Меню

Гидравлический разрыв пласта преимущества и недостатки



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.
Читайте также:  Разнообразие вентиляционных систем

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.

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

Нефть, Газ и Энергетика

Блог о добычи нефти и газа, разработка и переработка и подготовка нефти и газа, тексты, статьи и литература, все посвящено углеводородам

ОБОРУДОВАНИЕ ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ ГРП

Основное оборудование, используемое для производства ГРП, включает в себя смесительный агрегат (пескосмеситель (блендер) фирмы «Стюарт и Стивенсон» на шасси «Кенворт»), автомобиль для транспортировки и подачи проппанта в смесительный агрегат (песковоз фирмы «Стюарт и Стивенсон»), автомобиль для перевозки хим.реагентов, насосные установки (насосный агрегат фирмы «Стюарт и Стивенсон»), агрегат для поддержания давления в затрубном пространстве, компьютерный центр управления процессом ГРП (станция управления и контроля фирмы «Стюарт и Стивенсон»), а так­же установленные на кусту емкости с жидкостью ГРП (автоцистерны АЦН-10, называемые бул­литами), обвязку устья скважины подъемный агрегат для монтажа и демонтажа наземного и подземного оборудования.

Арматура устья 2АУ-700 и 2АУ-700СУ используется для обвязки устья скважин с насосными установками при гидроразрыве пластов. Такая арматура позволяет спускать (поднимать) НКТ с муфтами без нарушения герметизации устья скважины Арматура состоит из трубной и устьевой головок и элементов их обвязки.

К оборудованию, при помощи которого проводят спуско-подьемные операции, относятся подъемные лебедки, монтируемые на самоходной транспортной базе автомобиля (А-50У)

В дополнение, в состав оборудования ГРП входит регулируемый предохранительный клапан, устанавливаемый на обсадную колонну и служащий для предотвращения ее порыва при приложении давления ГРП в случае обрыва подвески НКТ.

Для предотвращения обрыва НКТ, разрушения нагнетательных ли­ний и повреждения насосных установок в случае резкого роста давления ГРП при засыпке скважины проппантом используется электронное пре­дохранительное устройство.

На основную нагнетательную линию устанавливаются также гид­равлические датчики давления, которые соединяются с гидромеханиче­ским самописцем давления.

При гидравлическом разрыве пласта в качестве подземного оборудования используются гладкие высокогерметичные насосн-компресорные трубы типа НКМ из стали группы прочности «к», «Е», «Л», «М», и «Р» по ГОСТ 633-80 с условным диаметром 73 и 89мм.

Для разобщения фильтровой зоны свола скважины от верхней части с целью предотвращения порывов эксплуаационной колонны применяются пакеры – разобщители. Пакер подбирают по ожидаемому максимальному перепаду давления в нем при проведении процесса ГРП, диаметру проходного сечения (для применяемых НКТ), диаметру эксплуатационной колонны и температуре.

Кроме того, при производстве ГРП с применением огнеопасных жидкостей на кустовой площадке находятся пожарные автомобили в ко­личестве не менее двух. С целью оказания первой медицинской помощи в случае аварии или при несчастном случае на кустовой площадке нахо­дится также автомобиль «скорой помощи» с квалифицированным мед­персоналом.

1. Смесительный агрегат

Смесительный агрегат предназначен для приготовления жидкости ГРП. В зависимости от конструкции различают смесительные агрегаты, смонтированные на автомобилях, и смесительные агрегаты, смонтиро­ванные на автомобильных прицепах.

Смесительный агрегат оборудован двумя основными насосами -всасывающим — для забора жидкости из буллитов ГРП и нагнетательным — для возврата жидкости в буллиты ГРП в процессе ее циркуляции при приготовлении, а также для подачи жидкости на насосные установки в процессе ГРП.

Смесительный агрегат оборудован также двумя манифольдами : всасывающим и нагнетательным, первый из которых предназначен для забора жидкости из булитов, второй — для подачи жидкости на насосные установки..

Приготовление жидкости ГРП производится в смесительной емко­сти. Кроме приготовления жидкости ГРП, смесительная емкость предна­значена также для приготовления смеси жидкости ГРП с проппантом.

Для поддержания надлежащего уровня жидкости в смесительной емкости в процессе приготовления жидкости ГРП, во время ее подачи на насосные установки, а также во время приготовления смеси проп­панта используется так называемый мерной клапан. Этот клапан также управляется дистанционно из кабины оператора.

Для обеспечения контроля за параметрами процесса в кабине оператора смесительного агрегата установлены следующие контроль­но-измерительные приборы:

1. манометр давления всасывания жидкости из булитов;

2. манометр давления подачи жидкости на насосные установки;

3. манометр давления в основной нагнетательной линии;

4. указатель подачи жидкости;

5. манометр давления в гидросистеме;

6. указатель оборотов шнека смесительной емкости.

Кроме того, для контроля за работой двигателей на панели управления установлены указатели оборотов, давления масла, а также регуляторы дросселей и переключатели скоростей.

Читайте также:  Оборудование для автосервисов в Ярославле

Для обеспечения контроля за подачей жидкости на смесительном агрегате установлен расходомер турбинного типа,

2. Автомобиль для транспортировки и подачи проппаната в смеситель­ный агрегат (песковоз)

Данный автомобиль предназначен для доставки требуемого количества проппанта на кустовую площадку и для его подачи в смесительный агре­гат со скоростью, определяемой программой ГРП.

Конструктивно песковоз представляет собой бункер, смонтирован­ный на автомобильном шасси. Емкость бункера может быть различной, однако наиболее широкое распространение получили бункера емкостью 18-22 тонны проппанта. Бункер оборудован подъемным гидроцилин­дром, служащим для подъема бункера в рабочее положение. Подача проппанта в смесительный агрегат осуществляется посредством транс­портера, приводимого гидромотором. Как уже упоминалось, подача проппанта в смесительный агрегат производится транспортером, приводимым в действие гидромотором. Поскольку соблюдение указанных в программе ГРП концентраций проп­панта является крайне важным, причем концентрация проппанта в жид­кости ГРП напрямую зависит от скорости подачи жидкости, скорость вращения транспортера и соответственно скорость подачи проппанта должны тщательно регулироваться. Это достигается тем, что скорость вращения гидромотора транспортера управляется импульсным микроге­нератором, который в свою очередь управляется предварительно на­страиваемым микрокомпьютером или контроллером.

Поскольку для обеспечения заданной концентрации проппанта ско­рость вращения транспортера должна соответствовать скорости подачи жидкости на насосные установки, микрокомпьютер подключается к рас­ходомеру, установленному на смесительном агрегате, за счет чего обес­печивается соответствие скорости вращения транспортера скорости по­дачи жидкости.

Управление транспортером песковоза производится обычно из ком­пьютерного центра управления, однако в качестве дополнительной меры безопасности к нему подключается дополнительный выносной пульт управления, аналогичный микрокомпьютеру, установленному в компью­терном центре.

4. Автомобиль лля перевозки хим.реагентов

Этот автомобиль предназначен для транспортировки хим.реагентов и подачи их в смесительный агрегат в процес­се приготовления жидкости ГРП. Конструктивно он представляет собой закрытый кузов, смонтированный на автомобильном шас­си.

Поскольку хим.реагенты ГРП могут эффективно использо­ваться только при определенной температуре (обычно +15 -+18°С), кузов выполнен в термоизолированном исполнении и оборудован мощными автономными обогревателями, за счет че­го внутри кузова обеспечивается требуемая температура при температуре окружающего воздуха до -40°С.

Как правило, транспортировка жидких хим.реагентов произ­водится в бочках, соответственно кузов оборудован специаль­ными приспособлениями для их надежного крепления.

