ОСОБЕННОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТ ПО ГРП НА СКВАЖИНАХ С ГОРИЗОНТАЛЬНЫМ ОКОНЧАНИЕМ НА ПРИМЕРЕ УГУТСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

В современных условиях все разрабатываемые месторождения находятся на завершающей стадии, либо это новые месторождения, в которых нефть очень трудно извлечь без использования новых технологий. В геологических условиях Западной Сибири, где более 70% нефти находится в трудноизвлекаемых пластах, гидроразрыв пласта (ГРП) - это практически единственный способ, с которым нефтегазовые компании смогут экономически рентабельно добывать нефть, разрабатывать новые скважины.

Применение ГРП на старых месторождениях Западной Сибири позволило увеличить приток нефти в 8 раз, повысить текущую добычу, предотвратить ранее спрогнозированное ее падение, реанимировать старый фонд скважин.

Использование ГРП и вовлечение в разработку ранее не дреннируемых участков пластов дает возможность нефтедобывающим предприятиям на том же фонде скважин на несколько процентов поднять коэффициент извлечения нефти (КИН). ГРП позволяет избежать забуривания множества новых скважин или новых стволов с тем, чтобы найти и поднять пропущенную нефть.

Однако, несмотря на положительный эффект от применения ГРП, его непрофессиональное использование, ошибки, допущенные специалистами в ходе подготовки и проведения работ по ГРП могут не только не дать положительного эффекта, но и нанести существенный вред. Так, непродуманное применение ГРП может приводить к проблемам, связанным с повышенной обводненностью. К 2014 г. средняя обводненность по Сургутскому месторождению составила около 89,4% [6].

Тем не менее, для большинства российских нефтегазодобывающих компаний ГРП является не просто мощным инструментом интенсификации и увеличения притока нефти и нефтеотдачи, но и основным методом разработки месторождений.

В этой связи, в настоящее время разработка и изучение особенностей и способов применения ГРП представляет большой научный интерес и высокую практическую востребованность.

Далее рассмотрим особенности применения ГРП в горизонтальных скважинах на примере Угутского месторождения.

Геология Угутского месторождения имеет сложное строение. Юрские пласты Угутского месторождения характеризуются пониженной нефтенасыщенностью и наличием подстилающей воды. В подобных геологических условиях существует риск значительного обводнения скважины после интенсификации добычи методом ГРП. Кроме того, одновременно производится освоение смежных пластов. Сами пласты характеризуются высоким пластовым давлением и малой-средней проницаемостью.

В таких случаях производство ГРП связано со значительным ростом трещины по вертикали и стандартное моделирование с численными симуляторами не позволяет точно предсказывать итоговую высоту трещины. В геологических условиях Угутского месторождения, очень важной является оценка рисков прорыва трещины ГРП из одного пласта в другой.

Таким образом, сложность геологического строения месторождения создает необходимость тщательного планирования геометрии трещины и предварительного геомеханического моделирования. Подробно указанный метод описан в работе Никитина А.Н. [1, с. 4-15]

Для обеспечения достоверного проведения оценки геометрии трещин ГРП, а также с целью оптимизации дизайнов ГРП было принято решение о проведении работ по технологи независимого измерения высоты трещины SonFracMAP на основе широкополосной акустики, а также использовании датчиков забойного давления на отобранных скважинах.

Технология SonFracMAP может быть расценена как эффективный инструмент по определению высоты трещины, тем самым уменьшая размерность неопределенности с 3х до 2х неизвестных – полудлины трещины и её ширины. Зная высоту трещины, последующая оценка ширины и полудлины трещины может быть достоверно произведена с помощью моделирования на стандартном симуляторе – сопоставляя историю давлений в модели с реально записанным давлением с помощью забойного датчика [2, с. 39].

Акустическая анизотропия высчитывается из каротажных данных записанных с помощью прибора DSI или SonicScanner.

Последовательность проведения работ на скважинах Угутского месторождения обычно выглядела следующим способом:

• Запись DSI в закрытом стволе для определения естественной анизотропии;

• Спуск пакера и НКТ, посадка пакера;

• Производство миниГРП, составление редизайна ГРП и закачка основной работы на нижнем пласту ЮС_1-3;

• Перфорация верхнего интервала, отсыпка нижнего, спуск и посадка пакера выше ЮС_1-1;

• Производство миниГРП, составление редизайна ГРП и закачка основной работы на верхнем пласту ЮС_1-1;

• Промывка и освоение скважины с помощью ГНКТ;

• Подрыв пакера и подъем НКТ;

• Основная запись акустического каротажа DSI для определения нанесенной анизотропии путем наложения результатов записи после ГРП и перед ГРП;

• Cпуск ЭЦН и вывод скважины на режим.

Было проведено две различные операции ГРП на пластах ЮС_1-3 и ЮС_1-1. Согласно плану, было закачано 28 и 20 т проппанта с размещением соответственно в нижнем и верхнем пластах. Рабочее давление фиксировалось с помощью забойных датчиков. Исследования кросс-дипольным АКШ проводились для определения высоты обеих трещин. С помощью итерационного изменения параметров модели сопоставлялась динамика давления. Итерации были необходимы для последовательного и точного сопоставления модельных и реальных данных - для получения лучшего возможного соответствия по измеренным верхней и нижней границам трещины ГРП и соответствия динамики давления во время проведения операций ГРП.

Результаты измерений SonFracMAP слева могут лишь показать общую высоту обеих трещин, поскольку отсутствует видимая перемычка между ними. Тем самым можно лишь надежно установить верхнюю границы трещины в ЮС_1-1 и нижнюю границу трещины в ЮС_1-3. Однако, сопоставление давлений довольно точно позволяет восстановить высоту каждой из трещин – обе они имели умеренную тенденцию к росту по вертикали, без фактического прорыва в другой пласт. Данная ситуация предполагается наиболее часто встречающейся в подобных геологических условиях, когда два пласта разделены средним по мощности барьером: если нижняя трещина не прорвалась в верхний пласт, она укрепляет барьер между пластами в результате перераспределения напряжений [2, с. 42].

Рисунок 1. Сопоставление геометрии трещины скважины между записью АКШ (слева) и моделью (справа)

На рисунке 1 представлено сопоставление истории давлений между моделью и записью забойного датчика, сделанной в процессе ГРП на пласт ЮС_1-1. Это показательный случай сопоставления, красной линией изображено давление симулятора, черной линией – запись датчика.

Исследования кросс-дипольным АКШ и использование датчиков забойного давления позволили сделать ряд статистических заключений относительно тенденции трещин ГРП к росту по высоте и прорыву в близлежащий пласт [2, с. 40]. Сдержанный рост по высоте трещин ГРП на верхнем пласте ЮС_1-1 определяет ряд факторов. Как правило, этот пласт обладает выраженным контрастом горизонтальных напряжений с барьерами, относительно лучшими пластовыми характеристиками (выше проницаемость и меньшая вязкость нефти), в среднем меньшим пластовым давлением. Эффективность жидкости ГРП, как правило, ниже для верхнего пласта. Как видно из данных таблицы 1, средние значения параметров трещин ГРП для этой группы скважин наиболее благоприятны для сдерживания их роста по вертикали. Давление закрытия составляет 34,6 МПа, пластовое давление - 23,8 МПа, что значительно ниже, чем для других выделенных групп. Также эффективность жидкости ГРП (44 %) в среднем ниже, чем для скважин пласта ЮС_1-3. Эти характеристики приводят к сдерживанию роста трещины по вертикали и росту эффективного давления внутри трещины ГРП (в среднем порядка 8,0 МПа).

Основываясь на приведенной статистике, оптимизация ГРП по пласту ЮС_1-1 может заключаться в увеличении размера трещин для достижения больших значений её полудлины и ширины при минимальном дополнительном риске роста в высоту.

Таблица 1.

Статистические данные по распределению трещин ГРП по группам с различной степенью риска их прорыва в ближний пласт

Ниже более подробно рассмотрены вопросы моделирования ГРП пласта ЮС_1-1. Важно отметить, что в Западной Сибири над Юрскими пластами всегда залегает Баженовская свита, по своим геологическим характеристикам являющаяся барьером для трещины ГРП. Это слоистое напластование с высоким поровым давлением и градиентом разрыва, вследствие чего трещины ГРП не распространяются кверху от пласта ЮС_1-1. Это обстоятельство необходимо учитывать при проектировании ГРП и задавать высокие значения пластовых напряжений в Баженовской свите. Как показали наши исследования, не менее 46 МПа.

В случае, когда ГРП по нижнему пласту ЮС_1-3 не проводился, существует риск прорыва трещины из пласта ЮС_1-1 в нижний пласт, если при этом пласт ЮС_1-1 обладает слабыми коллекторскими свойствами или высоким пластовым давлением, что может привести к отсутствию существенного контраста горизонтальных напряжений между пластом и барьерами.

Тенденция к вертикальному росту трещин ГРП по пласту ЮС_1-3 зависит в основном от контраста напряжений между пластом и барьерами и лишь в малой степени зависит от мощности барьера и технологических параметров операции ГРП. В частности, на пласте ЮС_1-3 Угутского месторождения при проведении операций ГРП существует значительный риск роста трещины ГРП вверх и её прорыва в вышележащий горизонт. Случаи подобных прорывов были зафиксированы при применении кросс-дипольного АКШ для определения высоты трещины ГРП [5, с. 39]. Таким образом, целесообразно подразделить скважины на две категории: группу высокого риска прорыва трещин ГРП в вышележащий пласт и группу с меньшим риском прорыва из пласта ЮС_1-3 в пласт ЮС_1-1. Риск прорыва трещин связан не только с малоэффективным размещением проппанта вне зоны пласта или преждевременными остановками работ ГРП, но, что наиболее существенно, с потенциальным значительным обводнением продукции скважин в тех областях месторождения, где верхний пласт обводнён.

Основное влияние при определении риска прорывов оказывает значение давления закрытия трещины. Предполагая, что градиент разрыва барьеров практически не меняется во времени и от скважины к скважине, значение давления закрытия пласта определяет контраст горизонтальных напряжений с барьерами. Необходимо отметить, что в наших исследованиях все три случая прорыва трещин ГРП в верхний пласт наблюдались там, где давление закрытия трещины было выше 40 Мпа, либо близким к этому значению, тогда как давление закрытия трещин где прорыва не было, в среднем составляло почти на 3 МПа ниже.

Давление закрытия, в свою очередь, практически полностью зависит от пластового давления при остальных равных компонентах, поскольку лишь пластовое давление существенно меняется от скважины к скважине в течение разработки месторождения. Таким образом, значение пластового давления также может служить индикатором риска роста трещины в высоту и её прорыва в другой пласт. Для достоверности этого критерия необходимо обеспечить точное измерение пластового давления. Среднее давление по скважинам, где трещина ГРП прорвалась в верхний пласт, составило 28,2 МПа, тогда как среднее пластовое давление скважин, где трещина была удержана барьером, составило 25,8 МПа, т.е. на 2,4 МПа меньше [4, с. 79].

Установлено, что в процессе проведения мини-ГРП меньшая эффективность жидкости ГРП имеет место в скважинах, в которых значение пластового давления меньше при прочих равных условиях, а, следовательно, меньшая эффективность жидкости косвенно связана с большим контрастом напряжений между пластом и барьерами. Меньшая эффективность жидкости ГРП означает меньшие риски прорыва в близлежащий пласт. Статистика результатов проведённых исследований показала, что средняя эффективность жидкости ГРП с прорывом трещины ГРП составила 59 %, для скважин же, где не последовало прорыва трещины, - 51 %.

Таким образом, применительно к гидроразрыву пласта ЮС_1-3 Угутского месторождения сформулированы следующие критерии риска прорыва трещин ГРП:

группа высокого риска прорыва трещины ГРП из пласта ЮС_1-3

в пласт ЮС_1-1:

• высокое давление закрытия трещины (более 39 МПа);
• высокое пластовое давление (более 27 МПа);
• высокая эффективность жидкости гидроразрыва пласта при проведении операции мини-ГРП (более 55 %);

группа меньшего риска прорыва трещины ГРП из пласта ЮС_1-3 в пласт ЮС₁₁:

• относительно низкое давление закрытия трещины (менее 39 МПа);
• относительно низкое пластовое давление (менее 27 МПа);
• относительно низкая эффективность жидкости гидроразрыва пласта при проведении операции мини-ГРП (менее 55 %).

Рассмотренный подход освоения смежных пластов месторождения с помощью ГРП на скважинах с горизонтальным окончанием на примере Угутского месторождения, базирующийся на априорной оценке геометрии трещины с использованием независимых измерений SonFracMAP и геомеханического моделирования, показал, что данный метод является надежным инструментом поддержки проектирования ГРП и финальной оценки геометрии трещин после проведения работ. Приведенный опыт работ может быть успешно перенесен на другие месторождения со сложной геологией.

Список литературы:

1. Никитин А.Н. Определение геометрии трещин гидравлического разрыва пласта на месторождениях нефти Западной Сибири с использованием геофизических исследований: Автореф. дис. канд. техн. наук. — Уфа, 2014. — 18 с.
2. Геология и нефтегазоносность Западно-Сибирского мегабассейна (опыт, инновации): материалы Международной научнотехнической конференции. Т.2. Бурение и разработка нефтяных и газовых месторождений. Строительство и обустройство нефтегазопромыслов. Информационные технологии. – Тюмень: ТИУ, 2016. – 236 с.
3. Джоэль Г. Ле-Кливе, Ле-Бенне. Микросейсмический мониторинг развития трещин ГРП для оптимизации мероприятий по повышению нефтеотдачи месторождений на поздних стадиях эксплуатации // Технологии ТЭК 2005. 7 с.
4. Никитин А., Юдин А., Латыпов И., Хайдар А., Борисов Г. Оптимизация геометрии трещины ГРП для смежных пластов Киняминского месторождения// Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». – 2011. - №1. - С.76-83.
5. Грачев С.И., Стрекалов А.В., Хусаинов А.Т. Стохастикоаналитическая модель гидросистемы продуктивных пластов для исследования проводимостей между скважинами [Текст] / А.Т. Хусаинов // Научнотехнический журнал Известия вузов. Нефть и газ. – 2016.– №.4 – С.37-44.;
6. Бобков Д.О. Проблемы, возникающие при проведении ГРП, и возможности их решения // Современные научные исследования и инновации. - 2017. - № 7. [электронный ресурс] – Режим доступа. - URL: http://web.snauka.ru/issues/2017/07/84111 (дата обращения 05.07.2019).