Разработка комплекса технических средств и технологических решений гидравлического разрыва пласта и освоения нефтяных скважин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.15, кандидат наук Верисокин Александр Евгеньевич

• Верисокин Александр Евгеньевич
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Верисокин Александр Евгеньевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ОСВОЕНИЯ СКВАЖИН ПОСЛЕ ПРОВЕДЕНИЯ ГИДРОРАЗРЫВА ПЛАСТА

1.1. Основные технологические составляющие гидравлического разрыва пласта

1.2. Кольматация призабойной зоны пласта и ее влияние на эксплуатационные характеристики скважины

1.3. Фактор выноса пропанта из трещины в скважину на этапе освоения после гидроразрыва пласта

1.4. Образование пропантной пробки в стволе скважины и нормализация забоя после проведения гидроразрыва пласта

1.5. Оценка устойчивости заполнителя щели при гидроразрыве пласта

1.6. Технология освоения скважин струйными насосами

Выводы по главе

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА СПОСОБА СНИЖЕНИЯ ВЫНОСА ПРОПАНТА ИЗ ТРЕЩИНЫ В СКВАЖИНУ ПРИ ОСВОЕНИИ ПОСЛЕ ГИДРОРАЗРЫВА ПЛАСТА

2.1. Способ получения гранул пропанта из материала «нитинол»

2.2. Экспериментальная оценка выноса пропанта из трещины в скважину

2.2.1. Описание лабораторной установки по исследованию пропантов

2.2.2. Результаты экспериментальных исследований по оценке выноса пропанта из трещины в скважину

2.2.3. Выводы по оценке среднего снижения объёма выноса пропанта

2.3. Способ крепления трещины вблизи ствола скважины расклинивающим материалом «нитинол»

2.4. Способ закрепления пропантной пачки в трещине с использованием скважинного саморасширяющегося фильтра из материала «нитинол»

Выводы по главе

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ ДЕКОЛЬМАТАЦИИ СКВАЖИН, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ГИДРОРАЗРЫВА ПЛАСТА

3.1. Разработка устройства для промывки перфорационных каналов перед проведением гидроразрыва пласта

3.2. Разработка устройства для очистки фильтровой зоны скважины после проведения гидравлического разрыва пласта

Выводы по главе

ГЛАВА 4. ТЕХНОЛОГИЯ ОСВОЕНИЯ СКВАЖИН ПОСЛЕ

ГИДРОРАЗРЫВА ПЛАСТА

4.1. Разработка технологии освоения скважин с помощью струйного насоса и гидравлического вибратора

4.2. Разработка рекомендаций по освоению скважин струйными насосами

4.2.1. Подготовительные работы

4.2.2. Освоение и исследование скважин

4.2.3. Разработка рекомендаций по освоению и исследованию скважины в зависимости от характера притока

4.2.4. Условия отбора глубинных проб флюидов

4.3. Разработка рекомендаций по устранению осложнений при освоении скважин струйными насосами

4.4. Расчет технологических параметров процесса освоения и исследования скважин

4.5. Обработка результатов гидродинамических исследований скважин

4.6. Разработка требований безопасности и охраны окружающей среды при освоении скважин струйными насосами

4.7. Пример выполнения работ по освоению скважины струйным аппаратом

4.7.1. Первые сутки работ по освоению скважин струйным насосом

4.7.2. Вторые, третьи и четвертые сутки работ по освоению скважин струйным насосом

4.7.3. Результаты испытания и интерпретации полученных материалов

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А. Патент 2703572 «Способ гидроразрыва нефтяного или

газового пласта»

Приложение Б. Патент 2651869 Российская Федерация. Устройство для

декольматации скважин

Приложение В. Патент 2643882 Российская Федерация. Струйный насос .. 168 Приложение Г. Патент 2719874 Российская Федерация. Способ получения

гранул пропанта

Приложение Д. Патент 2721144 Российская Федерация. Устройство для

декольматации скважин

Приложение Е. Патент 2733547 Российская Федерация. Скважинный фильтр

Приложение Ж. Патент 2733547 Российская Федерация. Гидромеханический

ударник

Приложение И. Рекомендательное письмо Министерства энергетики РФ .. 173 Приложение К. Справка о внедрении результатов диссертационного

исследования

Приложение Л. Акт о внедрении результатов диссертационного

исследования

Приложение М. Справка о внедрении результатов диссертационного исследования

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследований

В настоящее время гидроразрыв пласта (ГРП) является одним из эффективных методов интенсификации притока и повышения продуктивности скважин. Дебит скважины после ГРП увеличивается в несколько раз, а средняя продолжительность эффекта составляет от 5 месяцев до 2 лет. В перспективе до 2030 года количество планируемых ГРП будет демонстрировать положительную динамику роста. В РФ и зарубежом имеет место проведение многостадийных гидроразрывов пласта (МГРП), с существенно возрастающей протяженностью трещин. По итогам 2020 года сегмент МГРП занимал около 20% объемов ГРП в физическом и 45% в денежном выражении.

К факторам, снижающим эффективность ГРП, относится вынос пропанта из трещины при освоении и эксплуатации скважины (в последнем случае носит продолжительный характер). После ГРП в фильтровой зоне скважины образуется пробка из пропанта и вынесенных из трещин механических примесей, а также неразложившегося носителя пропанта (геля). Таким образом, в пласте и ПЗП возникают дополнительные гидравлические сопротивления фильтрации. В связи с этим снижается качество гидродинамической связи «скважина-пласт», эффективность освоения и эксплуатации скважин после ГРП. Это приводит к удорожанию технологических операций, снижению межремонтного периода и, в конечном итоге, влияет на достижение проектной производительности скважин. Например, 45 % отказов электроцентробежных насосов (ЭЦН) после ГРП связано с засорением рабочих деталей пропантом.

Современная практика работ по освоению скважин показала высокую эффективность применения струйных аппаратов, которые создают широкий

диапазон «депрессия-репрессия» на пласт. Струйные аппараты отличаются простотой конструкции и возможностью применения в различных горногеологических условиях. Поэтому с учетом отрицательного влияния выносимого пропанта целесообразно рассматривать ГРП и освоение скважин как единую технологическую операцию, направленную на повышение качества гидродинамической связи «скважина-ПЗП-пласт» и в целом на продолжительность эффекта ГРП.

Освоение скважин и исследование пластов струйными аппаратами с высокой эффективностью были проведены на многих разведочных площадях и месторождениях Западной и Восточной Сибири, на острове Колгуев (Баренцево море) с высокой эффективностью. Например, для испытания скважин только на разведочных площадях Главтюменьгеологии было переведено в промышленную категорию около 20 млн. т. запасов нефти. С помощью струйных насосов были испытаны слабосцементированные пласты с высоковязкими нефтями и продуктивные пласты с аномально высокими пластовыми давлениями.

В отличие от широко применяемых способов освоения скважин после ГРП, использование струйных аппаратов позволяет создавать управляемые циклические депрессии и репрессии на пласт, что особенно важно в скважинах с горизонтальным окончанием. Также следует отметить эффективность и информативность применения струйных аппаратов при проведении гидродинамических исследований в одном цикле работ по вызову притока, что особенно важно на месторождениях с трудноизвлекаемыми запасами (ТРИЗ) и низкопроницаемыми пластами.

Одним из путей повышения эффективности освоения скважин после ГРП является научно обоснованное усовершенствование заключительной стадии ГРП за счет закрепления трещины вблизи ствола скважины и обеспечения качественной очистки фильтровой зоны с целью создания условий реализации проектной продуктивности.

Таким образом, актуальность решения задач разработки комплекса технологий и технических средств для обеспечения устойчивости трещин ГРП и качественной гидродинамической связи «скважина-ПЗП-пласт» не вызывает сомнений, так как позволит повысить эффективность технологии освоения скважин после ГРП, имеющей особое значение для эксплуатации залежей с низкими фильтрационно-емкостными свойствами (ФЕС). Степень разработанности темы исследования

Впервые в практике использование ГРП для повышения производительности скважин предложено советскими учеными Г. И. Баренблаттом, Ю.П. Желтовым и С.А. Христиановичем. Особого успеха в области ГРП добились зарубежные ученые: П. Валько, Р. Олайн, М. Экономидес, М. Хуберт, Д. Уиллис, Д. Кларк и др.

Следует отметить, что проблемы повышения эффективности освоения скважин за счет обеспечения высокой проницаемости прискважинной зоны пласта, в том числе путем ГРП, сокращение сроков освоения скважин рассматривались в работах А.Д. Амирова, А.Р. Ахмадеева, М.Х. Аминева,

A.И. Булатова, В. Р. Возного, М.В. Вороненко, Р.А. Гатина, Ю.А. Гуторова,

B.В. Дмитрука, Н.М. Зингера, Р.Д. Каневской, Л.В. Казакова, Ю.Д. Качмара, П.П. Макаренко, М.М. Нагуманова, А.В. Насыбуллина, В.И. Нифантова, В.Б. Обиднова, В.В. Паникаровского, О.В. Салимова, К.М. Тагирова, Е.Я. Соколова, Г.А. Шлеина, Р.К. Шагалеева, М.М. Шайхутдинова, С.С. Ульянова, В.М. Хафизова, Ю. А. Цепляева, Р.С. Яремийчука, А.К. Ягафарова, и др. Ими обоснована эффективность использования ГРП, представлен опыт проведения промывки скважины после ГРП и рассмотрены технологии очистки забоя в различных условиях, изложены технологические решения по совершенствованию отдельных этапов освоения скважины и ряд технических средств, рекомендованы возможные способы промывки, в том числе для удаления спрессованного пропанта и т.д.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка комплекса технических средств и технологических решений гидравлического разрыва пласта и освоения нефтяных скважин»

Цель работы

Повышение продуктивности скважин путем разработки комплекса технических средств и технологических решений для обеспечения качественной очистки фильтровой зоны скважин при их освоении после ГРП.

Объект исследования - технико-технологические решения для обеспечения качественной очистки фильтровой зоны скважины.

Предмет исследования - процесс освоения скважин после проведения работ по интенсификации притока методом ГРП.

Основные задачи исследования

1. Установить причины ухудшения гидродинамической связи «скважина-ПЗП-пласт» при освоении и эксплуатации скважин после проведения ГРП.

2. Исследовать и разработать технологические решения закрепления трещины расклинивающим материалом в зоне инициации и установкой скважинного саморасширяющегося фильтра со специальными свойствами в интервале пласта.

3. Разработать технологии и технические средства промывки интервала перфорации, гидровибровоздействия и освоения скважин с целью упрочнения пропантной укладки в зоне инициации трещины и повышения гидродинамических характеристик фильтровой зоны скважины.

Методы исследования

Решение поставленных задач выполнено на основе: теоретического обобщения, систематизации и анализа литературного материала и промысловых данных, постановки и проведения экспериментальных исследований по оценке выноса расклинивающих материалов; проведения промысловых испытаний технологии освоения скважин струйными аппаратами.

Научная новизна

1. Установлена целесообразность комплексной реализации работ ГРП и освоения скважины как взаимосвязанной единой технологической операции, направленной на долговременное повышение продуктивности скважин.

2. Обоснована необходимость использования в качестве закрепителя пропанта в трещине пласта специальных гранул и саморасширяющегося фильтра из материала «нитинол», с учетом состава сплава металлов для определенных скважинных условий.

3. Разработана технология освоения скважин управляемыми циклическими депрессиями и репрессиями, которая позволяет проводить работы с помощью струйного насоса и гидравлического вибратора.

Практическая значимость работы

1. Использование расклинивающего, проволочного материала из сплава с памятью формы «нитинол», который на завершающей стадии крепления трещины, в отличие от песка, алюмосиликатных и керамических пропантов, позволяет уплотнить пропантную набивку трещины и снизить вынос пропанта из трещины гидроразрыва пласта в скважину (патенты РФ №№ 2719874, 2703572).

2. Применение разработанного скважинного саморасширяющегося фильтра позволяет снизить вынос пропанта из трещины в ствол скважины и обеспечивает нормализацию забоя скважины без дополнительных промывок (патент РФ № 2733547).

3. Применение разработанных устройств для декольматации скважин после проведения ГРП позволяет повысить эффективность очистки фильтровой зоны скважины (патент РФ № 2721144) и способствует сохранению проницаемости пачки расклинивающего материала в трещине при промывке перфорационных каналов в импульсном режиме (патент РФ № 2651869).

4. Разработанная технология вибровоздействия и освоения скважины после ГРП позволяет сократить период достижения запланированной

производительности скважин в результате повышения качества гидродинамической связи «скважина-ПЗП-пласт» и создания требуемых величин репрессий и депрессий на пласт при использовании гидравлического золотникового вибратора и струйного насоса.

Положения, выносимые на защиту:

1. Способ снижения выноса пропанта в скважину при освоении после ГРП за счет закрепления трещины в зоне инициации спрессованными гранулами и установки скважинного саморасширяющегося фильтра, изготовленных из материала «нитинол».

2. Технология и технические средства промывки интервала перфорации скважины для решения проблемы закупорки перфорационных каналов неразложившимся гелем ГРП и нормализации забоя скважин.

3. Технология освоения и методика исследования скважин с использованием струйного насоса и гидравлического золотникового вибратора при многократном циклическом воздействии на пласт.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности

Диссертационная работа согласно номенклатуре специальностей соответствует паспорту специальности 25.00.15 «Технология бурения и освоения скважин», а именно пункту 4 - «Тепломассообменные процессы при бурении скважин с целью разработки технологии и технических средств по улучшению коллекторских свойств призабойной зоны пласта, интенсификации притока пластового флюида, предупреждения загрязнения недр, обеспечения охраны окружающей среды».

Апробация результатов

Основные положения диссертационного исследования были представлены на следующих научно-практических конференциях: Международные конференции «Нефть и газ» 2015 - 2019 гг., РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, г. Москва; Одиннадцатая всероссийская конференция «Новые технологии в газовой промышленности» 20 - 23 октября 2015 г., РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, г. Москва; Международные конференции

«Инновационные технологии в нефтегазовой отрасли» 2014-2018 г.г., СКФУ, г. Ставрополь; X, XI конференции молодых специалистов ООО «РН-Ставропольнефтегаз» 2016, 2017 гг., г. Нефтекумск; X, XI региональные научно-технические конференции молодых специалистов ООО «НК «Роснефть»-НТЦ», 2017, 2018 г., г. Краснодар; Международная конференция «Новые технологии - нефтегазовому региону», 15 - 17 мая 2019 г., ТИУ, г. Тюмень; IX Всероссийская конференция с международным участием «Современные проблемы геологии, геофизики и геоэкологии Северного Кавказа», 10 - 12 октября 2019 г., г. Ессентуки; Всероссийская конференция с международным участием «Проблемы геологии, разработки и эксплуатации месторождений и транспорта трудноизвлекаемых запасов углеводородов», 07 - 08 ноября 2019 года, УГТУ, г. Ухта; Международная конференция по достижениям в энергетике и электроэнергетике, 12-14 февраля 2020 г., г. Альметьевск; 15-я Международная конференция по промышленному производству и металлургии 18-19 июня 2020 г., г. Нижний Тагил; Международная конференция по добыче, транспортировке, хранению и переработке углеводородов и материалов 24-25 августа 2020 г., г. Тюмень; Международная научно-практическая конференция «Инновационные технологии в нефтегазовой отрасли. Проблемы устойчивого развития», 01 -02 декабря 2020 года, г. Ставрополь.

Результаты, полученные в диссертационной работе, отмечены дипломами победителя в следующих конкурсах: Конкурс инновационных проектов студентов и аспирантов технических вузов России 2018; Международная конференция «Нефть и газ-2018»; Конкурс «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» (УМНИК Ставрополь 2018 г.); Международный молодежный нефтегазовый форум 2019; Международная акселерационная программа «Новомет-Генератор будущего» 2019; Всероссийский акселератор «Большая разведка» 2019; Конкурс поддержки научной деятельности молодых ученых СКФУ; Молодежная

премия Российского союза научных и инженерных общественных объединений в области науки и техники «Надежда России» 2020 и др.

Публикации

Основные результаты исследования нашли отражение в 35 печатных работах, в т. ч.: 12 статей в рецензируемых научных журналах из перечня ВАК, 12 статей опубликованы в изданиях, индексируемых в базе данных Scopus, получено 7 патентов на изобретения.

Объем и структура работы

Общий объем диссертации составляет 176 страниц машинописного текста, включая 21 таблицу, 76 рисунков, 11 приложений. Список литературы включает 144 источника, в т.ч. 21 источник на иностранном языке.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ОСВОЕНИЯ СКВАЖИН ПОСЛЕ ПРОВЕДЕНИЯ

ГИДРОРАЗРЫВА ПЛАСТА

В связи с ухудшением структуры запасов, увеличением объема нерентабельных активов, повышения объема капитальных и эксплуатационных затрат на добычу нефти и газа требуется применение новых технологических решений [63, с. 58]. Самым эффективным и распространенным способом увеличения добычи нефти из малопроницаемых коллекторов является гидроразрыв пласта (ГРП) [121, с. 32]. С целью проведения успешных ГРП в слабопроницаемых коллекторах

л

(проницаемость ниже 0,01 мкм ) требуется создание трещин в пласте для получения высоких дебитов.

Гидроразрыв пласта становится одним из основных методов интенсификации притока не только в вертикальных, но и в горизонтальных скважинах, где развивается технология многостадийного ГРП [62, с. 48]. Совершенствование технологии проведения ГРП требует новых подходов для освоения скважин после данного метода интенсификации.

1.1. Основные технологические составляющие гидравлического разрыва

пласта

Гидравлический разрыв пласта - мощный метод стимуляции скважин месторождений, находящихся на разных стадиях разработки. В ряде случаев ГРП не только способ очистки призабойной зоны, снижения риска

неоднородности и повышения продуктивности скважин, но и один из главных элементов системы эффективной разработки месторождения, обуславливающий распределение фильтрационных потоков в пласте [40, с. 94]. При проведении ГРП в продуктивный пласт под давлением нагнетается жидкость, которая заполняет образованные в процессе первичного вскрытия пласта микротрещины и раскрывает их, а также создает новые трещины. Таким образом, ГРП используется как процесс создания искусственных и расширения естественных (существующих) трещин (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Трещины, образуемые в породе в ходе проведения ГРП

Одним из основных агентов ГРП является жидкость разрыва (ЖР), которая используется для создания в пласте трещины.

На сегодняшний день в качестве жидкости разрыва применяют линейные или сшитые гели, которые создаются в специальных лабораториях по испытанию жидкостей ГРП. К ЖР предъявляются самые высокие требования, поскольку небольшие отклонения от проектных показателей влияют на песконесущую способность геля. Выбор типа ЖР обусловлен литологическим составом отложений и свойствами углеводородов. Жидкости гидроразрыва имеют состав, представленный на рисунке 1.2. Чтобы после снятия давления трещины не смыкались, в них вводят закрепляющий материал - песок, либо пропант (рисунок 1.3). Разделение песка на фракции осуществляют специальными устройствами [5,9,11,74, 86, 100, 140].

Рисунок 1.2 - Типовой состав жидкости гидроразрыва

Для достижения эффективности ГРП в нефтегазовых компаниях создана система планирования, управления и всестороннего контроля выполнения операции.

1 - песок 2 - пропант

Рисунок 1.3 - Материал, используемый для наполнения трещины при проведении гироразрыва пласта

Эта система связывает различные отделы нефтегазодобывающих управлений (НГДУ) между собой (рисунок 1.4). Проводятся мероприятия по оптимизации и развитию технологий ГРП.

Рисунок 1.4 - Подразделения компаний, обеспечивающие проведение

операции ГРП

В процессе научного сопровождения гидроразрыва пласта существенно расширены спектр, а также число лабораторных и промысловых исследований для планирования ГРП [67, с. 71]. Алгоритм проведения гидроразрыва пласта представлен на рисунке 1.5.

Проведенный анализ гидроразрывов на месторождениях России за последние 20 лет позволил создать алгоритм выбора жидкостей разрыва, в зависимости от температуры пласта. Алгоритм представлен на рисунке 1.6.

Различные технологии ГРП обусловлены особенностями конкретного объекта (пласта) и поставленной цели при выполнении геолого-технических мероприятий (ГТМ) [61, с. 8]. Несмотря на высокую эффективность ГРП, на месторождениях отмечаются определенные проблемы:

- вынос наполнителя трещины в ствол скважины;

- применение традиционных технологий для промывки перфорационных каналов от неразложившегося геля и нормализация забоя имеет ряд существенных недостатков, которые не позволяют быстро и эффективно промывать скважины после ГРП.

- выносимый после ГРП пропант вместе с механическими примесями и неразложившимся гелем ГРП образует на стенках горизонтальных скважин пропантную корку, удалить которую существующими устройствами промывки проблематично.

12.1 объемы жидкости разрыва

Рисунок 1.6 - Алгоритм по выбору жидкостей разрыва в зависимости от

температуры пласта

Герметичность пакеров при проведении гидроразрыва пласта При проведении ГРП для защиты подземного скважинного оборудования от воздействия высоких давлений выше интервала перфорации (ИП) используются пакеры [60, с. 400]. Пакеры устанавливаются бригадой капитального ремонта скважин (КРС) на несколько метров выше ИП. Обычно ниже интервала перфорации пакер не устанавливается, а забой скважины отсыпается пропантом или песком [135, с. 3].

Авторы статьи [35, с. 92] отмечают, что часть проведенных операций ГРП характеризуются низкой эффективностью по причине аварийности проводимых работ. Сюда можно отнести одну из распространенных проблем при проведении ГРП - негерметичность пакера и иногда даже его срыв с места установки вследствие неправильного подбора для ГРП.

В работе [17, с. 167] отмечается, что традиционный гидроразрыв пласта проводится с одно- или двухпакерной компоновкой, спускаемой в интервал ГРП. Данное оборудование обладает определенными недостатками - не исключается вероятность аварийности компоновки.

Иногда применяется технология проведения ГРП по системе заканчивания с установкой пакеров в открытом стволе [99, с. 22]. Технология

требует детального подбора пакерующих элементов для исключения отказа в момент проведения операции.

При проведении ГРП возможно снижение герметизирующих свойств уплотнителей и срыв пакерующего элемента с установленного положения. Данное осложнение связывают с тем, что жидкости ГРП, подающиеся в скважину, имеют высокое давление, которое воспринимает пакер [142, а 5]. Высокое давление потока жидкости отрицательно воздействует на плашечные элементы якорящего узла. Возникновение данного осложнения может привести к аварийной ситуации во время проведения ГРП. Поэтому эффективная защита скважины от высокого давления гидроразрыва напрямую зависит от надежной фиксации якоря [17, с. 176].

Одним из главных условий, определяющих успешность проведения процесса ГРП, является надежность работы пакеров для обеспечения целостности лифтовой колонны. Основными элементами конструкции пакеров являются якорь и уплотнительные элементы [18, с. 25]. Для эффективной защиты затрубной полости скважины необходимо создание напряжений на стенке труб эксплуатационной колонны выше, чем давление потока жидкостей ГРП.

Наиболее часто встречаются следующие методы посадки пакеров:

- механический способ посадки, осуществляется передачей крутящего момента на посадочный и якорящий узлы;

- способ передачи веса НКТ на уплотнительный элемент;

- гидравлическая посадка с использованием гидроцилиндра и созданием осевого усилия, возникающего от высокого давления потока;

- применение седла с шаровым клапаном для перекрытия осевого канала пакера;

- сочетание двух методов посадки.

В работе [17, с. 179] структурированы факторы, которые влияют на качество работы уплотнительных элементов пакеров, используемых для

осуществления ГРП, также выполнено исследование методов защиты пакеров от гидравлического удара.

Влияние напряжений пласта при проведении гидравлического разрыва пласта на проницаемость пропантной пачки [141, с. 5]

При проведении ГРП в пласте возникают напряжения, которые влияют на проводимость и проницаемость пропантной пачки [101, с. 105]. Если на пласт действует эффективное напряжение, то зависимость между проводимостью трещины и ее шириной прямо пропорциональная:

Су = куШу (1.1)

где Су -проводимость трещины, мкм2*мм; kf - проницаемость пропантной пачки; ^ - ширина созданной трещины, мм.

В работе [56, с. 50] отмечается, что зная распределение напряжений в породе при проведении ГРП можно регулировать направление трещины.

Азимут трещины имеет зависимость от напряжений и деформаций в продуктивном пласте [44, с. 83]. Инициация трещины происходит перпендикулярно развитию минимального основного напряжения [78, с. 1].

В работе [54, с. 70] выполнен анализ сдвиговой тектоники Западной Сибири, доказывающей образование уплотненных и разуплотненных участков в зоне формирования клина сжатия и растяжения. Это приводит к образованию реверсивного типа разлома.

Проведение детальных исследований влияния напряженного состояния на параметры трещин ГРП дает возможность прогнозировать эффективность ГРП, в том числе в горизонтальных скважинах, прогнозировать направление трещины гидроразрыва пласта [32, а 47].

Многие исследователи работают над изучением влияния внутрипластовых напряжений, возникающих в пласте при проведении ГРП [136, а 3]. На рисунке 1.7 схематично изображены внутрипластовые напряжения, оказывающие влияние на продуктивную толщу.

При > агор.макс. > агор.мин. трещина распространяется в

вертикальном направлении (рисунок 1.7 а). При условии авер < агор,, трещина образуется в горизонтальном направлении.

При формировании вертикальных трещин в скважине с горизонтальным окончанием, минимальные напряжения определяются из выражения Пратса [117, с. 55]:

'гор.мин.

= (авер - ЯРр) + аРр + аех

(1.2)

где д - коэффициент Пуассона; а = 0,5 — 1 - коэффициент Биота; рр -пластовое давление; аех - дополнительные напряжения, вызванные тектонической активностью; авер - вертикальное напряжение вышележащих пород, агор.макс., агор.мин. - максимальное и минимальное напряжения по вертикали.

а б

Рисунок 1.7 - Напряжения, действующие на элемент пласта

В статье [103, с. 63] выполнены исследования влияние сжимающей нагрузки на продуктивную толщу в призабойной зоне при эксплуатации скважины после ГРП, т.е. в момент отбора из пласта. В источнике [53, с. 50] рассматривается воздействие растягивающей нагрузки при осуществлении ГРП на целостность продуктивного пласта. Исследование выполнено на основе выражений, описанных в работе [97, с. 27].

Растяжение породы под воздействием избыточных нагрузок, создаваемое «мускулами ГРП» - силовыми насосами, способствует разрушению горных пород при движении флюида из трещины в направление ИП. В призабойной зоне пласта происходит неодномерная деформация продуктивной толщи, которая зависит от особенности перераспределения давления в воронке репрессии, соотношения упругих свойств породы, мощности продуктивной толщи [31, с. 37]. Рассчитать напряженно-деформированное состояние горных пород в ПЗС, связанное с воздействием воронки репрессии, возможно численными методами, приведенными в статье [103, с. 64]. В работе [97, с. 24] отмечается, что изменение техногенных деформационных свойств в пласте происходит под влиянием:

1) размерности залежей углеводородов и их форма;

2) свойства коллекторов и соседних пластов;

3) активности окружающей водоносной системы;

4) амплитуды снижения давления в пласте.

Как отмечено в работе [31, с. 37], снижение начального пластового давления в продуктивных толщах приводит к росту эффективного напряжения, под воздействием которого деформируются (сжимаются) породы отдающих пластов и опускается пачка породы выше продуктивного пласта. При осуществлении операции ГРП возникает повышенная репрессия, продуктивная толща подвергается деформации (сдвигу). Так как порода обладает прочностными свойствами, зависимыми от литологии и глубины залежи, деформация продуктивных залежей и опускание пород над коллектором происходит, если радиус области возмущения достигает критического значения.

1.2. Кольматация призабойной зоны пласта и ее влияние на эксплуатационные характеристики скважины

В работе [118, с. 26] отмечается, что при проведении ГРП наблюдается серьезный механизм кольматации бортов трещины, перфоканалов и стенок скважины, что значительно осложняет вызов притока из пласта после ГРП. Проведены исследования для изучения механизма кольматации. Авторы установили, что вблизи стенки трещины создается протяженная зона кольматации, которая влияет на эффективность ГРП [119, с. 40]. В статье [108, с. 38] отмечается серьезная проблема - снижение продуктивности скважины после ГРП в результате закупорки перфоканалов продуктами разложения геля.

После выполнения операции разрыва необходимо осуществить вымывание оставшегося геля из ствола скважины и выполнить освоение [115, с. 68]. Для осуществления качественного освоения скважины необходимо оборудование, удовлетворяющее требованиям, приведенным в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Оборудование для промывки скважины [22, а 85]

№ Наименование Спецификация Кол-во

Насосное оборудование

1 Насосная установка типа TWIN/TRIPLEX P—68 МПа Смаке >0,400 м3/мин 1

Азотное оборудование

1 Азотный конвертер Смаке >20 ст. м /мин, Р>68 МПа, емкость 11 тонн 1

2 Емкость для жидкого азота V>12 тонн 1

Емкостное оборудование

1 Емкость VMaKc—40 м3, 4 секционная 1

2 Манифольд Р=68 МПа 1

Продолжение таблицы 1.1.

Оборудование ГНКТ

1 Колонна ГНКТ Р=69 МПа Dнар>38,1 , L>4500 м 1

2 Установка ГНКТ 1

3 КНК (фрезерование) 71 мм 1

4 КНК (промывка) 38,1 мм/ 54 мм 1

Устьевое оборудование

1 Инжекторная головка с направляющей аркой Макс. усилие на подъем > 20 тонн, макс. усилие на спуск > 10 тонн 1

2 Герметизатор кольцевой универсальный (Side Door Stripper) Р=68 МПа, Dвн=63,5 мм 1

3 Лубрикатор Р>68,9 МПа, Dвн=77,7 мм; соединение вертикальное; соединение низ - резьбовое, втулка, Н=2438 мм. 3

4 Гидравлический превентор Р>68 МПа 1

5 Крестовина циркуляционная устьевая Р>68 МПа 1

6 Комбинированный превентор Р>68 МПа 1

Существуют определенные критерии качества проведенных работ по нормализации забоя и освоения скважины гибкими насосно-компрессорными трубами - успешно достигнутый после гидроразрыва пласта забой, который подтверждается спуском ГНКТ. К второстепенным критериям оценки качества освоения скважины относится время и объем использованных химических реагентов [12, а 1].

Зачастую после проведения ГРП на этапе освоения скважины пропант вымывается из интервала перфорации в несколько этапов. Нормализуют забой гибкой трубой (ГТ) размерами 38,1/44,5 мм, нижнюю часть колонны оснащают гидромониторным наконечником с диаметром 38,1/54 мм. После окончания промывки интервала перфорации специальная насадка

демонтируется. При проведении ГРП происходит неполноценный процесс деструкции геля, используемого для доставки пропанта в трещину. Это приводит к низкой способности открытого порового пространства породы к очищению ввиду неудовлетворительного разрушения геля [92, с. 1]. Фильтрационная (кольматационная) корка недостаточно качественно подвергается разрушению, тем самым препятствует движению пластового флюида на поверхность из продуктивного пласта. Продвижению пластовых флюидов будут препятствовать остатки деструктурированного геля, накапливающегося в перфоканалах и на стенках скважины [42, с. 53].

Сравнительно недавно сервисные компании разработали новые жидкости высокой вязкости для ГРП без образования осадка геля [133, с. 16]. Однако такие жидкости применяются редко, потому что характеризуются высокой стоимостью [134, с. 1725].

1.3. Фактор выноса пропанта из трещины в скважину на этапе освоения

после гидроразрыва пласта

После осуществления разрыва пласта и появления системы трещин, в которые закачали расклинивающий агент для удержания трещины в раскрытом состоянии на протяжении всего периода работы скважины после снятия избыточного давления, необходимо контролировать самопроизвольный выход наполнителя трещины из продуктивной зоны в ИП. С целью снижения количества выносимого пропанта по каждой скважине, оптимизируют дизайн ГРП [65, с. 69].

Авторы статьи [125, с. 344] отмечают, что наполнитель трещины частично разрушается при закачке. Разрушенный пропант выносится из

пласта в ИП не только при освоении, но и при эксплуатации скважины [126, с. 506]. Одной из причин выноса пропанта из трещины в скважину является разрушение частиц наполнителя при вдавливании его в трещину, неравномерное распределение частиц в трещине [39, с. 35]. Существуют несколько успешных и распространенных способов, которые позволяют снизить количество выносимого пропанта: ускоренное закрытие трещины гидроразрыва пласта [127, с. 24]; направленная перфорация продуктивного пласта [128, с. 21]; использование RCP-пропантов [124, с. 8]; использование пропантов цилиндрической формы [131, с. 663].

Автор статьи [36, с. 108] указывает на то, что в трещине, набитой пропантом, наблюдается повышенные проницаемость и скорость движения жидкости. Таким образом, проявляются инерционные силы. Еще одна особенность в продуктивном пласте заключается в том, что крылья созданной трещины менее задействованы в разработке продуктивной зоны, поэтому пропант выносится из центральной части трещины.

В работе [37, с. 48] отмечено, что на девонских пластах Волго-Уральского бассейна за последние годы также наблюдается проблема выноса пропанта из трещины в скважину. Причина этого заключается в понижении давления в пласте и увеличении многофазности потока в трещине. Эти явления увеличивают скорость жидкости в трещине и силу трения потока. Зачастую повышенная сила трения потока выталкивает пропант из трещины во время добычи.

В источнике литературы [58, с. 6] отмечается, что первые гидроразрывы туронского пласта Северо-Харампуровского месторождения оставили ряд нерешенных вопросов, основным из которых является проблема выноса пропанта.

После нормализации забоя возникает проблема неупакованного наполнителя трещины. Это нежелательное явление приводит к заполнению ствола скважины пропантом [115, с. 67].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Верисокин Александр Евгеньевич, 2022 год

- 271 с.

114. Фахретдинов Р. Н. Результаты применения гидроразрыва пласта для разработки южной лицензионной территории Приобского нефтяного месторождения / Р. Н. Фахретдинов, А. В. Бровчук // Нефтяное хозяйство. -2007. - № 3. - С. 44-47.

115. Хабибулов, К. Р. Анализ и особенности технологии промывки, фрезерования и освоения установкой ГНКТ в горизонтальных скважинах

после селективного ГРП по технологии Zoneselect / К. Р. Хабибулов // Наука и ТЭК. - 2011. - № 3. - С. 67-70.

116. Хейз, С. Грамотный подход к перфорационным работам / С. Хейз // Новатор/Innovator. - 2006. - Сентябрь-октябрь (№ 12). - С. 21-25.

117. Чертенков, М. В. Опыт построения геомеханической модели для прогноза направления распространения трещины гидроразрыва пласта в условиях Урьевского месторождения / М. В. Чертенков, Д. А. Метт // Нефтяное хозяйство. - 2015. - № 6. - С. 55-57.

118. Шакурова, А. Ф. Анализ комплекса факторов, оказывающих влияние на эффективность гидравлического разрыва пласта на месторождениях ОАО «Татнефть» / А. Шакурова, А. Ф. Шакурова // Нефтепромысловое дело. - 2014. - № 8. - С. 24-28.

119. Шакурова, А. Ф. Влияние качества цементирования заколонного пространства на эффективность ГРП / А. Ф. Шакурова // Нефтепромысловое дело. - 2009. - № 11. - С. 40-42.

120. Шибанов, И. О. Применение гидравлического разрыва пласта на разных стадиях разработки для рационального использования запасов нефти на месторождениях ПАО «Белкамнефть» / И. О. Шибанов, С. Ю. Борхович, А. Л. Натаров // Нефтепромысловое дело. - 2016. - № 2. - С. 30-33.

121. Шипилов, А. И. Исследование свойств технологической жидкости для гидроразрыва пласта на основе вязкоупругих ПАВ / А. И. Шипилов, Н. В. Бабкина, И. А. Меньшиков // Нефтяное хозяйство. - 2018. -№ 3. - С. 30-33.

122. Экспериментальные исследования по закреплению проппанта в трещинах ГРП / Серг. С. Демичев, О.Г. Отрадных, Сем. С. Демичев и др. / Бурение и нефть. - 2008. - № 12. - С. 23-25.

123. Ягафаров, А. К. Гидродинамические исследования малодебитных нефтяных скважин / А.К. Ягафаров, В.К. Федорцов, А.П. Телков, и др. -Тюмень : Вектор Бук, 2006 - 349 с.

124. Andrews, J. S. Rock Mechanical Principles Help to Predict Proppant Flowback From Hydraulic Fractures / J. S. Andrews, H. Kjorholt // Society of Petroleum Engineers (SPE). - 1998. - July. - P. 8-10.

125. Application of Curable Resin- Coated Proppant / L. R. Norman, J. M. Terracina, M. A. McCabe, P. D. Nguyen // Society of Petroleum Engineers (SPE).

- 1992. - Vol. 7. - P. 343-349.

