Выбор технологии ГРП.

Технология гидроразрыва пласта осуществляется следующим образом. Поскольку при ГРП в большинстве случаев (за исключением мелких скважин) возникают давления, превышающие допустимые для обсадных колонн, то предварительно в скважину спускают НКТ, Способные выдержать это давление. Выше кровля пласта или пропластка, в котором намечается произвести разрыв, устанавливают пакер, изолирующий кольцевое пространство и колонну от давления, и устройство, предупреждающее его смещение и называемое якорем. По спущенным НКТ нагнетается сначала жидкость разрыва в таких объемах, чтобы получить на забое давление, достаточное для разрыва пласта. Момент разрыва на поверхности отмечается как резкое увеличение расхода жидкости (поглотительной способности скважины) при том же давлении на устье скважины или как резкое уменьшение давления на устье при том же расходе. Давление горных пород равно:

 

, (4)

 

Силы сцепления частиц породы равно:

(5)

более объективным показателем, характеризующим момент ГРП, является коэффициент поглотительной способности

(6)

где Q—расход нагнетаемой жидкости;

—пластовое давление в районе данной скважины;

—давление на забое скважины в процессе ГРП.

 

При ГРП происходит резкое увеличение однако вследствие трудностей, связанных с непрерывным контролем за величиной , а также вследствие того, что распределение давлений в пласте - процесс существенно неустановившийся, о моменте ГРП судят по условному коэффициенту k.

(7)

где —давление на устье скважины.

Резкое увеличение k в процессе закачки также интерпретируется как момент ГРП. Имеются приборы для снятия этой величины.

После разрыва пласта в скважину закачивают жидкость-песконоситель при давлениях, удерживающих образовавшиеся в пласте трещины в раскрытом состоянии. Это более вязкая жидкость, смешанная (180—350 кг песка на 1 м³ жидкости) с песком или другим наполнителем. В раскрытые трещины вводится песок: на возможно большую глубину для предотвращения смыкания трещин при последующем снятии давления и переводе скважины в эксплуатацию. Жидкости-песконосители проталкивают в НКТ ив пласт продавочной жидкостью, в качестве которой используется любая маловязкая недефицитная жидкость.

Для проектирования процесса ГРП очень важно определить давление разрыва р_р, которое необходимо создать на забое скважины.

Накоплен большой статистический материал по величине давления разрыва пласта по различным месторождениям мира и при различных глубинах скважин, который говорит об отсутствии четкой связи между глубиной залегания пласта и давлением разрыва. Однако все фактические значения лежат в пределах между величинами полного горного и гидростатического давлений. Причем при малых глубинах (менее 1000 м) ближе к горному давлению и при больших глубинах — к гидростатическому.

На основании этих данных можно рекомендовать такие приближенные значения для давления разрыва:

для неглубоких скважин (до 1000 м)

 

= (1,74 - 2,57) , (8)

для глубоких скважин (Н > 1000м)

=(1,32 - 1,97) , (9)

где — гидростатическое давление столба жидкости, высота которого равна глубине залегания пласта.

Сопротивление горных пород на разрыв обычно мало и лежит в пределах =1,5 … 3 МПа, поэтому оно не влияет существенно на .

Давление разрыва на забое р_р и давление на устье скважины связаны очевидным соотношением.

(10)

где – потери давления на трении в НКТ.

Из уравнения (10) следует:

(11)

- статическое давление, определяется с учетом кривизны скважины

(12)

где H - глубина скважины; - угол кривизны (усредненный);

- плотность жидкости в скважине, причем если жидкость содержит наполнитель (песок, стеклянные шарики, порошок из полимеров и др.), то плотность подсчитывается как средневзвешенная

(13)

где n — число килограммов наполнителя в 1м³ жидкости;

—плотность наполнителя (для песка р_н=2650 кг/м³).

Потери на трение определить труднее, так как применяемые жидкости иногда обладают неньютоновскими свойствами. Присутствие в жидкости наполнителя (песка) увеличивает потери на трение.

В американской практике используются различные графики зависимости потерь давления на трение на каждые 100 футов НКТ разного диаметра при прокачке различных жидкостей с заданным объемным расходом. При больших темпах закачки, соответствующих турбулентному течению, структурные свойства используемых жидкостей (с различными загустителями и химическими реагентами) обычно исчезают, и достаточно приближенно потери на трение для этих жидкостей можно определить по обычным формулам трубной гидравлики.

(14)

где - коэффициент трения, определяемый по соответствующим формулам в зависимости от числа Рейнольдса;

- линейная скорость потока в НКТ;

d – внутренний диаметр НКТ; - плотность жидкости, Н – длина НКТ;

g = 9,81 м/с²; a - поправочный коэффициент, учитывающий наличие в жидкости наполнителя (для чистой воды = 1) и зависящий от его концентрации.