Механизм образования трещин

Лекция № 4

Интенсификация добычи нефти с использованием технологии ГРП

Общие положения

1. Гидравлический разрыв пласта (ГРП) – механический метод воздействия на пласт.

Порода разрывается в соответствии с напряженным состоянием или по плоскостям минимальной прочности под действием избыточного давления при закачке жидкости разрыва.

2.  После разрыва трещина увеличивается и возникает ее связь с другими трещинами и зонами повышенной проницаемости. Расширяется область пласта, дренируемая скважинами.

3. В образованные трещины транспортируют зернистый материал (проппант) для закрепления трещины после снятия давления.

Таким образом гидравлический разрыв пласта (ГРП) заключается в создании искусственных и расширении естественных трещин.  Микротрещины в ПЗС связаны с процессом первичного вскрытия в фазе бурения, а также с процессом вторичного вскрытия - перфорации).

    Сущность ГРП заключается в нагнетании под давлением в ПЗС жидкости, которая заполняет микротрещины и расклинивает их, а также формирует новые трещины. Если при этом ввести в образовавшиеся или расширившиеся трещины закрепляющий материал (например, песок), то после снятия давления трещины не смыкаются.

Давление разрыва

1. В невозмущенном горном массиве напряженное состояние горных пород характеризуется следующими напряжениями:

- вертикальным σ_z = Р_г, определяемым весом вышележащих горных пород

σ_z = P_г = ρ_п g H ,                                                                 (1)

- горизонтальным σ_х= σ_у =Р_гг

σ_х= σ_у =Р_гг=λ ρ_п g H ,                                                        (2)

где ρ_п – плотность вышележащих горных пород,

Н – глубина залегания горизонта, для которого рассчитываются напряжения,

  λ – коэффициент бокового распора, определяемый по формуле академика А.Н. Динника:

,                                                                            (3)

   ν – коэффициент Пуассона горной породы, зависящий от продольных и поперечных ее деформаций.

    Для песчаников и известняков ν = 0,2 ÷ 0,3; для упругих пород коэффициент Пуассона изменяется в пределах 0,25 ÷ 0,43. Для пластичных горных пород (глина, глинистые сланцы, каменная соль) коэффициент Пуассона стремиться к 0,5, вследствие чего λ → 1.

    Академик С.А.Христианович связывает величину горного давления, кроме того, с наличием в разрезе скважины глинистых пластичных пород.

    Пусть горизонтальное горное давление в нем Р_гг , а со стороны скважины – давление Р_скв. Так как Р_скв < Р_гг , то:

    Р_гг – Р_скв = ΔР .                                                                             

Перепад давлений ΔР, действующий на глинистый пропласток, может оказаться выше прочности глины. В этом случае глина вытекает в скважину, формируя вокруг нее зону пониженного горного давления.

Рис. 1. К образованию зоны пониженного горного давления в разрезе

скважины

            Давление разрыва Р_р является трудно рассчитываемой величиной, но принципиально оно может соотноситься с горным давлением Р_г следующим образом:

    Р_р < > P_г .                                                                    

    В общем случае давление разрыва зависит от следующих основных факторов:

- горного давления Р_г,

- проницаемости ПЗС и наличия в ней микротрещин,

- прочности и упругих свойств горной породы,

- структуры порового пространства,

- свойств жидкости разрыва,

- геологического строения объекта,

- технологии проведения ГРП и др.

Разрыв осуществляют так называемой жидкостью разрыва, а заполнение образовавшихся или расширившихся трещин закрепляющим материалом с жидкостью-носителем.

4. Эффект от ГРП связан со следующими факторами:

- снижение фильтрационных сопротивлений в ПЗ скважины;

- увеличение фильтрационной поверхности скважины;

- приобщение к выработке слабодренируемых зон и пропластков.

5. Технологии ГРП различаются объемами закачки технологических жидкостей и проппантов.

Локальный гидроразрыв как управление продуктивностью.

Длина трещины – 10 -20 м; десятки метров кубических жидкости и единицы тонн проппанта. Дебит скважины увеличивается в 2 -3 раза.

ГРП с протяженными трещинами (40 -60 м). Объемы закачки увеличиваются на порядок. Возможно вовлечение в разработку дополнительных запасов нефти – увеличение коэффициента охвата, снижение обводненности.

 Селективный гидроразрыв - для вовлечения в разработку и повышения продуктивности низкопроницаемых слоев.

Массированный ГРП – трещины протяженностью до 1000 м (тысячи кубометров жидкостей, тысячи тонн пропанта).

Критерии применения

1. Неоднородность пласта по простиранию и расчлененности;

2. Проницаемость пласта не более 30 мД, при вязкости нефти не более 5 мПа*сек; проницаемость до 50 мД при вязкости до 50 мПа*сек; в высокопроницаемых пластах эффективен локальный ГРП;

3. Литологические экраны (глинистые слои, отделяющие продуктивный пласт от газо- и водо- насыщенных коллекторов) не менее 4,5 – 6 м;

4. Эффективная нефтенасыщенная толщина пласта должна обеспечивать длительность технологического эффекта после ГРП;

5. Текущий КИН не должен превышать 30%. /        /

Механизм образования трещин