Несколько слов о картировании трещин гидроразрыва

В последние десятилетие или около того оформилась новая эффективная категория методов прямой диагностики трещин, включающая различные методики микросейсмического или наклонометрического картирования трещин гидроразрыва (ср. работу [Vinegar, et al., 1992]). Картирование основано на измерении акустических сигналов и деформации пород, вызванных процессом гидроразрыва, для определения геометрии трещин.

Процесс гидроразрыва пласта можно рассматривать как серию мини-землетрясений. Процесс нагружения и деформации пород генерирует серию отчетливых акустических сигналов. В принципе, мониторинг и картирование этих микросейсмических событий и деформаций можно непосредственно установить развитие и геометрические размеры трещины. Эти методы являются многообещающими по сравнению с традиционными прямыми методами измерения, такими как радиоактивные трассеры или температурный каротаж, поскольку их глубина исследования практически неограниченная — это позволяет нам прослеживать события на расстоянии десятков и даже сотен футов от обрабатываемой скважины.

Когда для мониторинга микросейсмических событий, вызываемых процессом ГРП, используется фиксированная расстановка скважинных геофонов (скважинная сейсмика), это называют пассивным сейсмическим прослушиванием. При активном сейсмическом прослушивании или межскважинной томографии для определения протяжения трещины используется систематическое излучение и прием акустических сигналов вкрест поверхности трещины (рис. 10-3). Хотя межскважинные исследования проводились многими компаниями, всё еще требуются дальнейшие усовершенствования в области создания источников, сбора данных и методов интерпретации.

В последнее десятилетие широкое развитие получило картирование трещин при помощи наклономеров [Fisher, 2001], несмотря на некоторую ограниченность области применения этого метода. В основе метода лежит тот факт, что деформации, вызванные образованием гидравлической трещины, передаются окружающими породами на большое расстояние от скважины. В случае относительно неглубоких пластов (до нескольких сотен футов, т.е., примерно до тысячи метров) эта деформация вызывает «наклон», легко измеряемый на поверхности. Современные наклономеры — в принципе эквивалентные обычному плотницкому уровню, но несравненно более чувствительные — могут измерять уклоны порядка всего 0.0000001 процента. Поверхностные наклономеры особенно пригодны для определения направления трещины в мелкозалегающих пластах. Скважинные наклономеры в основном используются для определения высоты и длины трещины. Их применение сильно ограничено необходимостью наличия соседних наблюдательных скважин, в которых эти наклономеры размещаются.

Наклономеры последнего поколения можно размещать непосредственно в обрабатываемой скважине. Со временем это должно расширить использование и степень полезности этого метода.

Испытание скважин

В пластах низкой проницаемости испытание скважины до ГРП не практикуется, поэтому, как правило, информация о проницаемости является ограниченной. В этом случае снятие кривой восстановления давления (КВД) в скважине, в которой только что проведен ГРП, предназначено для определения проницаемости и размеров трещины, одновременно. К сожалению, это некорректно поставленная задача, в том смысле, что многие различные комбинации этих двух неизвестных могут давать правдоподобное решение. В высокопроницаемых пластах проницаемость обычно известна заранее, и основной целью испытания после ГРП является оценка созданной трещины.

Для целей испытания скважины можно рассматривать пласт бесконечных размеров. Поведение в нестационарном режиме скважины, пересеченной трещиной конечной проводимости, было очень хорошо описано Синко-Леем и его соавторами [Cinco-Ley et al., 1978, 1981]. На рис. 10-4 показан билогарифмический диагностический график зависимости безразмерного давления от безразмерного времени, параметром является безразмерная проводимость трещины.

В билинейном режиме течения, когда поток определяется свойствами как пласта, так и трещины, безразмерное давление можно выразить как

(10-1)

где — безразмерное время, а полудлина трещины есть характеристический размер.

РИС. 10-3. Сейсмическое прослушивание является мощным инструментом диагностирования трещин.

Соответственно, этот режим притока характеризуется угловым коэффициентом 1/4 на билогарифмическом графике давления и графике производной давления.

Когда на диагностическом графике испытания скважины выделен такой режим, можно построить специализированный график давления от корня четвертой степени из времени. Угловой коэффициент , этой (подобранной) прямой представляет собой комбинацию свойств пласта и трещины.

(10-2)

Его можно использовать для получения одной или другой величины, или же их комбинации, в зависимости от имеющейся информации. Как ясно видно из приведенного выше уравнения, из этого режима невозможно получить одновременно проницаемость пласта и проводимость трещины. Зная проницаемость пласта, из углового коэффициента можно определить проводимость трещины (), но линейные размеры трещины — нельзя.

Мы предлагаем принимать для хорошо спроектированного и выполненного ГРП безразмерную проводимость трещины , а затем определять эквивалентную проводимость трещины из уравнения 10-2 и рассчитывать эквивалентную длину трещины:

(10-3)

Сопоставление эквивалентной длины трещины с проектной длиной может дать ценную информацию об успехе операции по гидроразрыву пласта.

РИС. 10-4. Билогарифмический диагностический график для вертикальной скважины с гидроразрывом.

Фактический размер трещины можно также определить из последующего линейного режима в пласте или псевдорадиального режима течения на более поздних временах. К сожалению, линейный режим в пласте зачастую бывает слишком ограниченным по продолжительности, чтобы его можно было различить, а псевдорадиальный режим течения может отсутствовать из-за краевых эффектов.

Для линейного режима в пласте приближенное решение такое:

(10-4)

Поэтому полудлину трещины можно получить из углового коэффициента специализированного графика давления в функции корня четвертой степени из времени согласно уравнению:

(10-5)

На этот режим притока (если он существует) проводимость трещины не влияет.

В литературе также рассматривается влияние нескольких других факторов: влияние границ, форма пласта и расположение скважин, совместная работа пластов, частичное вертикальное вскрытие, отклонение течения от закона Дарси в трещине и/или в пласте, анизотропия проницаемости, двойная пористость, фазовые изменения, повреждение поверхности трещины, а также пространственная изменчивость проводимости трещины.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: