операций ГРП. В частности, анализ результатов операций ГРП, проведённых на ме-сторождениях Западной Сибири в 2003 - 2005 гг., выявил следующие тен-денции: - достаточно интенсивное снижение технологической эффективности ГРП, являющееся следствием естественного истощения фонда скважин, пер-спективного для данного метода интенсификации добычи нефти; - учитывая, что увеличение объёма закачиваемого в пласт проппанта не решило проблему снижения уровня дебитов скважин по нефти, а также произошедшее увеличение их обводнённости, целесообразность дальнейше-го увеличения объёма закачки в пласт проппанта при ГРП не очевидна; - существенным резервом повышения технологической эффективности проводимых операций ГРП являются улучшение подбора скважин и оп-тимизация технологии применения метода. Для подтверждения указанных положений ниже приведены результаты исследований скважин месторождений Западной Сибири, в которых иссле-дования кросс-дипольным АКШ были проведены до и после операций ГРП. Полученные данные позволили выявить основные направления анализа ха-рактеристик целевых интервалов процесса ГРП. В частности, до проведе-ния операций ГРП использование данных кросс-дипольного АКШ позволяет уточнить: - механические свойства горных пород, общую пористость пластов - основы для предварительного дизайна ГРП; - прогноз направления трещин ГРП на основе зафиксированной азиму-тальной скоростной анизотропии поперечных волн, обусловленной нали-чием горизонтальных напряжений. После проведения операций ГРП повторный кросс-дипольный АКШ позволяет: - уточнить высоту трещины ГРП по стволу скважины; - уточнить характер искусственно созданной трещиноватости - азиму-тально направленная или разноориентированная; - выделить (в сочетании с другими геофизическими методами) ин-тервалы пласта с большими углами падения, что приводит к наклонному развитию трещин, вследствие чего возможно нежелательное вскрытие выше - или нижележащих водоносных пластов; - выделить работающие интервалы и оценить сообщаемость системы «скважина - пласт»; - рассчитать длину трещины ГРП, оценить её трещинную проводи-мость с учётом всех зарегистрированных данных при проведении операций ГРП до совпадения расчётной высоты трещины с замеренной (по данным акустического каротажа) - адаптированный дизайн трещины ГРП. Полученная информация позволяет оптимально рассчитать предвари-тельный дизайн ГРП и прогнозировать направление трещины (или тре-щин), формирующейся в пласте до проведения операции ГРП на месторож-дении. Прежде всего, это относится к выбору скважин в зонах потенциально повышенного технологического риска, а именно в первых рядах добываю-щих скважин, а также в зонах, примыкающих к зонам высокой выработки пластов, или краевых зонах. Решение проблемы прогнозирования азимуталь-ного направления образующихся трещин ГРП обеспечит значительное рас-ширение потенциального фронта работ ГРП при соответствующем снижении технологических рисков. Комплексный учёт всех данных по проведению операций ГРП со-вместно с результатами интерпретации данных кросс-дипольного АКШ (фо-нового - до проведения операций ГРП и основного - после них) позволяет подобрать единую пространственную модель трещины ГРП, максимально адаптированную к реальной геологической среде, с количественной оцен-кой её геометрии (высоты, длины, ширины). Ориентированная согласно вектору горизонтального напряжения пер-форация сводит до минимума препятствия потоку жидкости и давлению преодоления трения при проведении ГРП. В результате улучшается прово-димость трещины за счёт увеличения её ширины, позволяющей использо-вать более крупнозернистые проппанты в повышенной концентрации. На рисунке 2.2 приведён пример исследований кросс-дипольным АКШ до и по-сле проведения операций ГРП, позволивших определить высоту созданной трещины. Розовым цветом отображена разница во времени первых замеров каротажа после проведения операций ГРП относительно замеров, проведён-ных далее по трём каналам поперечных волн (1, 3 и 5). О наличии внедрён-ного в пласт проппанта свидетельствует запаздывание времени прихода по-перечных волн, обусловленное созданием дополнительной пористости пласта.
Алгоритм выбора скважин-кандидатов и определения геометрии трещин для совершенствования процесса ГРП в терригенных коллекторах с различной степенью риска прорыва трещин в другой пласт
Ниже представлены результаты исследований операций ГРП, проведён-ных на Киняминском месторождении, эксплуатируемом ООО «РН-Юганскнефтегаз», находящемся на начальном этапе разработки [71, 104]. Основными объектами разработки являются два пласта Юрского периода с изменяющимся уровнем водонефтяного контакта (ВНК), расчленённые глини-стой перемычкой. Практически каждая новая скважина вводится в эксплуата-цию с применением ГРП. В зависимости от расположения скважин существу-ет несколько способов проведения операций ГРП: на нижнем, верхнем объек-тах или же раздельные работы ГРП на каждом из объектов. Следует отметить, что прорыв трещины ГРП из одного пласта в другой может привести к значи-тельному недостижению расчётной продуктивности скважин.
С целью оптимизации моделирования операций гидроразрыва пласта и выявления наиболее важных параметров для успешного производства работ исследования проводились с привлечением независимых измерений геомет-рии трещины ГРП. Ниже представлен анализ работ по ГРП, в которых были использованы кросс-дипольный АКШ, а также датчики забойного давления для точной интерпретации геометрии проведённых работ ГРП по стимуляции пласта.
Использование кросс-дипольного АКШ позволило проводить незави-симые исследования их высоты и азимута распространения. Зная высоту тре-щины ГРП и результаты забойного давления, можно весьма точно моделиро-вать оставшиеся параметры геометрии трещины - её полудлину и ширину. Кроме проведённых измерений геометрии трещины ГРП на четырёх скважи-нах Киняминского месторождения были проведены расширенные каротажные исследования, послужившие основой для построения геомеханической модели для отдельных скважин. Используя построенные корреляции на основе плот-ностного каротажа и кросс-дипольного АКШ по соседним скважинам, разра-ботана методология по восстановлению профиля напряжений по данным аку-стического каротажа (АК). Методология является полезным инструментом для более точного моделирования ГРП ещё на стадии дизайна, а следовательно, и для оптимизации операций гидравлического разрыва пласта. Предложенная методика геомеханического моделирования была ус-пешно применена при дальнейшей разработке Киняминского месторождения и оптимизации добычи нефти. Разработанный подход применим и для других месторождений, в разработке которых важную роль играет точное размеще-ние трещины ГРП. Ниже приведены частные результаты анализа проведения операций ГРП на Киняминском месторождении.
Краткое описание геологии Юрских пластов Киняминского месторож-дения приведено на рисунке 3.4 и в таблице 3.3. Пласт ЮС1-1 - это расчле-нённый пласт с коэффициентом расчленённости от 1 до 9. Общая толщина пласта варьируется в среднем от 15 до 26 м, средние эффективные нефтена-сыщенные толщины - от 3 до 11 м. Пласт представлен переслаиванием пес-чаников и алевролитов, песчаники пласта местами полимиктовые.
Газонасыщенность, м3/м3 55 Полимиктовые песчаники на гамма-каротаже характеризуются теми же значениями, что и глина или сильноглинистые песчаники. Следует отметить, что использование лишь гамма-каротажа может привести к ошибкам при проектировании дизайна гидроразрыва пласта ЮС1-1. Особенностью залежи является непостоянство положения водонефтяного контакта на разных частях участков. Нижняя часть пласта ЮС1-1 местами насыщена водой. Вязкость нефти в пластовых условиях составляет 0,96 мПас.
Пласт ЮС1-3 представлен чередованием песчаников, крупнозернистых алевролитов и тонких прослоев глин. Общая толщина пласта варьируется в среднем от 18 до 23 м, эффективные нефтенасыщенные толщины изменяются от 5,5 до 8,0 м. Коэффициент расчленённости варьируется в пределах от 1 до 5. Покрышкой для пласта ЮС1-3 служит хорошо выдержанная пачка глин толщиной от 2 до 12 м. Вязкость нефти в пластовых условиях - 1,73 мПас.
Построение геометрии трещины ГРП с помощью результатов кросс-дипольного АКШ и забойных датчиков
Проведение операций ГРП на пластах с высоким пластовым давлением и малой (средней) проницаемостью обычно связано со значительным ростом трещины ГРП по вертикали, вследствие чего стандартное моделирование с численными симуляторами не позволяет точно предсказать итоговую высоту трещины. В геологических условиях Киняминского месторождения, где два объекта добычи расположены близко друг от друга, важна оценка рисков прорыва трещины ГРП из одного пласта в другой. Для обеспечения досто-верной оценки геометрии трещин ГРП и дальнейшего процесса оптимизации их дизайнов были проведены исследования по технологии независимого из-мерения высоты трещины на основе кросс-дипольного АКШ, а также ис-пользования датчиков забойного давления на ряде выбранных скважин [48, 101]. Кросс-дипольный АКШ является эффективным инструментом опреде-ления высоты трещины ГРП, уменьшая размерность неопределённости с трёх до двух неизвестных - полудлины трещины и её ширины. Зная высоту тре-щины, последующая оценка ширины и полудлины трещины может быть дос-товерно определена с помощью моделирования на стандартном симуляторе сопоставлением динамики давлений в модели с реальным значением давле-ния, полученным с помощью забойного датчика. Работы на скважинах Киняминского месторождения осуществлялись в следующей последовательности: - запись кросс-дипольного АКШ в закрытом стволе скважин для опре-деления естественной анизотропии; - спуск пакера и НКТ, посадка пакера; - проведение операции мини-ГРП, составление его редизайна, проведе-ние основных работ ГРП на нижнем пласте ЮС1-3 ; - перфорация верхнего интервала, отсыпка нижнего, спуск и посадка пакера выше пласта ЮС1-1 ; - проведение мини-ГРП, составление его редизайна, проведение основ-ных работ ГРП на верхнем пласте ЮС1-1; - промывка и освоение скважины с помощью гибких насосно-компрессорных труб (ГНКТ); - подрыв пакера и подъём НКТ; - основная запись кросс-дипольного АКШ для определения высоты трещины ГРП путём наложения результатов записи после и перед ГРП; - спуск электроцентробежного насоса (ЭЦН) и вывод скважины на ре-жим.
