ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОВЕДЕНИЯ ПОВТОРНЫХ ГРП НА АЧИМОВСКИХ ГАЗОКОНДЕНСАТНЫХ СКВАЖИНАХ

Объемы недавно оцененных прогнозных ресурсов трудноизвлекаемых углеводородов на ачимовских газоконденсатных скважинах дают повод ожидать в ближайшие десятилетия активное освоение и добычу этих ресурсов. Учитывая практический опыт освоения и добычи углеводородов в пределах многочисленных Северо-Американских нефтегазоносных бассейнов, необходимо заранее готовить алгоритм действий всего цикла: от геологоразведочных работ до добычи углеводородов в пределах ачимовских газоконденсатных скважинах.

Анализ эволюции технологий, методов и менеджменту индустрии добычи нетрадиционных углеводородов в США, анализ ошибок и сложностей, с которыми столкнулись многочисленные добывающие и сервисные компании в течение последних десятилетий, дают нам бесценную возможность делать выводы и заранее корректировать алгоритм освоения и добычи собственных ресурсов.

Аналогичную тенденцию следует ожидать и в будущем. Стоит заметить, что в течение последнего десятилетия в США были периоды, в течение которых объемы выполненных ГРП (полугодие, год) росли с геометрической прогрессией в сравнении с предыдущим периодом.

Цель статьи. При интенсивном увеличении применения ГРП актуальным является вопрос сокращения использования водных ресурсов. Для этого проанализированы факторы, влияющие на водопользование при проведении ГРП и соответствующие методы его сокращения.

Таблица 1

Входные данные для моделирования процесса ГРП

Операции ГРП на ачимовских газоконденсатных скважинах выполняются систематически и на разных, удаленных друг от друга месторождениях. Среднегодовое количество операций ГРП на ачимовских газоконденсатных скважинах не превышает 10, а в пределах Восточного нефтегазоносного региона – не более 35 операций в год. Средний расход жидкости при выполнении одностадийного ГРП составляет 91 м³ со средним значением коэффициента инфильтрации 0,74 (leak-off coeficient). Точно определить долю жидкости, возвращаемой из продуктивного горизонта после проведения ГРП, вместе с добывающими флюидами (газом, нефтью, пластовою водой), практически невозможно при периодических гидроразрывах. Водопользования на нужды ГРП является незначительным по сравнению со средним водопользования на территории США за период 2000 – 2010 годов, составляет 310 м³. Исследования данной проблемы в Украине ранее не проводилось.

Успешность интенсификации нефтегазодобычи методом гидроразрыва пластов в значительной степени зависит от свойств жидкостей ГРП, поэтому особое внимание уделяется их типам, функциональности, свойствам и соответствующем состава. Свойства такой жидкости играют ключевую роль в развитии трещины и эффективности проведения процесса.

Одним из важнейших параметров жидкости повторного гидроразрыва является вязкость, оптимальность которой будет способствовать наиболее эффективному использованию объемов израсходованной воды. Для определения возможных объемов жидкостей и сравнения их свойств для условий различных типов пород и вязкостей жидкостей гидроразрыва нами использовано моделирование процесса ГРП, алгоритм которого разработан научной группой Аберистуитского университета (Уэльс, Великобритания).

Входные параметры с реальных скважин для моделирования приведены в таблице 1. Данные воспроизводят геологические условия залегания, механические и петрофизические характеристики залежей углеводородов трех типов: сланцевый коллектор, плотный коллектор и обычный традиционный коллектор-песчаник. Для выполнения моделирования раскрытия, развития и закрепления трещины в традиционном коллекторе-песчаника объем жидкостей взяты из реальных статистических данных 120 м³, а в плотных и сланцевых коллекторах смоделирована ГРП с объемом жидкости 567 м³.

Моделирование ГРП проводили по модели развития трещины PKN [2, 3]. В процессе нагнетания жидкости в пласт рассматривается объем созданной системы трещин, как одной трещины, что продвигается в обе стороны от скважины с одинаковой скоростью и с одинаковыми геометрическими характеристиками (высота трещины по всей длине соответствует высоте пласта-коллектора). Моделирование не предполагает влияния латеральной неоднородности пород-коллекторов на развитие трещины в их пространстве. При моделировании изменение вязкости жидкости ГРП при смешивании с песком игнорировали. Нагнетание жидкости в пласт выполняли при постоянном давлении. Описания модели PKN изложены во многих опубликованных научных работах британской научной группы, которая выполняла моделирования [4].

Для моделирования ГРП в каждом из трех типов залежей нами было использовано 8 типов жидкости ГРП (на рис. 1 соответствуют кривые 1-8), которые отличались своей вязкостью соответственно: 1, 10, 20, 50, 100, 200, 300, 400 мПас, при этом для каждого типа коллектора отдельно определялись коэффициенты инфильтрации жидкости ГРП в пласт (leak off coefficient) согласно фильтрационно-емкостных свойств.

Согласно полученных результатов моделирования можно утверждать о необходимости использования высоковязких жидкостей для ГРП в традиционных залежах, ведь большая часть маловязкой жидкости инфильтрируется в пористое пространство, что негативно сказывается на эффективности ГРП. В залежах плотных песчаников нет необходимости использовать жидкости с вязкостью более 100 мПас, ведь при больших значениях вязкости длина трещины увеличивается несущественно. При подготовке жидкости для проведения ГРП в сланцевых пластах достаточно вязкости 10 мПас, ведь даже низковязкие жидкости предотвращают проникновение жидкости в пласт. Низкие значения проницаемости сланцевых коллекторов допускают использование низковязких жидкостей. Низкая вязкость позволяет нагнетать жидкость в скважину на 30 – 40 % интенсивнее, что, в свою очередь, положительно сказывается на эффективности ГРП.

а)                                                               б)

в)

Рисунок 1. Результаты моделирования ГРП в традиционном клади-песчаника (а), в залежи плотных песчаников (б) и сланцевой клади (в). Кривые 1-8 соответствуют жидкостям ГРП с вязкостью от 1 до 400 мПас

Коэффициент инфильтрации контролируется не только вязкостью жидкости ГРП, но и наличием других компонентов в составе жидкости ГРП. При подготовке жидкого агента для ГРП в традиционных коллекторах с высокими значениями проницаемости используют дополнительные компоненты для уменьшения инфильтрации механического или химического воздействия. Для уменьшения потерь жидкости и повышения эффективности ГРП следует уделить внимание ее вязкости и компонентному составу.

Согласно результатам моделирования ГРП в плотном коллекторе увеличение вязкости жидкости с 20 мПас до 50 мПас уменьшает потери жидкости на 14,1 %. При условии выполнения 10 операций в горизонтальном участке скважины, эта доля 14,1 % составит 800 м3. При высоких значениях проницаемости традиционных пород-коллекторов или высоких температур возможно, а порой необходимо, использовать специальные компоненты, которые могут уменьшить потери жидкости на 5 – 15 %.

Итог результатов влияния вязкости жидкости ГРП на инфильтрацию жидкости в пласт изображен на рисунке 2.

Рисунок 2. Зависимость объема инфильтрованной жидкости в пласт при проведении ГРП от вязкости жидкости ГРП для трех типов залежей: обычный (1) и плотный (2) песчаники и коллектор сланцевого состава (3)

Воспользовавшись приведенными выше примерами уменьшение потерь жидкости подсчитано ежегодные объемы воды, которые можно сократить для реализации запланированного количества ГРП в с 2016 по 2040 годы согласно оптимистического сценария развития нефтегазовой промышленности региона. Также успешность и эффективность ГРП в значительной степени определяют реологические свойства жидкостей гидроразрыва, что описываются индексом неньютоновской поведения, коэффициентом консистентности неньютоновской жидкости и фильтрационные свойства жидкостей гидроразрыва, которые обозначаются как коэффициенты мгновенных и фильтрационных потерь [5].

Фильтрационные характеристики жидкости гидроразрыва наряду с реологическими значительной степени определяют возможность успешного проведения ГРП. Поэтому эффективность жидкости разрыва оценивается по отношением объема фильтрационных потерь жидкости ко всему объему жидкости, закачанной в пласт во время его проведения.

Зная какие параметры влияют на фильтрационные потери жидкости гидроразрыва, необходимо, в первую очередь, провести соответствующий подбор жидкости с низким коэффициентом фильтрационных потерь. Это могут быть высоковязкие сшитые гели, линейные гели с наполнителями и пенные системы.

Коэффициент коркообразования на стенке трещины уменьшается с увеличением концентрации полимера из-за увеличения объема полимерных частиц, доступных для формирования фильтрационной корки, блокирует фильтрацию жидкости гидроразрыва в пласт. Поэтому применение высоковязких жидкостей является одним из способов уменьшения коэффициентов фильтрационных потерь. Применение наполнителей в высоковязких жидкостях является малоэффективным из-за того, что высокая вязкость предотвращает перемещение добавок в фильтрационную корку.

При применении линейных гелей высокую эффективность показали добавки для уменьшения фильтрационных потерь (кремниземнистая мука, смеси полимеров и силикатного муки, различного рода комбинации смол и др). В таком случае происходит уменьшение фильтрационных потерь жидкости в матрицу породы, но необходимо детально анализировать тип породы-коллектора с целью предотвращения дальнейшего блокирования притока углеводородов. Имеется в виду то, что во время повторных ГРП в трещинных слабопроницаемых коллекторах происходит расширение естественных микротрещин за счет высокого забойного давления, куда и могут проникать наполнители и часть фильтрационной корки, а сама эксплуатация скважины происходит при низких забойных давлениях (значительной депрессии), что, в свою очередь, может привести к защемлению наполнителей и технологических продуктов разложения. А это может привести к уменьшению производительности скважины в целом.

Успешное проведение ГРП требует предварительного детального изучения и понимания свойств пород-коллекторов, очень тщательного подбора компонентного состава жидкости ГРП, собственно качественного его проведения, промывки и освоения скважины. Рассмотрены причины потери жидкости при проведении ГРП, и определены основные и второстепенные факторы, влияющие на водоиспользование. Доминирующая доля объема воды, теряемой при ГРП, поглощается пластом – процесс инфильтрации.

Сокращение коэффициента инфильтрации возможно при изменении свойств жидкостей ГРП, однако доминирующее влияние на величину коэффициента имеют свойства породы-коллектора. Согласно результатам моделирования, незначительное увеличение вязкости жидкости приводит к значительному уменьшению потерь, и как результат, – к сокращению водопользования.

Результаты компьютерного моделирования процесса ГРП дают возможность утверждать, что есть необходимость использования высоковязких жидкостей для выполнения повторных ГРП в традиционных залежах. В залежах плотных песчаников нет необходимости использовать жидкости с вязкостью более 100 мПас, ведь при больших значениях вязкости длина трещины увеличивается несущественно. При подготовке жидкости для проведения ГРП в сланцевых пластах достаточно вязкости 10 мПас, ведь даже низковязкие жидкости предотвращают проникновение жидкости в пласт.

Поскольку химический состав жидкости ГРП тщательно подбирается для каждой отдельной операции, вопросы конструирования очистных сооружений (механического или химического принципа) возможно лишь при многократном выполнении ГРП с практически одинаковым компонентным составом жидкости. Этот аргумент сужает практичность очистки воды такими методами его использования исключительно при добыче сланцевых углеводородов, при разработке крупных месторождений углеводородов с плотными породам-коллекторами, крупных месторождений с вязкой нефтью (многочисленные ГРП и многочисленные водонакачивающие скважины).

При многочисленных операциях повторных ГРП весомого сокращения водопользования можно достичь только при возведении необходимой инфраструктуры для экономически рентабельной транспортировки жидкостей, конструирования очистных сооружений и повторного привлечения очищенной воды в технологические операции.

Список литературы:

1. Бахтияров Г.А., Фатхлисламов М.А., Нургалиев Р.З. Определение оптимального числа стадий гидроразрыва пласта в горизонтальных скважинах // Нефтепромысловое дело. 2017. № 3. С. 46-49.
2. Быков А.А., Завьялов И.Н., Завьялова Н.А., Негодяев С.С. Моделирование множественного гидроразрыва пласта // Экспозиция Нефть Газ. 2017. № 2. С. 87.
3. Нургалиев Р.З., Галлямов Р.И., Махмутов А.А., Корнев Е.В., Астахова А.Н. Оценка эффективности ГРП с учетом образованных геологических тел // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. 2017. № 3. С. 57-62.
4. Овчинников В.П., Герасимов Д.С., Овчинников П.В., Семененко А.Ф. Анализ эффективности использования жидкостей гидроразрыва // Бурение и нефть. 2017. № 2. С. 28-31.
5. Реза М., Долгов С.В. Оптимизация типа и размера проппанта для гидроразрыва пласта на примере месторождений Ирана // Инженер-нефтяник. 2017. № 1. С. 41-44.