Гидроразрыв высокопроницаемых пластов

Эволюция методики

Еще в начале 1990-х годов гидроразрыв почти исключительно применялся для низкопроницаемых коллекторов. Считалось, что большая фильтрационная утечка жидкости и неконсолидированные пески, связанные с высокопроницаемыми пластами, препятствуют зарождению и распространению одной плоской трещины, имеющей достаточную ширину, чтобы вместить физически значимый объем проппанта. Более того, такая морфология трещины, даже будучи успешно создана и расклинена, была бы несовместима с выявленными потребностями для коллекторов со средней и высокой проницаемостью, то есть, высокой проводимостью (шириной).

Ключевой прорыв, связанный с прогрессом в гидроразрыва высокопроницаемых пластов — это концевое экранирование (TSO — tip screenout), которое останавливает латеральный рост трещины и позволяет затем увеличить ее раскрытие и набить проппантом. В результате получается короткая, но широкая, до чрезвычайно широкой, трещина. Тогда как при традиционном дизайне, с неограниченным ростом трещины, средняя ширина трещины порядка 0.25 дюйма (6-7 мм) считалась бы нормальной, в гидроразрыве с закупоркой верхушки обычно ожидают ширину трещины в один дюйм (≈25 мм) или даже больше.

Роль гидроразрыва расширилась настолько, что он стал охватывать скважины с проницаемостью выше 50 мД для нефтяных скважин и выше 5 мД для газовых (табл. 5-1). Такие скважины явно требуют применения технологии концевого экранирования. Эти усовершенствования привели к тому, что гидроразрыв пласта стал применятся при освоении громадной доли всех скважин, и очевиден дальнейший ее прирост, который сдерживается только эффектами масштаба работ, которые проявляются во многих нефтегазоносных провинциях. В таких местах, как США и Канада, уже думают о применении ГРП почти во всех пробуренных нефтяных и газовых скважинах.

Интересно, что гидроразрыв высокопроницаемых пластов, часто называемый «фрак-пак», развился не столько как продолжение или усовершенствование собственно гидроразрыва — хотя высокопроницаемый ГРП заимствовал очень многое из установившихся методов — сколько как средство борьбы с выносом песка.

В контроле объема выноса песка на поверхность имеются два кардинально отличающихся рода деятельности, которые можно производить на забое: борьба с выносом песка («sand exclusion» в англоязычной литературе) и борьба с деконсолидацией песка («sand deconsolidation control» в англоязычной литературе). К борьбе с выносом песка относятся все фильтрующие устройства, такие как сетчатые и гравийные фильтры. Один из таких методов — это установка на забое гравийного фильтра (гравийной набивки), исторически наиболее распространенный вид заканчивания скважины для борьбы с выносом песка. Методы такого рода не предотвращают миграцию песчаных частиц в пласте, так что мелкие частицы мигрируют к скважине и оседают в гравийных и сетчатых фильтрах, вызывая повреждающий скин-эффект. Скважина начинает работать всё хуже и хуже, и зачастую никакие обработки призабойной зоны пласта не помогают. Попытки бороться с ухудшением работы скважины путем увеличения депрессии на пласт зачастую только усугубляют ситуацию и потенциально могут приводить к обрушению ствола скважины.

Более устойчивых результатов можно добиться на пути борьбы с разжижением (деконсолидацией) песка (т.е., пресечения миграции мелких частиц в зародыше). Имеется широкое осознание того, что применение высокопроницаемого ГРП достигает этой цели, соединяя скважину с пластом в его (относительно) ненарушенном состоянии и уменьшая скорости флюида или «плотность потока» на поверхности пласта.

По сути дела, имеются три фактора, вносящие вклад в деконсолидацию песка: (1) депрессия на пласт и «плотность потока», создаваемые при добыче флюидов, (2) прочность породы и монолитность естественной цементации, и (3) режим механических напряжений в пласте. Единственный фактор из этих трех, который можно легко изменить — это распределение потока флюидов и депрессия на пласт. Создавая более удлиненные (и с большей поверхностью) пути притока флюидов в скважину (например, трещина гидроразрыва в горизонтальной скважине), мы получаем замечательную возможность уменьшить скорость течения флюидов и, в свою очередь, бороться с выносом песка.

Рассмотрим простой пример: допустим, скважина вскрыла продуктивный пласт мощность 100 футов (30.5 м). Если эта скважина имеет диаметр в 1 фут (0.3 м), то площадь входящего радиального притока в скважине, законченной открытым стволом, будет около 300 кв. футов (28 м²). Однако для трещины с полудлиной в 100 футов (30.5 м) площадь притока будет (2 × 100 × 100 × 2) 40 000 кв. футов [(2 × 30.5 × 30.5 × 2) 3720 м²]. (Примечание: вторая двойка учитывает две стороны трещины.) Не забывайте, что в скважине с гидроразрывом почти весь флюид притекает из пласта в трещину, а затем по трещине в скважину. Этот несложный расчет показывает, что при том же дебите плотность потока в скважине с гидроразрывом будет меньше 1/100 этой же величины в скважине без гидроразрыва.

Разумеется, мало что можно сделать, чтобы повлиять на режим напряжений или устойчивость пород. Величина тектонических напряжений зависит в первую очередь от глубины пласта и в некоторой степени от давления, причем ситуация становится несколько более сложной на глубинах порядка 3000 футов (900 м) или меньше. Поддержание пластового давления при помощи искусственного заводнения или нагнетания газа может приводить к обратным результатам, если это поддержание пластового давления не позволяет осуществлять экономичную добычу при меньших депрессиях. Были предложены многочисленные новшества для укрепления неустойчивых пород или улучшения естественной цементации — например, путем создания сложных конфигураций скважин или проведения различных экзотических химических обработок прибойной зоны — но, тем не менее, для контроля этого фактора тоже мало что можно сделать.

В свете приведенной выше дискуссии, не должно быть удивительным, что высокопроницаемый ГРП заменил гравийные фильтры во многих провинциях, где остро стоит проблема выноса песка, особенно в тех операциях, где введено множество технических ухищрений. Как и при любом методе стимуляции, приводящем к увеличению индекса продуктивности (который определяется как дебит, отнесенный к депрессии на пласт), это уже дело оператора — как реализовать этот новый индекс продуктивности, либо за счет увеличения дебита, либо за счет снижения депрессии, либо путем любой комбинации того и другого.

Высокопроницаемый ГРП служит признаком отхода от наследства гравийных фильтров, с задействованием всё большего и большего числа элементов технологии гидроразрыва. Эту тенденцию можно видеть, в частности, по тому, какие жидкости и проппанты для этого применяются. Если в самом начале при обработках типа фрак-пак применялись размеры песка и «чистые» жидкости, характерные для намыва гравийных фильтров, то теперь преобладают типичные для гидроразрыва размеры проппантов (20/40 меш). Возросшее применение сшитых полимерных жидкостей разрыва также иллюстрирует эту тенденцию.

По этой причине терминология «высокопроницаемый гидроразрыв», кажется нам более приемлемой, чем фрак-пак, и в этой книге мы применяем ее повсеместно.

В нижеследующем разделе высокопроницаемый ГРП рассматривается в полуколичественном аспекте в ряду конкурирующих технологий. За этим следует обсуждение ключевых вопросов высокопроницаемого гидроразрыва, включая проектирование, выполнение и оценку.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: