Ширина трещины как проектный параметр

Имеется множество публикаций, посвященных оптимальным размерам трещины в высокопроницаемом ГРП. Хотя вопрос о самом оптимуме дебатируется, ширина трещины в основном считается более важной, нежели ее длина. Конечно, это интуитивное высказывание, и оно лишь констатирует первый принцип оптимизации трещины: для более высокопроницаемых пластов требуется трещина больше проводимости, чтобы поддерживать приемлемый уровень безразмерной проводимости трещины, .

Сугубо практическое «правило буравчика» такое: длина трещины должна быть равна 1/2 от перфорированной высоты (толщины работающего интервала). Хант и др. [Hunt et al., 1994] показали, что накопленная добыча из скважины в пласте 100 мД с радиусом повреждения 10 футов (3.05 м) будет оптимизирована при создании трещины с фиксированной проводимостью 8000 мД-фут (2438 мД-м), простирающейся на любое ощутимое расстояние за пределы поврежденной зоны. Из этого результата следует, что дополнительная польза от трещины длиной 50 футов (~15 м) по сравнению с трещиной длиной 10 футов (~3 м) невелика. На эту тему можно сделать два замечания по порядку. Первое: оценка Ханта и др. основана на накопленной добыче. Второе: их допущение о фиксированной проводимости трещины подразумевает уменьшение безразмерной проводимости трещины с увеличением длины трещины (т.е., менее чем оптимальное размещение проппанта).

В общем смысле верно следующее: если поддерживается приемлемая (а это может потребовать увеличение площадной концентрации проппанта с 1.5 фунт/кв.фут = 7.32 кг/м², что является обычной величиной для гидроразрыва твердых пород, до 20 фунт/кв.фут = 97.6 кг/м² или более) дополнительная длина обеспечивает дополнительную добычу. Как объясняется в главе 3, оптимальная безразмерная проводимость трещины в 1.6 соответствует наилучшему компромиссу между способностью трещины проводить и способностью пласта поставлять флюиды. Это в равной мере относится к пластам и с низкой, и с высокой проницаемостью.

На практике проблема состояла в том, что трудно воздействовать по раздельности на длину и ширину трещины. Исторически дело обстояло так, что раз выбрана жидкость разрыва и темп нагнетания, то ширина трещины развивается с увеличением длины согласно строгим зависимостям (по крайней мере, в общеизвестных моделях дизайна PKN и KGD). Поэтому ключевой переменной дизайна был продольный размер трещины. После того, как определен продольный размер трещины, ширина рассчитывается как следствие технических ограничений (напр., максимальная реализуемая концентрация проппанта). Знание процесса утечки помогает определить необходимое время нагнетания и объем подушки.

Технология концевого экранирования внесла значительные изменения в эту философию проектирования. Благодаря концевому экранированию, стало возможно увеличивать ширину трещины, не увеличивая ее продольный размер. Теперь мы имеем средство проектировать и получать трещины, которые удовлетворяют условиям оптимума.

Окончательное решение требует оптимизации массы проппанта на основе экономики или, в случаях, когда общие объемы жидкости и проппанта физически ограничены (напр., на морской платформе), оптимизации размещения конечного объема проппанта.

Выбор проппанта

Для гидроразрыва высокопроницаемых пластов основным вопросом первостепенной важности, кроме сохранения высокой проницаемости при любых напряжениях, является выбор размера проппанта. Хотя в высокопроницаемых ГРП, конечно, применяются фирменные проппанты, такие как среднепрочные и проппанты и проппанты со смоляным покрытием, большинство операций ГРП проводятся с применением стандартного сортированного по крупности песка.

При выборе размера проппанта для высокопроницаемого ГРП инженер сталкивается с двумя конкурирующими приоритетами: то ли выбрать размер проппанта, исходя из задачи исключить вынос песка, то ли использовать максимальный размер проппанта для обеспечения адекватной проводимости трещины.

Как и с выбором оборудования и жидкостей разрыва, когда дело доходит до выбора проппанта, становится очевидно, что метод фрак-пак уходит корнями в технологию гравийных фильтров. Инженеры сначала концентрировались на исключении выноса песка и критериях выбора материала гравийной набивки, таких как предложенный Сосье [Saucier, 1974]. Сосье рекомендовал, что средний размер гравия () должен быть в пять-шесть раз больше среднего размера зерен породы (). Так называемое «правило 4 на 8» подразумевает, что диаметры зерен минимального и максимального размера должны быть распределены вокруг критерия Сосье (т.е., и , соответственно). Таким образом, многие ранние ГРП проводились с нагнетанием песка 40/60 меш и даже 50/70 меш. Несколько ограниченная проводимость этих размеров зерна, как для гравийных фильтров, в условиях напряжений ин ситу во многих случаях недостаточна. Безотносительно к размеру песка, ГРП по технологии фрак-пак имеют тенденцию к уменьшению остроты проблемы миграции тонких фракций породы посредством ограничения плотности потока флюидов на поверхности пласта.

Текущая тенденция в выборе проппантов состоит в использовании размеров, применяемых при ГРП. В типичном высокопроницаемом ГРП теперь применяется проппант (песок) 20/40 меш. Получение максимально возможной проводимости трещины может само по себе помочь предотвратить вынос песка благодаря снижению депрессии на пласт. Результаты с более крупным проппантом оказались обнадеживающими, как в отношении продуктивности, так и в отношении ограничения или устранения выноса песка [Hannah et al., 1993].

Интересно отметить, что вопросы устойчивости пород и тенденции выноса песка, основные вопросы технологии гравийных фильтров, не исследованы столь широко в контексте высокопроницаемого ГРП. Похоже, что во многих случаях высокопроницаемый ГРП обеспечивает эффективное решение проблемы неустойчивости заканчивания скважин, несмотря на примитивное понимание механики (рыхлых) горных пород в промышленности.

Этот уход от практики гравийных фильтров и движение в сторону практики ГРП характерны для многих аспектов высокопроницаемых ГРП, за исключением (на сегодня) внутрискважинного оборудования, и нам кажется, это оправдывает нашу замену термина «фрак-пак» на «высокопроницаемый гидроразрыв». В этом же ключе обсуждается и выбор жидкости.

Выбор жидкости

В выборе жидкостей для высокопроницаемого ГРП всегда руководствовались соображениями минимального повреждения высокопроницаемого пласта, как за счет образования фильтрационной корки, так и (особенно) за счет проникновения полимера в пласт. Большинство ранних работ этого типа выполнялись с использованием гидроксиэтилцеллюлозы (ГЭЦ), классической жидкости в технологии гравийных фильтров, так как считалось, что она меньше повреждает пласт, чем жидкости на основе гуара. Пока шли не особо результативные дебаты и пока некоторые компании-операторы продолжают использовать жидкости на основе ГЭЦ, всё бóльшую популярность приобретают жидкости с ГПГ с боратным сшивателем.

На основе обобщения материалов многочисленных исследований Аггур и Экономидис [Aggour and Economides, 1996] представили соображения, которым следует руководствоваться при выборе жидкости для высокопроницаемого ГРП. Данные их анализа говорят, что если проникновение жидкости гидроразрыва сведено к минимуму, то степень повреждения (т.е., ухудшение проницаемости, вызываемое фильтрационной коркой или проникновением жидкости разрыва) уже не столь важно. Они использовали зависимость для эффективного скина согласно [Mathur et al., 1995] и показали, что если проникновение жидкости при поглощении в пласт невелико, то позволительными могут быть даже сильные ухудшения проницаемости без создания положительного скин-эффекта. В этом случае очевидной рекомендацией в высокопроницаемом ГРП является использование жидкостей с высокими концентрациями сшитого полимера, с тампонирующими добавками, а также быстродействующих деструкторов. Полимер, сшиватель и тампонирующие добавки ограничивают проникновение полимера в пласт, а деструктор обеспечивает максимальную проводимость трещины — критический фактор, который нельзя упускать из виду.

Экспериментальные работы подтверждают эти аргументы. Было известно, что линейные гели проникают в керны с очень малой проницаемостью (1 мД или меньше), тогда как, судя по всему, сшитые полимеры образуют фильтрационные корки при проницаемостях на два порядка выше [Roodhart, 1985; Mayerhofer et al., 1991]. В то время как фильтрационные корки могут повреждать поверхность трещины, они явно снижают глубину проникновения полимера в пласт по нормали к поверхности трещины. При чрезвычайно высоких проницаемостях даже сшитые полимерные растворы могут проникать в пласт.

В работах [Cinco-Ley and Samaniego, 1981; Cinco-Ley et al., 1978] описано выполнение гидроразрыва с созданием трещины конечной проводимости и определены три основных типа повреждения, отрицательно влияющих на работу скважины.

n Уменьшение проницаемости проппантной набивки вследствие либо дробления проппанта либо (особенно) наличия неразрушенных полимерных цепочек — приводит к ухудшению проводимости трещины. Это может оказаться особенно острой проблемой в пластах средней и высокой проницаемости. Достигнутый большой прогресс в технологии деструкторов уменьшил озабоченность по поводу этого типа повреждения.

n Повреждение за счет дроссельного эффекта относится к приствольной зоне трещины — это явление можно учесть при помощи скин-эффекта. Это повреждение может быть следствием либо излишнего объема продавки в конце обработки, либо миграцией тонкодисперсных частиц в процессе добычи. В последнем случае можно представить себе тонкодисперсные частицы из пласта или проппанта, накапливающиеся вблизи скважины, но в пределах трещины.

n Повреждение поверхности трещины включает в себя уменьшение проницаемости по нормали к поверхности трещины, в том числе ухудшение проницаемости, вызванное фильтрационной коркой, зоной проникновения полимера и зоной проникновения фильтрационной корки.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: