ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИЙ СКВАЖИН И ВЫБОР ТЕХНОЛОГИЙ МНОГОСТАДИЙНОГО ГИДРОРАЗРЫВА ПЛАСТА ДЛЯ НИЗКОПРОНИЦАЕМЫХ КОЛЛЕКТОРОВ

OPTIMIZATION OF WELL DESIGNS AND SELECTION OF MULTI-STAGE HYDRAULIC FRACTURING TECHNOLOGIES FOR LOW-PERMEABILITY RESERVOIRS

Kozin Vladimir Valeryevich

Master's student, BC LLC "LUKOIL-Engineering", Tyumen Industrial University,

Russia, Tyumen

Glushchenko Stanislav Ivanovich

Master's student, BC LLC "LUKOIL-Engineering", Tyumen Industrial University,

Russia, Tyumen

Fattakhov Marcel Masalimovich

Scientific supervisor, Associate Professor, Candidate of Technical Sciences, Tyumen Industrial University,

Russia, Tyumen

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены подходы к проектированию горизонтальных скважин для проведения многостадийного гидроразрыва пласта (МГРП) в низкопроницаемых коллекторах ачимовских и юрских отложений. Выполнен сравнительный анализ систем заканчивания: Plug & Perf, шаровой системы и разрывных муфт. Рассмотрены преимущества перехода от четырёхколонной к трёхколонной конструкции скважин в условиях аномально высоких пластовых давлений. Приведены рекомендации по выбору жидкостей разрыва и выполнен SWOT-анализ применения МГРП.

ABSTRACT

The article discusses approaches to the design of horizontal wells for multi-stage hydraulic fracturing (MSHF) in low-permeability reservoirs of the Achimov and Jurassic deposits. A comparative analysis of completion systems is presented: Plug & Perf, ball-drop system and burst-port sleeves. The advantages of the transition from a four-string to a three-string well design under abnormally high formation pressure are considered. Recommendations on the selection of fracturing fluids are given, and a SWOT analysis of MSHF application is performed.

Ключевые слова: многостадийный гидроразрыв пласта, конструкция скважины, низкопроницаемые коллекторы, plug & perf, шаровая система, трёхколонная конструкция.

Keywords: multi-stage hydraulic fracturing, well design, low-permeability reservoirs, plug & perf, ball-drop system, three-string design.

В структуре запасов углеводородов неуклонно растёт доля трудноизвлекаемых запасов, сосредоточенных в низкопроницаемых коллекторах. Типичные представители таких объектов — ачимовские и юрские отложения Западной Сибири: они характеризуются низкой проницаемостью, глубиной залегания 2600–5000 м и высокой фациальной неоднородностью. Традиционные вертикальные скважины без интенсификации притока в этих условиях экономически неэффективны [1, 2].

Наиболее эффективным методом разработки таких коллекторов признан многостадийный гидроразрыв пласта (МГРП) в сочетании с горизонтальными скважинами. Однако на практике ожидаемые показатели продуктивности часто не достигаются — прежде всего из-за неоптимального выбора конструкции скважины и системы её заканчивания [3, 4].

Цель работы — обоснование рационального сочетания конструкции скважины и системы заканчивания для эффективного проведения МГРП в низкопроницаемых коллекторах. Для её достижения решались следующие задачи: анализ геолого-физических условий ачимовских и юрских отложений; сравнение систем заканчивания горизонтальных скважин; оценка перехода к трёхколонной конструкции скважины; выбор жидкостей разрыва; SWOT-анализ применения МГРП.

Ачимовские отложения представлены песчаниками и алевролитами с пористостью 16–20 % и проницаемостью 0,06–0,08 мД. В юрском комплексе проницаемость изменяется в широких пределах: от долей миллидарси в матрице до 10–50 мД в наиболее проницаемых интервалах. Низкая проницаемость матрицы, высокая неоднородность, наличие аномально высоких пластовых давлений (АВПД) и малая эффективная мощность отдельных пропластков и определяют необходимость применения МГРП [1, 5].

Наличие АВПД и протяжённого разреза с зонами осложнений традиционно требовало применения четырёхколонных конструкций скважин, в которых дополнительная промежуточная колонна перекрывает несовместимые по условиям бурения интервалы. Такая конструкция надёжна, но отличается высокой металлоёмкостью, повышенным расходом цемента и большой продолжительностью строительства.

Совершенствование конструкций идёт по пути сокращения числа обсадных колонн — перехода к трёхколонной конструкции, в которой один интервал крепления перекрывает совмещённую зону. Это снижает металлоёмкость, стоимость и сроки строительства скважины при сохранении надёжного разобщения пластов. Условие применимости — достоверные данные о градиентах пластового и порового давления и об устойчивости стенок ствола. При этом эксплуатационная колонна должна отвечать прочностным требованиям с учётом давлений закачки при МГРП [7].

Для горизонтальных скважин применяют три основные системы заканчивания. Технология Plug & Perf в обсаженном и зацементированном стволе обеспечивает неограниченное число стадий и полнопроходное сечение колонны, но требует последующего фрезерования пробок. Шаровая система в нецементируемом хвостовике активируется последовательным сбросом шаров увеличивающегося диаметра: она сводит к минимуму число спуско-подъёмных операций, однако ограничена числом стадий (до 30) и не позволяет проводить повторный ГРП. Разрывные муфты с пакером cup-to-cup открываются повышенным давлением и не требуют фрезеровки, но сохраняется риск несрабатывания мембран [4, 6].

Выбор системы определяется конкретными условиями. Для протяжённых горизонтальных участков (более 1500 м) с числом стадий свыше 15 целесообразно применение шаровой системы или Plug & Perf с кластерной перфорацией [3].

По данным лабораторных исследований, наименьший кольматирующий эффект на остаточную проводимость проппантной пачки оказывает синтетическая жидкость на основе полиакриламида (ПАА). Для боратного сшитого геля на основе гуара характерны более низкие значения остаточной проводимости [2]. Поэтому в низкопроницаемых коллекторах, где сохранение проводимости трещины критично, предпочтительны низковязкие жидкости на основе ПАА.

Многостадийный гидроразрыв пласта зарекомендовал себя как один из наиболее эффективных способов заканчивания горизонтальных скважин. Вместе с тем сохраняются проблемы: длительные сроки строительства, высокие капитальные затраты, а также быстрое падение дебитов после МГРП из-за смыкания трещин и недостаточного охвата неоднородного пласта [3, 5]. Обобщённая оценка сильных и слабых сторон технологии, её возможностей и угроз приведена в таблице 1.

Таблица 1.

SWOT-анализ

Проведённый анализ позволяет сформулировать следующие выводы. Геолого-физические особенности ачимовских и юрских отложений — низкая проницаемость, высокая неоднородность, АВПД — делают горизонтальные скважины с МГРП технологически обоснованным способом достижения промышленных дебитов; без интенсификации притока разработка таких объектов экономически нецелесообразна.

Выбор системы заканчивания должен определяться требуемым числом стадий, необходимостью повторного ГРП и типом хвостовика. Для протяжённых горизонтальных участков (более 1500 м, свыше 15 стадий) наиболее эффективны шаровая система и Plug & Perf с кластерной перфорацией. По жидкостям разрыва предпочтительны низковязкие составы на основе ПАА, обеспечивающие более высокую остаточную проводимость проппантной пачки по сравнению со сшитыми боратными гелями.

Переход от четырёхколонной к трёхколонной конструкции скважины при достаточной геологической изученности разреза снижает металлоёмкость, стоимость и сроки строительства, сохраняя надёжность разобщения пластов в условиях АВПД. Рациональное сочетание трёхколонной конструкции, адаптивно выбранной системы заканчивания и современных жидкостей разрыва повышает экономическую эффективность разработки низкопроницаемых коллекторов.

Список литературы:

1. Нуртымов А.Р. Технологические и геологические вызовы Ачимовских пластов / А.Р. Нуртымов. – Текст : электронный // Oil-Industry.net. – 2021. – URL: https://oil-industry.net/SD_Prezent/2021/11/Nartymov_Optimized.pdf (дата обращения: 10.04.2026).
2. Садыков А.М. Влияние жидкостей гидроразрыва пласта на остаточную проводимость проппантной пачки и фильтрационные свойства низкопроницаемых коллекторов / А.М. Садыков, Р.И. Сирбаев, С.А. Ерастов [и др.]. – Текст : непосредственный // Нефтяное хозяйство. – 2023. – № 7. – С. 52–57.
3. Сугаипов Д.А. Выбор оптимальной системы разработки месторождений за счет применения горизонтальных, многозабойных и горизонтальных скважин с многостадийным гидроразрывом пласта / Д.А. Сугаипов. – Текст : непосредственный // Нефтяное хозяйство. – 2026. – № 1. – С. 46–51.
4. Анализ технико-технологических решений заканчивания горизонтальных скважин путем проведения МГРП. – Текст : электронный // Нефтегаз.RU. 2024. – URL: https://magazine.neftegaz.ru/articles/nefteservis/
5. Астафьев В.Н. Интегрированное моделирование многозонного гидроразрыва низкопроницаемых коллекторов / В.Н. Астафьев, Г.М. Митрофанов. – Текст : непосредственный // Георесурсы. – 2024. – Т. 26, № 3. – С. 18–25.
6. Alali E.A. Critical Review of Multistage Fracturing Completions and Stimulation Methods / E.A. Alali, M.A. Bataweel, R.E. Arias Urbina, A. Bulekbay. – Text : direct // SPE-203284-MS. – Abu Dhabi, UAE, 2020.
7. Корякин А.Ю. Совершенствование конструкций скважин на ачимовские залежи Уренгойского нефтегазоконденсатного месторождения / А.Ю. Корякин, Н.А. Морина, Л.П. Чердакова [и др.]. – Текст : непосредственный // Нефтяное хозяйство. – 2017. – № 4. – С. 46–49.