К специальному оборудованию автомобиля относятся на­сосы для подачи хим.реагентов в смесительный агрегат. В стан­дартное оборудование кузова входят обычно три таких насоса -для раздельной подачи гелланта, активатора и сурфактанта, од­нако при необходимости (в зависимости от используемой систе­мы жидкости ГРП)

могут устанавливаться дополнительные насосы. Примером может слу­жить специальный насос для подачи активатора системы ОС-10 — по­скольку при использовании этой системы активатор подается в процессе закачки жидкости, требуется насос более высокой производимости, чем производительность штатных насосов.

4 Насосные установки ГРП

Насосная установка ГРП представляет собой единый агрегат, включающий в себя собственно насос, двигательную установку и коробку передач. Насосные установки могут монтироваться на автомобильных шасси. Характерными особенностями насосных установок ГРП яв­ляются:

а) высокая мощность двигателя (до 1000 кВт);

б) высокая производительность насоса при высоких давле-ниях (до 1.5мЗ/мин при давлении 350 — 400 Атм);

в) способность развивать высокие давления при низких скоростях закачки (до 1000 Атм).

С целью обеспечения безопасности оператора управление на­сосной установкой ГРП производится с выносного пульта управле­ния, который обычно устанавливается на безопасном расстоянии от нагнетательных линий и устья скважины. Органы управления и кон­трольно-измерительные приборы выносного пульта включают в се­бя:

а) регулятор дросселя;

б) переключатель скоростей;

в) указатель оборотов двигателя;

г) указатель скорости закачки;

д) индикаторные лампы низкого давления масла и высокой тем­пературы двигателя;

е) аварийный выключатель двигателя.

СХЕМА РАССТАНОВКИ ЕМКОСТЕЙ ПРИ ГРП

Рис 4.1. СХЕМА РАССТАНОВКИ ЕМКОСТЕЙ И СПЕЦМАШИН ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ОПЕРАЦИИ ГИДРОРАЗРЫВА ПЛАСТА

1 — емкости ( автоцистерны,булиты) для рабочей жидкости;

2 — пескосмеситель (блендер) фирмы «Стюарт и Стивенсон»;

3 — песковоз фирмы «Стюарт и Стивенсон»;

4 — насосный агрегат фирмы «Стюарт и Стивенсон»;

5 — блок манифольдов фирмы «Стюарт и Стивенсон»;

6 — станция управления и контроля фирмы «Стюарт и Стивенсон»;

7 — насосный агрегат ЦА-320М;

8 — пожарная машина;

9 — емкость для продавочной жидкости;

11 — датчик давления;

12 — запорная арматура;

13 — предохранительный клапан.

4.4.Основные требования к качеству рабочих жидкостей (жидкости разрыва, жидкости песконосителя и продавочной жидкости ):

— не снижать проницаемости продуктивного пласта;

— не содержать механических примесей;

— не образовывать в пласте нерастворимых осадков.

Кроме того, жидкость песконоситель должна обладать заданными регулируемыми реологическими свойствами, обеспечивающими доставку расклинивающего реагента (песка пропланта) на расчетную длину трещины и закрепление его там после окончания операции.

Обычно в качестве жидкости разрыва и жидкости песконосителя используют одну и ту же жидкость.

В качестве рабочих жидкостей для ГРП могут использоваться загущенные углеводородные жидкости (нефть, керосин, дизельное топливо) инвертные эмульсионные растворы, нефтекислотные эмульсии, а также загущенные жидкости на водной основе.

На основе накопленного опыта предприятия «Интрас» ре комендуются к использованию два типа рабочей жидкости:

а) на углеводородной основе: загущенная нефть или. загущенное дизтоплйво.

Для загущения углеводородной жидкости в качестве гелеобразователей используются им­портные химреагенты NGA-37, NGА-44. Для разложения геля используется деструктор «рН Вгеакег».

Вышеприведенная рабочая жидкость (гель) применяется управлением «Интрас» ОАО Юганскнефтегаз. Основа для приготовления (нефть, дизтоплйво) завозятся на скважину в готовом виде. Гелеобразователи и деструктор вводятся непосредственно перед проведением ГРП. Недостатком этой рабочей жидкости на углеводородной осно­ве является ее относительно высокая стоимость;

б) на водной основе: пластовая или сеноманская вода, загущенная гелями.

В качестве химреагентов, обеспечивающих загущение и технологические свойства жидкости на водной основе используются импортные композиции: WGА-1, NCL-100, NЕ-201, ВХL-10.ОС. Для разложения геля на водной основе применяется деструк­тор «Ар-Вгеак».

По данным [1] для плотных пород при вскрытой толщине не более 20 м объем ра­бочей жидкости рекомендуется определять из расчета 4-6 м 3 на 1 м вскрытой части пла­ста. Исходя из анализа опыта работ по ГРП на месторождениях ОАО «Юганскнефтегаз», количество рабочей жидкости принимается из расчета 6 м 3 на 1 м пласта. Из общего количества рабочей жидкости половина используется в качестве жидкости разрыва, вторая половина — в качестве песконосителя.

Источник

Оборудование для гидроразрыва пласта

date image2014-01-25
views image5807

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

ОБОРУДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКОГО И ХИМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПЛАСТ

Воздействие на призабойную зону пласта позволяет интенсифицировать добычу нефти и газа за счет увеличения проницаемости призабойной зоны. Выделяют основные методы воздействия: механические, химические и комплексные.

В комплекс оборудования для гидроразрыва пласта входят: насосные установки, пескосместительные установки, автоцистерны для транспортирования жидкостей разрыва, арматура устья скважины, пакеры, якори и другое вспомогательное оборудование.

Для гидроразрыва в частности, может быть использовано следующее оборудование:

· Пакеры с опорой на забой: ПМ; ОПМ.

· Пакеры плашечные (без опоры на забой): ПШ; ПС; ПГ.

· Насосные установки (агрегаты): УН1-630-700А; НА-105-1; 2АН-500; 3АН-500 и 4АН-700.

· Пескосместительные установки: 4ПА; УСП-50 (до 9т. песка).

· Блок манифольда: 1БМ-700; 1БМ-700С.

· Арматура устья: 2АУ-700; 2АУ-700СУ.

· Автоцистерны: АЦН-8С-5337; АЦН-14С-65101; АЦ9-5337; АТК-8-65101 и другие вместимостью (6 ¸ 21) м 3 .

· Насосные установки (агрегаты) 2АН-500, 3АН-500 и 4АН-700 предназначены для закачки рабочих жидкостей: жидкости разрыва, песконосителя и продавочной жидкости.

Тип и число насосных установок определяют по их технической характеристике, исходя из параметров обрабатываемого пласта: глубины залегания, толщины, проницаемости, степени естественной трещиноватости и т.д. Важное условие при этом — максимальное сокращение потребных установок, что упрощает обвязку устья скважины, управление процессом и снижает стоимость работ.

Насосная установка (агрегат) 4АН-700 монтируется на шасси грузового трехосного автомобиля КрАЗ-275Б1А и состоит из силовой установки 9УС-800, коробки передач ЗКПМ, трехплунжерного насоса 4Р-700, манифольда и системы управления.

Характеристика установок 2АН-500, 3АН-500 и 4АН-700 приведена в таблице 21.

Характеристика насосных установок

Скорость 2АН-500 3АН-500 4АН-700
Диаметр сменных плунжеров, мм
Подача, л/с Давление, МПа Подача, л/с Давление, МПа Подача, л/с Давление, МПа Подача, л/с Давление, МПа
I 5.10 50.8 8.8 50.0 6.3 50.0 9.0 71.9
II 5.92 43.7 12.0 37.0 8.5 36.6 12.3 52.9
III 7.33 35.3 15.8 29.0 12.0 26.0 17.3 37.4
IV 8.92 29.0 20.0 23.0 15.0 20.7 22.0 29.8
V 11.55 22.4
VI 14.95 17.3

Пескосмесительная установка УСП-50 предназначена для транспортирования песка, приготовления песчано-жидкостной смеси и подачи ее на прием насосных установок при гидроразрыве пластов, а также при гидропескоструйной перфорации. Смонтирована она на шасси автомобиля КрАЗ-257Б1А и состоит из бункера, загрузочного и рабочего шнеков, манифольда, поста управления, гидросистемы управления шнеками и мешалки.

Ниже приведена техническая характеристика установки УСП-50.

Максимальная подача, м 3 /мин — 3.6

Подача, т/мин — 0.3

Вместимость бункера, м 3 — 6.83

Наибольшее давление, МПа — 0.2

Блоки манифольдов 1БМ-700 и 1БМ-700С предназначены для обвязки насосных установок между собой и с устьевым оборудованием при нагнетании жидкости в скважину в районах с умеренным климатом (1БМ-700) и с умеренным и холодным (при температуре до –50 °С) климатом (1БМ-700С).

Каждый блок, смонтированный на автошасси ЗИЛ-131, состоит из напорного и приемораздаточного коллекторов, комплекта труб с шарнирными соединениями и подъемной стрелы.

Читайте также:  Снижение простоев оборудования и повышение производительности Миф или реальность

Напорный коллектор состоит из трех клапанных коробок с шестью отводами, служащими для присоединения напорных линий насосных установок. С одной стороны к коробке прикреплен проходной кран с зубчатыми секторами, с другой — центральная труба, заканчивающаяся тройником с предохранительным клапаном и двумя патрубками с пробковыми кранами и накидными гайками для присоединения напорных трубопроводов, которыми оснащена арматура на устье скважины. Каждый отвод снабжен обратным клапаном.

Раздаточный коллектор — труба с приваренными к ней десятью ниппелями, к каждому из которых присоединен пробковый кран, предназначен для подачи рабочей жидкости к насосным установкам. На нем установлен предохранительный клапан многократного действия.

Блок манифольда оснащен насосно-компрессорными трубами вспомогательного напорного трубопровода с шарнирными коленами.

На платформе автомобиля предусмотрена площадка для перевозки устьевой арматуры, погрузка и разгрузка которой осуществляются поворотной стрелой блока манифольда.

Применение блока манифольда при цементировании скважин, гидравлическом разрыве пласта и гидропескоструйной перфорации сокращает время монтажа и демонтажа коммуникаций обвязки установок между собой и с устьевой головкой, а также значительно упрощает эту работу.

Универсальная арматура устья 2АУ-700 предназначена для обвязки насосных агрегатов с устьем скважины при гидравлическом разрыве пласта, гидропескоструйной перфорации, кислотных обработках и цементировании скважин.

Арматура состоит из трубной и устьевой головок, запорной арматуры и элементов обвязки головок. Укомплектована она кранами с цилиндрической пробкой, легко управляемыми при любом рабочем давлении.

Устьевая головка снабжена резиновой манжеткой, обеспечивающей спуск — подъем НКТ без разгерметизации устья скважины.

Более полная информация об отечественном и зарубежном оборудовании приведена в комплекте каталогов.

Источник

ОБОРУДОВАНИЕ, ИСПОЛЬЗУЕМОЕ ПРИ ГИДРАВЛИЧЕСКОМ РАЗРЫВЕ ПЛАСТА

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАЗРЫВА ПЛАСТА

При снижении дебита добывающих скважин, а так же приёмистости нагнетательных скважин производят гидравлический разрыв пласта (ГРП).

1) До проведения ГРП в добывающих скважинах определяют поглотительную способность пластов:

· в скважину закачивают нефть и насосным агрегатом поднимают на устье давление до тех пор, пока пласт не начнёт поглощать жидкость.

· замеряют расход жидкости при постоянном давлении в течение 10 – 30 минут, затем увеличивают давление нагнетания на 2 — 3 МПа и вновь замеряют расход жидкости. Конечное давление при этом исследовании должно быть максимально возможным.

2) По данным исследования приёмистости пластастроят кривую в координатах давление — приёмистость скважины. Пользуясь кривой, можно найти:

· количество жидкости, необходимое для проведения ГРП,

· давление, при котором будет происходить ГРП (условно принимают давление, при котором приёмистость пласта возрастает в 3 — 4 раза по сравнению с первоначальным замером).

3) Затем скважину промывают (в отдельных случаях делают кислотную обработку, дополнительную перфорацию пласта, что способствует снижению давления разрыва пород и повышению эффективности ГРП).

Чаще всего ГРП производят через спущенные НКТ диаметром от 73 мм до 114 мм. Для предотвращения воздействия на эксплуатационную колонну высоких давлений над фильтром устанавливают самоуплотняющийся пакер. Чтобы пакер не смещался вверх под действием давления, над ним устанавливают якорь.

Якорь работает следующим образом: под действием давления в НКТ резиновая трубка выдвигает из корпуса якоря плашки, которые своей насечкой врезаются в тело обсадной колонны обеспечивая надёжную фиксацию пакера.

Операция ГРП состоит из трёх основных этапов:

I — закачка в пласт жидкости разрыва и образование трещин;

II — закачка в пласт жидкости – песконосителя (проппант);

III — продавка жидкости — песконосителя в пласт.

IV – закачка жидкости-разрушителя (брэкит), промывка скважины и вызов притока

Технология ГРП:

1) О моменте разрыва пласта, во время осуществления первого этапа ГРП, судят по резкому спаду давления и увеличению расхода закачиваемой в скважину жидкости разрыва.

2) После разрыва пласта переходят к второму этапу — закачке в скважину жидкости — проппантоносителя при большом её расходе и высоком давлении нагнетания.

3) После окончания закачки расчётного объёма жидкости — проппантоносителя её продавливают в пласт с максимальной скоростью при максимально возможном давлении нагнетания. Объём продавочной жидкости должен быть равен вместимости НКТ, через которые протекают все три этапа гидроразрыва.

4) После продавки проппанта в пласт, устье скважины закрывают и скважину оставляют в покое до тех пор, пока избыточное давление на устье не упадёт до нуля.

5) После этого скважину промывают для удаления проппанта, оставшегося в обсадной колонне, и приступают к её освоению.

Технология гидроразрыва продуктивных пластов, залегающих на глубинах более 2800 м, несколько отличается от описанной выше. В связи с повышенной величиной давления гидроразрыва, а так же при выполнении других операций на пакер создают противодавление в затрубном пространстве. Для этой цели используют вспомогательные агрегаты, подключенные к затрубному пространству.

ОБОРУДОВАНИЕ, ИСПОЛЬЗУЕМОЕ ПРИ ГИДРАВЛИЧЕСКОМ РАЗРЫВЕ ПЛАСТА

При гидравлическом разрыве пласта применяют комплекс оборудования:

· насосные агрегаты АН-500, 4АН-700,

· пескосмесительные машины 4ПА,

· автоцистерны для транспортирования жидкости разрыва 4ЦР и ЦР-20 или вертикальные резервуары (40-50 м 3 ),

· пакеры (шлипсовые и самоуплотняющиеся) и якоря («Схема обвязки наземного оборудования при гидравлическом разрыве пласта» см. рис. 1).

Рисунок 4 — Схема расположения оборудования при ГРП: 1 — насосные агрегаты 4АН-700; 2 — пескосмесительные aгрегаты ЗПА; 3 — автоцистерны ЦР-20 с технологическими жидкостями; 4 — песковозы; 5 — блок манифольдов высокого давления; 6 — арматура устья 2АУ-700; 7 — станция контроля и управления процессом (расходомеры, манометры, радиосвязь)

Агрегат 4АН-700 — основной. Насос этого агрегата рассчитан на создание давления 70 МПа. Все узлы насосного агрегата (силовая установка, коробка передач, трёхплунжерный насос, манифольд) смонтированы на грузовом автомобиле КрАЗ — 257 грузоподъёмностью 100-200 кН. Производительность трёхплунжерного насоса при давлении 70 МПа составляет 6,3 л/с, а при 20 МПа — 22 л/с.

Пескосмесительные агрегаты 4ПА используют для транспортирования песка (пропанта) и приготовления песчано — жидкостной смеси. Оборудование агрегата (бункер для песка, смеситель, система подачи песка в смеситель и загрузки песка в бункер, насос для перекачки песчано — жидкостной смеси) смонтировано на шасси автомобиля КрАЗ — 257. Вместимость бункера 6,5 м 3 . В течение часа работы система подачи песка из бункера обеспечивает переработку 50 тонн песка.

Автоцистерна 4ЦР используют для перевозки жидкости разрыва, смонтированна на шасси автомобиля КрАЗ — 219. Цистерна оборудована вертикальным плунжерным насосом и обвязкой для откачки жидкости в агрегаты 4АН-700. Плунжерный насос имеет производительность, равную 16,7 л/с при давлении 2,0 МПа.

Арматурой 1АУ-700 оборудуют устье скважины при гидроразрыве, которую крепят к эксплуатационной колонне на резьбе. Арматура рассчитана на давление 70 МПа и состоит из крестовины, устьевой головки, предохранительного клапана и пробковых кранов.

Для транспортирования системы обвязки всего комплекса оборудования и управления им используют самоходный блок манифольда 1БМ-700, смонтированный на шасси автомобиля ЗИЛ-157К. В состав оборудования блока манифольда входят:

· напорный и раздаточный коллекторы,

· комплект НКТ, диаметром 60 мм, с шарнирными и быстро-сборными соединениями.

Напорный коллектор состоит из:

· клапанной коробки с шестью отводами для подсоединения насосных агрегатов,

· центрального отвода с КИП (манометр, плотномер, расходомер),

· двух отводов для соединения с устьевой арматурой,

Раздаточный коллектор предназначен для распределения рабочих жидкостей (жидкостей разрыва, песчано-жидкостной смеси, продавочной жидкости) по насосным агрегатам.

1. Что представляют собой кислотные ванны?

2. Какое применяется оборудование при гидравлическом разрыве пласта?

3. В каких годах возникла идея создания гидравлической трещины в продуктивном пласте?

Установка пескосмесительная 4ПАпредназначена для транспортирования песка, приготовления песчаножидкостной смеси и подачи ее на прием насосных установок при гидроразрыве нефтяных и газовых пластов, а также при гидропескоструйной перфорациив скважинах.

Установка 4ПА (рис. 6.18) состоит из бункера, разделенного перегородкой на две секции для песка двух различных фракций; прикрепленных к стенкам бункера пневмовибраторов; рабочего и загрузочного шнеков; регулятора выдачи сыпучего материала; смесителя, представляющего собой цилиндрическую емкость с коническим днищем и лопастной мешалкой; раздаточного и приемного коллектора, а также центробежного пескового насоса.

Рис. 6.18. Агрегат 4ПА: 1 — пульт управления; 2 — аккумулятор; 3 — рабочий шнек; 4 — сварной бункер; 5 — загрузочный шнек; 6 — пневмовибратор

Бункер установки с днищем конической формы разделен продольной перегородкой на два одинаковых отсека, что позволяет одновременно транспортировать песок (или смеси) двух фракций. Осмотр и очистка отсеков проводятся через люки в крышке, которые снабжены металлическими решетками, препятствующими попаданию в бункер крупных твердых включений.

Шнек загрузочный составной во время переезда отводится в сторону и крепится к монтажной раме.

С помощью рабочего шнека песок подается из отсеков бункера в аккумулятор (смеситель) для приготовления смеси. На коническом днище бункера предусмотрены два пневмовибратора, приводимых от пневмосистемы автомобиля и улучшающих условия поступления песка в рабочий шнек. Аккумулятор смеси — емкость с лопастной мешалкой и поплавковым указателем уровня. Готовая песчано-жидкостная смесь из аккумулятора отбирается песковым насосом, установленным на раме установки, и подается к насосным установкам.

Привод узлов осуществляется от тягового двигателя автомобиля. Для привода шнеков, а также для лопастных мешалок применяются гидростатические передачи с гидромоторами. Управление осуществляется одним оператором с пульта, расположенного в кабине автомобиля.

Источник