Меню

Пример расчетов основных параметров ГРП

Гидравлический разрыв пласта: виды, расчет и технологический процесс

Гидравлический разрыв пласта (ГРП) служит одним из наиболее эффективных геолого-технических мероприятий, целью которого является интенсификация притока пластового флюида к добывающим скважинам. Применение этой технологии позволяет не только повысить выработку запасов в радиусе дренирования скважины, но и расширить эту область, увеличив конечную нефтеотдачу пласта. Учитывая этот фактор, проектирование разработки месторождения можно производить с обустройством более редкой сетки скважин.

Краткое описание

Сущность гидравлического разрыва пласта описывается следующим процессом:

  • на продуктивный пласт воздействуют избыточным давлением (расход технологической жидкости намного больше, чем она может быть поглощена горными породами);
  • давление на забой возрастает, пока оно не превысит внутренние напряжения в коллекторе;
  • горные породы разрываются в плоскости наименьшей механической прочности (чаще всего в наклонном направлении или по вертикали);
  • вновь образованные и старые трещины увеличиваются, появляется их связь с системой естественных пор;
  • возрастает зона повышенной проницаемости около скважины;
  • в расширенные трещины закачивают специальные зернистые расклинивающие материалы (проппанты) для их фиксации в раскрытом состоянии после устранения давления на пласт;
  • сопротивление движению пластовой жидкости становится практически равным нулю, в результате дебит скважины возрастает в несколько раз.

Протяженность трещин в породах может составлять несколько сотен метров, а забой скважины становится связанным с удаленными участками пласта. Одним из важнейших факторов эффективности данной обработки является крепление трещины, позволяющее создать фильтрационный канал. Однако продуктивность скважины не может увеличиваться неограниченно при возрастании размера трещины. Существует ее максимальная длина, при превышении которой дебит не становится интенсивнее.

Область применения

Данная технология используется как для добывающих (увеличение нефтеотдачи), так и для нагнетательных (повышение приемистости), горизонтальных и вертикальных скважин. Выделяют следующие области применения ГРП:

  • интенсификация дебита скважин с загрязненной призабойной зоной в пластах с различной проницаемостью;
  • разработка неоднородных по структуре залежей;
  • улучшение гидродинамической связи скважины с естественной системой трещин в коллекторе;
  • расширение зоны притока пластового флюида;
  • разработка пластов с низкой проницаемостью и низкорентабельных скважин;
  • изменение фильтрационных потоков в нагнетательных скважинах;
  • восстановление параметров скважин, не поддающихся воздействию другими методами.

Ограничениями для технологии гидравлического разрыва пласта служат газонефтяные зоны, для которых характерны следующие особенности:

  • быстрое конусообразование (подтягивание пластовой воды к забою скважины);
  • резкие прорывы воды или газа в ствол скважины;
  • истощенные пласты с низкими запасами, нефтенасыщенные линзы небольшого объема (ввиду экономической нерентабельности).

Наиболее часто ГРП применяется в качестве метода интенсификации для средне- и высокопроницаемых пластов. Для них главным фактором увеличения притока пластового флюида является длина образовавшейся трещины, а у залежей с низкой проницаемостью пород – ее ширина.

Гидравлический разрыв пласта: преимущества и недостатки

Достоинствами ГРП являются:

  • возможность применения на площадях с разнообразным геологическим строением;
  • воздействие как на всю залежь, так и на ее участок;
  • эффективное снижение гидравлического сопротивления в призабойной зоне;
  • приобщение слабодренируемых прилегающих областей;
  • дешевая рабочая жидкость (вода);
  • высокая рентабельность.

К недостаткам относятся следующие:

  • необходимость наличия больших запасов воды, песка, дополнительных химикатов;
  • неконтролируемый процесс создания трещины в породе, непредсказуемость механизма трещинообразования;
  • при запуске в работу скважин с большими дебитами после проведения гидравлического разрыва пласта возможен вынос проппанта из трещин, в результате чего наблюдается снижение степени их раскрытия и уменьшение дебита в первые месяцы после начала эксплуатации;
  • риск возникновения неуправляемого фонтанирования и загрязнения окружающей среды.

Разновидности процесса

Методы ГРП различаются по типу образования трещин, объему закачиваемой жидкости и проппантов, а также по другим характеристикам. К основным видам гидравлического разрыва пласта относят следующие:

  • По области воздействия на пласт: локальный (длина трещин до 20 м) – имеет наибольшее распространение; глубокопроникающий (длина трещин 80-120 м); массированный (1000 м и больше).
  • По охвату пластов: однократный (воздействие на все пласты и пропластки); многократный (для скважин, которые вскрыли 2 и более пластов); интервальный (для определенного пласта).
  • Специальные методы: кислотный гидроразрыв; технология TSO – формирование коротких трещин для предупреждения их распространения к водонефтяному контакту и снижения объема закачки проппанта (данный способ показывает высокую эффективность в песчаных коллекторах); импульсный (создание в средне- и высокопроницаемых породах нескольких радиально расходящихся трещин для снижения скин-эффекта – ухудшения проницаемости пор из-за их загрязнения частицами, содержащимися в фильтрующемся пластовом флюиде.

Многократный разрыв

Многократный гидроразрыв производится несколькими методами:

  1. Вначале проводится создание трещины по обычной технологии. Затем она временно закупоривается путем нагнетания веществ (зернистый нафталин, пластмассовые шарики и другие), закрывающих перфорационные отверстия. После этого делают гидравлический разрыв пласта в другом месте.
  2. Разобщение зон производят с помощью пакеров или гидравлических затворов. Для каждого из интервалов проводится ГРП по традиционной схеме.
  3. Поэтапный гидроразрыв пластов с изоляцией каждой нижележащей зоны песчаной пробкой.

В глинистых разрезах наиболее эффективным является создание вертикальных трещин, так как они соединяют продуктивные нефтегазоносные пропластки. Такие трещины получают воздействием нефильтрующихся жидкостей или быстрым повышением скорости закачки.

Подготовка к проведению ГРП

Технология гидравлического пласта состоит из нескольких этапов. Подготовительные работы заключаются в следующем:

  1. Исследование скважины на приток пластового флюида, способность к поглощению рабочей жидкости и определение давления, необходимого для ГРП.
  2. Очистка забоя от песчаной или глинистой корки (промывка водой под давлением, обработка соляной кислотой, гидропескоструйная перфорация и другие способы).
  3. Проверка скважины специальным шаблоном.
  4. Спуск в ствол скважины труб для подачи рабочей жидкости.
  5. Установка герметизирующего пакера и гидравлических якорей для защиты обсадной колонны.
  6. Монтаж устьевого оборудования (манифольд, лубрикатор и другие устройства) для подключения насосных агрегатов к нагнетательным трубопроводам и герметизации скважины.

Принципиальная схема обвязки технологического оборудования при ГРП показана на рисунке ниже.

Последовательность гидроразрыва

Техника и технология гидравлического разрыва пласта состоит из следующих процедур:

  1. В нагнетательные трубы подают рабочую жидкость (чаще всего нефть – для добывающей скважины или вода – для нагнетательной).
  2. Увеличивают давление жидкости разрыва до максимального расчетного значения.
  3. Проверяют герметичность пакера (при этом должен отсутствовать перелив жидкости из затрубного пространства).
  4. Добавляют в рабочую жидкость проппант после того, как происходит гидравлический разрыв пласта. Об этом судят по резкому возрастанию приемистости скважины (спад давления в насосах).
  5. В последнюю партию проппанта включают радиоактивные изотопы для последующей проверки зоны поглощения при помощи ядерного каротажа.
  6. Подают продавочную жидкость с наибольшим давлением для надежного расклинивания трещин.
  7. Удаляют жидкость разрыва с забоя для обеспечения притока пластового флюида в ствол скважины.
  8. Производят демонтаж технологического оборудования.
  9. Сдают скважину в эксплуатацию.

Если скважина относительно неглубокая, то рабочую жидкость допускается подавать по обсадным трубам. Возможно также проведение ГРП без пакера – по трубам НКТ и затрубному пространству. Это позволяет снизить гидравлические потери для высоковязких рабочих жидкостей.

Машины и механизмы для ГРП

Оборудование для гидравлического разрыва пласта включает в себя следующие виды техники:

  • Наземные машины и устройства: насосные агрегаты (АНА-105, 2АН-500, 3АН-500, 4АН-700 и другие); пескосмесительные установки на шасси автомобилей (ЗПА, 4ПА, УСП-50, Kerui, Lantong и другие); автоцистерны для транспортировки жидкостей (АЦН-8С и 14С, АТК-8, Sanji, Xishi и другие); обвязка устья (манифольд, устьевая головка, запорная арматура, раздаточный и напорный коллектор с обратными клапанами, манометры и другая аппаратура).
  • Вспомогательная техника: агрегаты для спускоподъемных операций; лебедки; станции контроля и управления; трубовозы и другая техника.
  • Подземное оборудование: пакеры для разобщения пласта, в котором планируется гидроразрыв, от другой части эксплуатационной колонны; якоря для предотвращения подъема подземного оборудования из-за воздействия высокого давления; колонна труб НКТ.

Тип оборудования и количество единиц техники определяются исходя из расчетных параметров ГРП.

Расчетные характеристики

Для расчета гидравлического разрыва пласта используются следующие основные формулы:

  1. Забойное давление (МПа) для ГРП при помощи фильтрующейся жидкости: р = 10 -2 KL c, где K – коэффициент, выбираемый из интервала значений 1,5-1,8 МПа/м, L c – длина скважины, м.
  2. Давление закачки жидкости с песком (для расклинивания трещины): р п = р — ρgL c + p t, где ρ – плотность жидкости песконосителя, кг/м 3 , g = 9,8 м/с 2 , p t – потери давления на трение жидкости-песконосителя. Последний показатель определяется по формуле: p t = 8λQ 2 ρL c/(πd B) 2 , где λ – коэффициент гидравлических сопротивлений, Q – скорость закачки, м 3 /с, d B – внутренний диаметр НКТ.
  3. Количество насосных установок: n = pQ/(p pQ pK T) + 1, где p p – рабочее давление насоса, Q p – его подача при данном давлении, K T – коэффициент технического состояния машины (выбирается в пределах 0,5-0,8).
  4. Количество продавочной жидкости: V = 0,785d B 2 L c.

Если гидравлический разрыв пласта происходит с использованием песка в качестве проппанта, то его количество на 1 операцию принимается равным 8-10 т, а количество жидкости определяется по формуле:

V = Q sC s, где Q s – количество песка, т, C s – концентрация песка в 1 м 3 жидкости.

Расчет данных параметров имеет важное значение, так как при излишне высоком значении давления во время гидравлического разрыва происходит передавливание жидкости в пласт, возникают аварии в эксплуатационной колонне. В противном случае, при слишком низком значении, потребуется остановка ГРП из-за невозможности достичь необходимого давления.

Проектирование гидроразрыва производят следующим образом:

  1. Выбор скважин согласно существующей или планируемой системы разработки месторождения.
  2. Определение наилучшей геометрии трещины с учетом нескольких факторов: проницаемость пород, скважинная сетка, близость к водонефтяному контакту.
  3. Анализ физико-механических характеристик горных пород и выбор теоретической модели формирования трещины.
  4. Определение типа проппанта, его количества и концентрации.
  5. Выбор жидкости для гидравлического разрыва пласта с подходящими реологическими свойствами и вычисление ее объема.
  6. Расчет других технологических параметров.
  7. Определение экономической эффективности.

Жидкости для ГРП

Рабочие жидкости (продавочная, для разрыва и песконоситель) – это один из важнейших элементов гидравлического разрыва пласта. Преимущества и недостатки их различных видов связаны в первую очередь с реологическими свойствами. Если ранее применялись только вязкие составы на основе нефти (для снижения их поглощения пластом), то увеличение мощности насосных агрегатов в настоящее время позволило перейти на жидкости на водной основе с невысокой вязкостью. Благодаря этому уменьшилось давление на устье и потери на гидравлическое сопротивление в колонне НКТ.

Читайте также:  Запчасти ВАЗ УАЗ ГАЗ Газель в Рязани

В мировой практике применяют следующие основные типы жидкостей для ГРП:

  • Вода с проппантами и без них. Ее преимуществом является низкая стоимость. Недостаток – малая глубина проникновения в пласт.
  • Полимерные растворы (гуар и его производные ГПГ, КМГПГ; гидроксиэтиловый эфир целлюлозы, карбоксиметилцеллюлоза, ксантановая камедь). Для сшивания молекул применяют B, Cr, Ti, Zr и другие металлы. По стоимости полимеры относятся к средней категории. Недостатком таких жидкостей является высокий риск негативных изменений в пласте. К достоинствам относится большая глубина проникновения.
  • Эмульсии, состоящие из углеводородной фазы (дизтопливо, нефть, газовый конденсат) и воды (минерализованная или пресная).
  • Углеводородные гели.
  • Метанол.
  • Загущенный диоксид углерода.
  • Пенные системы.
  • Пеногели, состоящие из сшитых гелей, азотных или углекислотных пен. Они обладают высокой стоимостью, но не влияют на качество коллектора. Другими их преимуществами являются высокая несущая способность в отношении проппанта и саморазрушение с небольшим количеством остаточной жидкости.

Для улучшения функций этих составов применяют различные технологические присадки:

  • поверхностно-активные вещества;
  • эмульгаторы;
  • соединения, снижающие гидравлическое трение;
  • пенообразователи;
  • добавки, изменяющие кислотность;
  • термостабилизаторы;
  • бактерицидные и противокоррозионные присадки и другие.

К основным характеристикам рабочих жидкостей гидроразрыва относят:

  • динамическая вязкость, необходимая для раскрытия трещины;
  • инфильтрационные свойства, определяющие потери жидкости;
  • способность переносить проппант без его преждевременного осаждения из раствора;
  • сдвиговая и температурная устойчивость;
  • совместимость с другими реагентами;
  • коррозионная активность;
  • экологичность и безопасность.

Жидкости с низкой вязкостью требуют закачки большего объема для достижения необходимого давления в пласте, а с высокой – большего напора, развиваемого насосной техникой, так как при этом происходят значительные потери на гидравлическое сопротивление. Для более вязких жидкостей характерна также меньшая фильтруемость в породах.

Расклинивающие материалы

В качестве проппантов, или расклинивающих материалов, наиболее часто применяют следующие:

  • Кварцевый песок. Один из наиболее распространенных природных материалов, а потому его себестоимость невысока. Закрепляет трещины в различных геологических условиях (универсален). Размер зерен песка для гидравлического разрыва пласта подбирается 0,5-1 мм. Концентрация в жидкости-песконосителе варьируется в пределах 100-600 кг/м 3 . В породах, отличающихся сильной трещиноватостью, расход материала может достигать несколько десятков тонн на 1 скважину.
  • Бокситы (окись алюминия Al 2O 3). Достоинством данного вида проппанта является большая прочность по сравнению с песком. Изготавливается путем измельчения и обжига бокситовой руды.
  • Окись циркония. Обладает свойствами, аналогичными предыдущему виду проппанта. Широко применяется в Европе. Общим недостатком таких материалов является их высокая стоимость.
  • Керамические гранулы. Для ГРП применяют гранулы размером от 0,425 до 1,7 мм. Относятся к среднепрочным проппантам. Показывают высокую экономическую эффективность.
  • Стеклянные шарики. Применялись ранее для глубоких скважин, в настоящее время почти полностью вытеснены более дешевыми бокситами.

Кислотный гидроразрыв

Сущность кислотного гидравлического разрыва пласта состоит в том, что на первом этапе искусственно создается трещина (так же, как и при обычной технологии ГРП), а затем в нее закачивается кислота. Последняя реагирует с горной породой, возникают длинные каналы, которые увеличивают проницаемость коллектора в призабойной зоне. В результате возрастает коэффициент извлечения нефти из скважины.

Данный вид процесса гидравлического разрыва пласта является особенно эффективным для карбонатных пород. По данным исследователей, с таким типом коллекторов связано более 40% запасов нефти в мире. Техника и технология гидроразрыва в этом случае незначительно отличается от вышеописанной. Оборудование изготавливается в кислотостойком исполнении. Для защиты машин от коррозии применяют также ингибиторы (формалин, уникол, уротропин и другие).

Разновидностями кислотного ГРП являются двухстадийные обработки с использованием таких материалов, как:

  • полимерные соединения (ПАА, ПВВ, гипан и другие);
  • латексные составы (СКМС-30, АРК);
  • стирол;
  • смолы (БНИ-5, ТСД-9, ТС-10).

В качестве кислотных растворителей применяют 15% раствор соляной кислоты, а также специальные композиции (СНПХ-9010, СНПХ-9633 и другие).

Разновидностями кислотного ГРП являются двухстадийные обработки с использованием таких материалов, как:

  • полимерные соединения (ПАА, ПВВ, гипан и другие);
  • латексные составы (СКМС-30, АРК);
  • стирол;
  • смолы (БНИ-5, ТСД-9, ТС-10).

В качестве кислотных растворителей применяют 15% раствор соляной кислоты, а также специальные композиции (СНПХ-9010, СНПХ-9633 и другие).

Источник

Пример расчетов основных параметров ГРП.

Задача: Рассчитать давление и расход жидкости во время ГРП. Оценить возможность ГРП в скважине с использованием оборудования предприятия.

Пример расчета: Рассчитать ожидаемые давления и расход жидкости во время запланированного в скважине ГРП при следующих условиях: диаметр эксплуатационной колонны Д к=146 мм,толщина стенки эксплуатационной колонны, d к=10,0 мм; давление опрессовки эксплуатационной колонны р опр=21 МПа, глубина искусственного забоя Н з=2850 м; глубина, на которой размещены верхнее и нижнее отверстия перфорации, Н в.п.= 2744 м, Н н.п.=2847 м; толщина перфорированных пластов (без пропластков) h п=35 м., в том числе тех, которые подвергаются ГРП, h=12 м; пластовое давление р пл=26 МПа; пластовая температура Т пл=75°С; текущий дебит жидкости Q н=95 м 3 /сут; текущая обводненость W=0; приемистость агрегатом q 0=250 м 3 /сут при давлении р 0у=20 МПа.

Для проведения ГРП спустить в скважину НКТ группы прочности Е диаметром d т= 89 мм на глубину 2490 м якорь с пакером ПВН.

При ГРП применяют следующие жидкости: жидкость разрыва и продавливающую жидкость – водный раствор 0,2% неонола плотностью r ж.р=1000 кг/м 3 ; буферную жидкость и песконоситель – водный 0,4 %-ный раствор ПАА вязкостью m ж.п=40 мПа×с и плотностью r ж.р=1000 кг/м 3 .

Насосные агрегаты УН1-630х700А (4АН-700) обладают максимальным рабочим давлением 70 МПа, но и надежно работают только при давлении, не превышающем 60 МПа.

Определим среднюю глубину интервала перфорации:

2. Рассчитаем давление на забое р 0 во время испытания скважины на приемистость при давлении на устье р 0у. Таккак для этого применяют маловязкую жидкость (водный раствор ПАВ на устье) с небольшим расходом ( м 3 /сут), то гидравлические потери незначительны приблизительно Dр затр=0,02 МПа/100 м в 89-мм НКТ:

р 0=20+10 -5 ×2578×1000 — 0,01×2500×0,02=45,28 МПа.

3. Находим начальный коэффициент приемистости скважин для известных значений q 0 и p 0:

Источник

Гидравлический разрыв пласта: виды, расчет и технологический процесс

Гидравлический разрыв пласта (ГРП) служит одним из наиболее эффективных геолого-технических мероприятий, целью которого является интенсификация притока пластового флюида к добывающим скважинам. Применение этой технологии позволяет не только повысить выработку запасов в радиусе дренирования скважины, но и расширить эту область, увеличив конечную нефтеотдачу пласта. Учитывая этот фактор, проектирование разработки месторождения можно производить с обустройством более редкой сетки скважин.

Сущность гидравлического разрыва пласта описывается следующим процессом:

  • на продуктивный пласт воздействуют избыточным давлением (расход технологической жидкости намного больше, чем она может быть поглощена горными породами);
  • давление на забой возрастает, пока оно не превысит внутренние напряжения в коллекторе;
  • горные породы разрываются в плоскости наименьшей механической прочности (чаще всего в наклонном направлении или по вертикали);
  • вновь образованные и старые трещины увеличиваются, появляется их связь с системой естественных пор;
  • возрастает зона повышенной проницаемости около скважины;
  • в расширенные трещины закачивают специальные зернистые расклинивающие материалы (проппанты) для их фиксации в раскрытом состоянии после устранения давления на пласт;
  • сопротивление движению пластовой жидкости становится практически равным нулю, в результате дебит скважины возрастает в несколько раз.

Протяженность трещин в породах может составлять несколько сотен метров, а забой скважины становится связанным с удаленными участками пласта. Одним из важнейших факторов эффективности данной обработки является крепление трещины, позволяющее создать фильтрационный канал. Однако продуктивность скважины не может увеличиваться неограниченно при возрастании размера трещины. Существует ее максимальная длина, при превышении которой дебит не становится интенсивнее.

Данная технология используется как для добывающих (увеличение нефтеотдачи), так и для нагнетательных (повышение приемистости), горизонтальных и вертикальных скважин. Выделяют следующие области применения ГРП:

  • интенсификация дебита скважин с загрязненной призабойной зоной в пластах с различной проницаемостью;
  • разработка неоднородных по структуре залежей;
  • улучшение гидродинамической связи скважины с естественной системой трещин в коллекторе;
  • расширение зоны притока пластового флюида;
  • разработка пластов с низкой проницаемостью и низкорентабельных скважин;
  • изменение фильтрационных потоков в нагнетательных скважинах;
  • восстановление параметров скважин, не поддающихся воздействию другими методами.

Ограничениями для технологии гидравлического разрыва пласта служат газонефтяные зоны, для которых характерны следующие особенности:

  • быстрое конусообразование (подтягивание пластовой воды к забою скважины);
  • резкие прорывы воды или газа в ствол скважины;
  • истощенные пласты с низкими запасами, нефтенасыщенные линзы небольшого объема (ввиду экономической нерентабельности).

Наиболее часто ГРП применяется в качестве метода интенсификации для средне- и высокопроницаемых пластов. Для них главным фактором увеличения притока пластового флюида является длина образовавшейся трещины, а у залежей с низкой проницаемостью пород ее ширина.

Гидравлический разрыв пласта: преимущества и недостатки

Достоинствами ГРП являются:

  • возможность применения на площадях с разнообразным геологическим строением;
  • воздействие как на всю залежь, так и на ее участок;
  • эффективное снижение гидравлического сопротивления в призабойной зоне;
  • приобщение слабодренируемых прилегающих областей;
  • дешевая рабочая жидкость (вода);
  • высокая рентабельность.

К недостаткам относятся следующие:

  • необходимость наличия больших запасов воды, песка, дополнительных химикатов;
  • неконтролируемый процесс создания трещины в породе, непредсказуемость механизма трещинообразования;
  • при запуске в работу скважин с большими дебитами после проведения гидравлического разрыва пласта возможен вынос проппанта из трещин, в результате чего наблюдается снижение степени их раскрытия и уменьшение дебита в первые месяцы после начала эксплуатации;
  • риск возникновения неуправляемого фонтанирования и загрязнения окружающей среды.

Методы ГРП различаются по типу образования трещин, объему закачиваемой жидкости и проппантов, а также по другим характеристикам. К основным видам гидравлического разрыва пласта относят следующие:

  • По области воздействия на пласт: локальный (длина трещин до 20 м) имеет наибольшее распространение; глубокопроникающий (длина трещин 80-120 м); массированный (1000 м и больше).
  • По охвату пластов: однократный (воздействие на все пласты и пропластки); многократный (для скважин, которые вскрыли 2 и более пластов); интервальный (для определенного пласта).
  • Специальные методы: кислотный гидроразрыв; технология TSO формирование коротких трещин для предупреждения их распространения к водонефтяному контакту и снижения объема закачки проппанта (данный способ показывает высокую эффективность в песчаных коллекторах); импульсный (создание в средне- и высокопроницаемых породах нескольких радиально расходящихся трещин для снижения скин-эффекта ухудшения проницаемости пор из-за их загрязнения частицами, содержащимися в фильтрующемся пластовом флюиде.
Читайте также:  Перечень оборудование для рекламы

Многократный гидроразрыв производится несколькими методами:

Вначале проводится создание трещины по обычной технологии. Затем она временно закупоривается путем нагнетания веществ (зернистый нафталин, пластмассовые шарики и другие), закрывающих перфорационные отверстия. После этого делают гидравлический разрыв пласта в другом месте. Разобщение зон производят с помощью пакеров или гидравлических затворов. Для каждого из интервалов проводится ГРП по традиционной схеме. Поэтапный гидроразрыв пластов с изоляцией каждой нижележащей зоны песчаной пробкой.

В глинистых разрезах наиболее эффективным является создание вертикальных трещин, так как они соединяют продуктивные нефтегазоносные пропластки. Такие трещины получают воздействием нефильтрующихся жидкостей или быстрым повышением скорости закачки.

Подготовка к проведению ГРП

Технология гидравлического пласта состоит из нескольких этапов. Подготовительные работы заключаются в следующем:

Исследование скважины на приток пластового флюида, способность к поглощению рабочей жидкости и определение давления, необходимого для ГРП. Очистка забоя от песчаной или глинистой корки (промывка водой под давлением, обработка соляной кислотой, гидропескоструйная перфорация и другие способы). Проверка скважины специальным шаблоном. Спуск в ствол скважины труб для подачи рабочей жидкости. Установка герметизирующего пакера и гидравлических якорей для защиты обсадной колонны. Монтаж устьевого оборудования (манифольд, лубрикатор и другие устройства) для подключения насосных агрегатов к нагнетательным трубопроводам и герметизации скважины.

Принципиальная схема обвязки технологического оборудования при ГРП показана на рисунке ниже.

Техника и технология гидравлического разрыва пласта состоит из следующих процедур:

В нагнетательные трубы подают рабочую жидкость (чаще всего нефть для добывающей скважины или вода для нагнетательной). Увеличивают давление жидкости разрыва до максимального расчетного значения. Проверяют герметичность пакера (при этом должен отсутствовать перелив жидкости из затрубного пространства). Добавляют в рабочую жидкость проппант после того, как происходит гидравлический разрыв пласта. Об этом судят по резкому возрастанию приемистости скважины (спад давления в насосах). В последнюю партию проппанта включают радиоактивные изотопы для последующей проверки зоны поглощения при помощи ядерного каротажа. Подают продавочную жидкость с наибольшим давлением для надежного расклинивания трещин. Удаляют жидкость разрыва с забоя для обеспечения притока пластового флюида в ствол скважины. Производят демонтаж технологического оборудования. Сдают скважину в эксплуатацию.

Если скважина относительно неглубокая, то рабочую жидкость допускается подавать по обсадным трубам. Возможно также проведение ГРП без пакера по трубам НКТ и затрубному пространству. Это позволяет снизить гидравлические потери для высоковязких рабочих жидкостей.

Машины и механизмы для ГРП

Оборудование для гидравлического разрыва пласта включает в себя следующие виды техники:

  • Наземные машины и устройства: насосные агрегаты (АНА-105, 2АН-500, 3АН-500, 4АН-700 и другие); пескосмесительные установки на шасси автомобилей (ЗПА, 4ПА, УСП-50, Kerui, Lantong и другие); автоцистерны для транспортировки жидкостей (АЦН-8С и 14С, АТК-8, Sanji, Xishi и другие); обвязка устья (манифольд, устьевая головка, запорная арматура, раздаточный и напорный коллектор с обратными клапанами, манометры и другая аппаратура).
  • Вспомогательная техника: агрегаты для спускоподъемных операций; лебедки; станции контроля и управления; трубовозы и другая техника.
  • Подземное оборудование: пакеры для разобщения пласта, в котором планируется гидроразрыв, от другой части эксплуатационной колонны; якоря для предотвращения подъема подземного оборудования из-за воздействия высокого давления; колонна труб НКТ.

Тип оборудования и количество единиц техники определяются исходя из расчетных параметров ГРП.

Для расчета гидравлического разрыва пласта используются следующие основные формулы:

Забойное давление (МПа) для ГРП при помощи фильтрующейся жидкости: р = 10-2KLc, где K коэффициент, выбираемый из интервала значений 1,5-1,8 МПа/м, Lc длина скважины, м. Давление закачки жидкости с песком (для расклинивания трещины): рп = р — gLc + pt, где плотность жидкости песконосителя, кг/м3, g = 9,8 м/с2, pt потери давления на трение жидкости-песконосителя. Последний показатель определяется по формуле: pt = 8 Q2 Lc/( dB)2, где коэффициент гидравлических сопротивлений, Q скорость закачки, м3/с, dB внутренний диаметр НКТ. Количество насосных установок: n = pQ/(ppQpKT) + 1, где pp рабочее давление насоса, Qp его подача при данном давлении, KT коэффициент технического состояния машины (выбирается в пределах 0,5-0,8). Количество продавочной жидкости: V = 0,785dB2Lc.

Если гидравлический разрыв пласта происходит с использованием песка в качестве проппанта, то его количество на 1 операцию принимается равным 8-10 т, а количество жидкости определяется по формуле:

V = QsCs, где Qs количество песка, т, Cs концентрация песка в 1 м3 жидкости.

Расчет данных параметров имеет важное значение, так как при излишне высоком значении давления во время гидравлического разрыва происходит передавливание жидкости в пласт, возникают аварии в эксплуатационной колонне. В противном случае, при слишком низком значении, потребуется остановка ГРП из-за невозможности достичь необходимого давления.

Проектирование гидроразрыва производят следующим образом:

Выбор скважин согласно существующей или планируемой системы разработки месторождения. Определение наилучшей геометрии трещины с учетом нескольких факторов: проницаемость пород, скважинная сетка, близость к водонефтяному контакту. Анализ физико-механических характеристик горных пород и выбор теоретической модели формирования трещины. Определение типа проппанта, его количества и концентрации. Выбор жидкости для гидравлического разрыва пласта с подходящими реологическими свойствами и вычисление ее объема. Расчет других технологических параметров. Определение экономической эффективности. Жидкости для ГРП

Рабочие жидкости (продавочная, для разрыва и песконоситель) это один из важнейших элементов гидравлического разрыва пласта. Преимущества и недостатки их различных видов связаны в первую очередь с реологическими свойствами. Если ранее применялись только вязкие составы на основе нефти (для снижения их поглощения пластом), то увеличение мощности насосных агрегатов в настоящее время позволило перейти на жидкости на водной основе с невысокой вязкостью. Благодаря этому уменьшилось давление на устье и потери на гидравлическое сопротивление в колонне НКТ.

В мировой практике применяют следующие основные типы жидкостей для ГРП:

  • Вода с проппантами и без них. Ее преимуществом является низкая стоимость. Недостаток малая глубина проникновения в пласт.
  • Полимерные растворы (гуар и его производные ГПГ, КМГПГ; гидроксиэтиловый эфир целлюлозы, карбоксиметилцеллюлоза, ксантановая камедь). Для сшивания молекул применяют B, Cr, Ti, Zr и другие металлы. По стоимости полимеры относятся к средней категории. Недостатком таких жидкостей является высокий риск негативных изменений в пласте. К достоинствам относится большая глубина проникновения.
  • Эмульсии, состоящие из углеводородной фазы (дизтопливо, нефть, газовый конденсат) и воды (минерализованная или пресная).
  • Углеводородные гели.
  • Метанол.
  • Загущенный диоксид углерода.
  • Пенные системы.
  • Пеногели, состоящие из сшитых гелей, азотных или углекислотных пен. Они обладают высокой стоимостью, но не влияют на качество коллектора. Другими их преимуществами являются высокая несущая способность в отношении проппанта и саморазрушение с небольшим количеством остаточной жидкости.

Для улучшения функций этих составов применяют различные технологические присадки:

  • поверхностно-активные вещества;
  • эмульгаторы;
  • соединения, снижающие гидравлическое трение;
  • пенообразователи;
  • добавки, изменяющие кислотность;
  • термостабилизаторы;
  • бактерицидные и противокоррозионные присадки и другие.

К основным характеристикам рабочих жидкостей гидроразрыва относят:

  • динамическая вязкость, необходимая для раскрытия трещины;
  • инфильтрационные свойства, определяющие потери жидкости;
  • способность переносить проппант без его преждевременного осаждения из раствора;
  • сдвиговая и температурная устойчивость;
  • совместимость с другими реагентами;
  • коррозионная активность;
  • экологичность и безопасность.

Жидкости с низкой вязкостью требуют закачки большего объема для достижения необходимого давления в пласте, а с высокой большего напора, развиваемого насосной техникой, так как при этом происходят значительные потери на гидравлическое сопротивление. Для более вязких жидкостей характерна также меньшая фильтруемость в породах.

В качестве проппантов, или расклинивающих материалов, наиболее часто применяют следующие:

  • Кварцевый песок. Один из наиболее распространенных природных материалов, а потому его себестоимость невысока. Закрепляет трещины в различных геологических условиях (универсален). Размер зерен песка для гидравлического разрыва пласта подбирается 0,5-1 мм. Концентрация в жидкости-песконосителе варьируется в пределах 100-600 кг/м3. В породах, отличающихся сильной трещиноватостью, расход материала может достигать несколько десятков тонн на 1 скважину.
  • Бокситы (окись алюминия Al2O3). Достоинством данного вида проппанта является большая прочность по сравнению с песком. Изготавливается путем измельчения и обжига бокситовой руды.
  • Окись циркония. Обладает свойствами, аналогичными предыдущему виду проппанта. Широко применяется в Европе. Общим недостатком таких материалов является их высокая стоимость.
  • Керамические гранулы. Для ГРП применяют гранулы размером от 0,425 до 1,7 мм. Относятся к среднепрочным проппантам. Показывают высокую экономическую эффективность.
  • Стеклянные шарики. Применялись ранее для глубоких скважин, в настоящее время почти полностью вытеснены более дешевыми бокситами.

Сущность кислотного гидравлического разрыва пласта состоит в том, что на первом этапе искусственно создается трещина (так же, как и при обычной технологии ГРП), а затем в нее закачивается кислота. Последняя реагирует с горной породой, возникают длинные каналы, которые увеличивают проницаемость коллектора в призабойной зоне. В результате возрастает коэффициент извлечения нефти из скважины.

Данный вид процесса гидравлического разрыва пласта является особенно эффективным для карбонатных пород. По данным исследователей, с таким типом коллекторов связано более 40% запасов нефти в мире. Техника и технология гидроразрыва в этом случае незначительно отличается от вышеописанной. Оборудование изготавливается в кислотостойком исполнении. Для защиты машин от коррозии применяют также ингибиторы (формалин, уникол, уротропин и другие).

Разновидностями кислотного ГРП являются двухстадийные обработки с использованием таких материалов, как:

  • полимерные соединения (ПАА, ПВВ, гипан и другие);
  • латексные составы (СКМС-30, АРК);
  • стирол;
  • смолы (БНИ-5, ТСД-9, ТС-10).

В качестве кислотных растворителей применяют 15% раствор соляной кислоты, а также специальные композиции (СНПХ-9010, СНПХ-9633 и другие).

Разновидностями кислотного ГРП являются двухстадийные обработки с использованием таких материалов, как:

  • полимерные соединения (ПАА, ПВВ, гипан и другие);
  • латексные составы (СКМС-30, АРК);
  • стирол;
  • смолы (БНИ-5, ТСД-9, ТС-10).

В качестве кислотных растворителей применяют 15% раствор соляной кислоты, а также специальные композиции (СНПХ-9010, СНПХ-9633 и другие).

Источник



Расчет и подбор оборудования ГРП

Газорегуляторные пункты (ГРП) предназначены для снижения давления газа с высокого или среднего на низкое и поддержание его на постоянном уровне независимо от расхода газа.

В комплект оборудования ГРП входят: фильтр, предохранительно-запорный клапан, регулятор давления, предохранительно-сбросной клапан, пункт измерения расхода газа, контрольно-измерительные приборы (КИП), комплект запорной и регулирующей арматуры.

Читайте также:  Ремонт газового оборудования в Ижевске

Основным оборудованием ГРП является регулятор давления. Мосгазниипроектом разработано 20 типоразмеров ГРП с регулятором давления непрямого действия типа-РДУК2 с прибором учета расхода газа, которые приведены в /8, табл.13/.

6.1. Расчет и подбор регулятора давления

Расчет регулятора давления производят по расчетному расходу газа через ГРП в зависимости от давления газа на входе в ГРП (из расчета ответвлений сети высокого давления) и давления газа на выходе из ГРП (из расчета распределительных газопроводов низкого давления).

Пропускная способность регулятора давления определяется по паспортным характеристикам РДУК2, которые приведены в /8, табл.14/.

Паспортная пропускная способность регулятора давления определяется по формуле:

при , (50)

при , (51)

где Vп – паспортная пропускная способность регулятора давления, м 3 /ч;

Р2- давление газа на выходе из ГРП, кПа;

Р1 – то же, на входе в ГРП, кПа;

∆Р — расчетный перепад давления в регуляторе, кПа;

VГРП – расчетный расход газа через ГРП, м 3 /час;

pг— плотность газа, кг/м 3 .

После определения паспортной характеристики регулятора давления по /8, табл.14/ подбирается регулятор с ближайшими большими техническими характеристиками и рассчитывается пропускная способность регулятора давления по формуле:

при (52)

при (53)

Максимальная пропускная способность ГРП должна быть на 20% выше, чем расчетный расход газа через ГРП и определяется по формуле:

Vmax = 1,2 . 1761,0356=2113,2477,

Нормальная работа регулятора давления возможна в пределах от 10 до 80% пропускной способности регулятора давления согласно формуле:

V 1 норм= (0,1 ― 0,8) . V, (55)

V 1 норм= 0,1·4572,762=457,276

V 1 норм=8·4572,762=3658,2096

Вывод: Максимальный расход газа через ГРП находиться в пределах нормальной работы регулятора давления, то регулятор давления РДУК2-100 с пропускной способностью 650 м 3 /час, диаметр седла 50/70, диаметр условного прохода 100, габаритные размеры: длина 350 мм, ширина 560 мм, высота 450 мм, масса 80 кг.

6.2. Подбор и расчет фильтров

Очистка газообразного топлива от механических примесей производится в фильтрах. При диаметрах газопровода dу>50 мм применяются волосяные фильтры, при dу 3 /час;

Vгр— расход газа по графику, м 3 /час;

ρг— плотность газообразного топлива, кг/м 3 ;

Р1 – давление газа на входе в ГРП, кПа.

Подбор фильтра производится методом последовательных приближений. Сначала задаются диаметром фильтра, расходом газа по графику и определяют перепад давления газа по графику, затем по формуле () находят расчетный перепад давления газа. Если расчетный перепад давления газа находится в пределах от 4 до 6 кПа, то фильтр подобран правильно.

Допустимый расход газа через фильтр определяется по формуле:

(57)

Вывод: Сетчатый фильтр с перепадом давления 5,91 , расход газа проходящий через фильтр 1761,03 . Фильтр подобран верно, так как расчетный перепад давления находиться в пределах от 4 до 6 кПа.

6.3. Подбор предохранительно-запорного клапана (ПЗК)

ПЗК служат для отключения подачи газа при аварийных ситуациях при повышении или понижении давления газа после регулятора давления.

Пределы срабатывания предохранительно-запорных клапанов:

— при повышении давления газа:

— при понижении давления газа:

где Рmax – максимальное давление газа, при котором происходит срабатывание ПЗК, кПа;

Рmin – минимальное давление газа, когда происходит отсечка подачи газа потребителям, кПа;

Р2 – давление газа на выходе из ГРП, кПа.

В зависимости от пределов срабатывания подбирается тип и марка ПЗК по /8, табл.1/.

Вывод:В зависимости от пределов срабатывания подбирается тип и марка ПЗК исходя из выдержанного предела срабатывания клапана при повышении давление 4,5 (кПа), при понижение давления 1,5 кПа)предохранительно-запорный клапан диаметром 50 мм подобран верно.

6.4. Подбор предохранительно-сбросных клапанов (ПСК)

ПСК служат для сброса избыточного количества газа в результате уменьшения его потребления и неплотностей запорно-регулирующей арматуры. ПСК настраивается на более низкий уровень, чем ПЗК. Предел срабатывания ПСК при повышении давления:

По /8, табл.15/ подбирается тип ПСК в зависимости от пределов его срабатывания.

Вывод: В зависимости от пределов срабатывания подбирается тип и марка ПСК исходя из выдержанного предела срабатывания клапана при повышении давление 3,75 (кПа)предохранительно-сбросной клапантипа ГП-40подобран верно.

6.5. Пункты измерения расхода газа, КИП, запорная арматура

Для замера расхода газа могут быть использованы газовые ротационные счетчики или нормальные диафрагмы с дифманометрами.

Ротационные счетчики (РС или РГ) выпускаются с номинальной пропускной способностью: 24, 49, 100, 250, 400, 600 и 1000 м 3 /час.

Если пропускная способность одного или двух параллельно установленных газовых счетчиков не соответствует требуемому расходу газа через ГРП, то устанавливается нормальная диафрагма.

Для измерения температуры газа применяются ртутные термометры, которые устанавливаются в кармане, обтекаемом потоком газа.

В качестве КИП используются показывающие манометры класса точности 1,5, которые устанавливаются на входе и выходе газа из ГРП, на обводной линии (байпасе) для регулирования давления газа по времени суток.

В качестве запорной арматуры используются задвижки, устанавливаемые на входе газа в ГРП и на выходе из ГРП, вентили – для плавного регулирования давления газа при его движении через байпасную линию, пробковые краны – на импульсных газопроводах.

Для расчетного ГРП подбирают по /8. табл.13/ типоразмер (длину, ширину, высоту) здания. Типоразмер ГРП 1, Наружные размеры здания 3,76м 6,5м (ширина и длина),

Источник

Гидравлический расчет и подбор оборудования ГРП.

При гидравлических расчетах потери давления на предохранительно-запорном клапане, клапане, измерительных устройств, учитываются через их коэффициенты местных сопротивлений.

В основе методики гидравлического расчета и подбора оборудования ГРП лежит проверочный расчет основной технологической линии по использованию принятой (заданной) величины перепада давления по допустимым скоростям течения газа в отдельных ее звеньях. Располагаемый перепад давления обычно принимается от 5 до 10 кПа. Эта величина является предварительной суммарной оценкой потерь давления в газопроводе, пробковых кранах, предохранительном запорном клапане, фильтре.

Гидравлический расчет и подбор оборудования ГРП производят в следующей последовательности:

1. Задаются величиной перепада давления наосновой технологической линии и определяют величину перепада давления для регулятора:

Где – минимальное значение избыточного давления газа перед регуляторной станцией, МПа; – регулируемое давление (изб.) газа после регулятора, МПа; – суммарные потери давления в регуляторе давления, МПа.

2. Определяют режим работы регулятора давления при – критический режим работы.

Следовательно, условия течения газа через клапан регулятора давления критическое.

Вычисляется коэффициент пропускной способности

Из табл. 5.8 следует, что для регулятора РД-50-19

3. В зависимости от режима работы регулятора по формулам находят значение коэффициента пропускной способности:

а) для докритического режима работы

б) для критического режима работы

Где – коэффициент пропускной способности регулятора; – коэффициент, учитывающий изменение плотности газа при движении через дроссельный орган, принимается 0,8 – 0,9; – перепад давления на регулятора, МПа; – давление газа до регулятора, МПа; – плотность газа при нормальных условиях, кг/ ; температура газа до регулятора, ˚К; – коэффициент сжимаемости газа до регулятора.

т.е. пропускная способность регулятора больше необходимой расчетной величины на 16%, что удовлетворяет требования СНиП 2.04.08-87.

4. По величине коэффициента пропускной способности подбирают тип регулятора давления и проверяют пропускную способность его по расчетному значению, которое должно быть на 15-20% больше максимального часового расхода газа

5. По техническим данным подбирают фильтр и определяют величину потерь давления на нем, которое не должно превышать 5 кПа; потерю давления в фильтре можно находить, пользуясь формулой пересчета

На технологической линии устанавливается волосяной фильтр, с диаметром равным 100мм. Рассчитывается потеря давления в нем.

6. Определяют скорость течения газа в трубопроводах (диаметры их, как правило, совпадают с выходными диаметра принятого оборудования)до регулятора давления (до 25м/сек), и после него (до 40-45 м/сек) по формуле

Где – площадь поперечного сечения трубопровода, ; = 0,1 – физическая атмосфера, выраженная в МПа; Р – давления в трубопроводе, МПа (абс).

а) до регулятора (Д=100)

б) после регулятора

7. По найденным скоростям движения газа определяют потери давления на местных сопротивлениях (краны, ПЗК, переходы и тд.), по формуле

а) до регулятора

б) после регулятора

8. Находят суммарную величину потерь давления и сравнивают с принятой величиной в начале расчета, т.е. должно соблюдаться условие.

В жилые, общественные и коммунальные здания газ поступает по газопроводам от городской распределительной сети. Эти газопроводы состоят из абонентских ответвлений, подводящих газ к зданию, и внутридомовых газопроводов, которые транспортируют газ внутри здания и распределяют его между отдельными газовыми приборами. Во внутренних газовых сетях жилых, общественных и коммунальных зданий можно транспортировать только газ низкого давления. По этой причине системы газоснабжения зданий присоединяют к уличным или внутриквартальным газопроводам низкого давления (до 3 кПа для природного газа и до 4 кПа для сжиженных газов). В отдельных случаях при необходимости присоединения к сетям среднего давления (до 0,3 МПа) устанавливают газорегуляторные пункты.

Газопроводы вводят в жилые и общественные здания через нежилые помещения, доступные для осмотра труб. Вводы газопровода в общественные и коммунально-бытовые здания, детские, учебные и лечебные учреждения, осуществляют также в лестничные клетки и коридоры или непосредственно в помещения, в которых установлены газовые приборы. Можно устраивать вводы газопроводов, кроме газопроводов сжижженного газа, в технические коридоры и подвалы, не имеющие специальных технических коридоров. Длина газопровода, прокладываемого по подвалу, не должна превышать 12 м. Вводы газопровода влажного газа следует укладывать с уклоном в сторону распределительного газопровода.

Газовые стояки прокладывают в кухнях, лестничные клетках или коридорах. Нельзя прокладывать стояки в жилых помещениях, ванных комнатах и санитарных узлах. На стояках и разводящих газопроводах устанавливать пробки запрещается. Кухонные стояки предпочтительнее, так как в этом случае значительно сокращается длина внутриквартальных разводок. Недостатком этого варианта является необходимость отключения всего стояка при производстве работ на нем в случае загазованности в одной из квартир. Если от одного ввода в жилое здание газ подают к нескольким стоякам, то на каждом из них устанавливают кран или задвижку. В жилых зданиях газопроводы крепят к стенам с помощью крюков.

Источник