126. Economides, M. J. Reservoir stimulation / M. J. Economides, K. G. Nolte. - Schlumberger, 2000. - 856 p.

127. Ely, J. W. New techniques and quality Control Find Success in Enhancing productivity and Minimizing Proppant Flowback / J. W. Ely, W. T. Arnold III, S. A. Holditc // Society of Petroleum Engineers (SPE). -1990. -September. - P. 23-26.

128. Experimental Study on Additives Systems Used for Proppant Flowback Flowback Control in a Hydraulic Fracturing Treatment / M. H. Alqam, H. H. Abass, M. R. Khan, E. T. Caliboso // Society of Petroleum Engineers (SPE).

- 2006. - May. - P. 21-23.

129. Producing Natural Gas from coal / J. Anderson, M. Simpson, P. Bosinski [et al.] // Oilfield Review. - 2003. - № 15. - P. 8-31.

130. Reducing Produced Water Volumes from Coal Bed Natural Gas in the Powder River Basin. ALL // A guide to Practical Management of Produced Water from Onshore Oil and Gas Operations in the United States. - Oklahoma Sity : Interstate Oil and Gas Compact Commission and ALL Consulting, 2006. - 316 p.

131. Rod-shaped of proppant provides proppant flowback control in the Egyptian eastern desert / J. Edelman, K. Maghrabia, M. Semary et al. // Society of Petroleum Engineers (SPE). - Oman, 2013. - P. 659-665.

132. Verisokin, A.E. Development of Technological Complex for Removing Gel and Proppant from Well Bore / A.E. Verisokin, T.A. Gunkina, S.A. Kutovoy, I.O. Datsyuk // VIII All Russian Science and Technology Conference «Contemporary Issues of Geology, Geophysics and Geoecology of the North Caucasus»: International. - Kislovodsk, 2018. - volume 182 - P. 301-304.

133. Verisokin, Alexander E. Research of the Inhibitory Capacity of the Polymer Salt Drilling Fluids Based on Xanthan Gum / Alexander E. Verisokin // Egyptian Journal of Chemistry. - 2019. - Special Issue. - P. 15 - 22.

134. Verisokin, Alexander. Causes of reservoir filtration properties deterioration and restoration methods in the process of drilling and well completion / Alexander Verisokin, Alexander Nazarenko // Journal of Advanced Research in Dynamical and Control Systems. - 2019. - Volume 11 Special Issue. - P. 17241731.

135. Verisokin, A. E. Packer design research used in hydraulic fracturing / A. E. Verisokin, V. A. Vasil'yev, T. A. Gun'kina // International Conference on Innovations and Prospects of Development of Mining Machinery and Electrical Engineering: International. - Saint-Petersburg, 2019. - 378. - P. 1-9.

136. Verisokin, A. E. On rock deformation during hydraulic fracturing in horizontal wells / A.E. Verisokin, V.T. Luk'yanov, A. S. Kutovoy, T.A. Gun'kina // International Conference on Innovations and Prospects of Development of Mining Machinery and Electrical Engineering: International. - Saint-Petersburg, 2019. -378. - P. 1-4.

137. Verisokin, A. E. Simulation of proppant flowback from hydraulic fractures / A E Verisokin, D Yu Serdyukov, V A Vasil'yev, T A Gun'kina and R E Shesterikova // The International Conference on Advances in Energy Industry and Power Generation: International. - Almetyevsk, 2020. - 860. - P. 1-8.

138. Verisokin, A. E. Technology for carrying out hydraulic fracturing using a new material 'nitinol' / A E Verisokin, A P Yanukyan, D Yu Serdyukov and L G Zhulina // 15th International Conference on Industrial Manufacturing and Metallurgy: International. - Nizhny Tagil, 2020. - 966. - P. 15.

139. Verisokin, A. E. Reduction of well stimulation period after hydraulic fracturing /A E Verisokin, T A Gun'kina, V A Vasil'yev, A I Shchekin and D Yu Serdyukov // International Conference on Extraction, Transport, Storage and

Processing of Hydrocarbons & Materials. International. - Tyumen, 2020. - 952. -P. 1-7.

140. Verisokin, A. E. Development of a hydraulic classifier used to obtain various sand fractions / A E Verisokin, A P Yanukyan and P M Sorokin // International Conference on Extraction, Transport, Storage and Processing of Hydrocarbons & Materials. International. - Tyumen, 2020. - 952. - P. 1-4.

141. Verisokin, A. E. Research deformation caused by hydraulic fracturing / A. E. Verisokin, A. A. Airapetova, L. G. Zhulina, A. V. Nazarenko and V. A. Tkachenko // International Conference on Extraction, Transport, Storage and Processing of Hydrocarbons & Materials: International. - Tyumen, 2020. - 952. -P. 1-5.

142. Verisokin, A. E. Device for removing proppant deposits formed in wells after hydraulic fracturing / A. E. Verisokin, V. T. Luk'yanov, A. S. Kutovoy, I. O. Datsyuk and D. A. Markov // International Conference on Advances in Management, Business and Technology: International. - Stavropol, 2021. - 745.

- P. 1-7.

143. Verisokin, A. E. Investigation of methods for setting packers used for hydraulic fracturing / A. E. Verisokin, A. S. Kutovoy, A. V. Handzel, I. O. Datsyuk and A. V. Markov // International Conference on Advances in Management, Business and Technology: International. - Stavropol, 2021. - 745.

- P. 1-6.

144. Verisokin, A. E. Combined technological solutions to increase inflow in oil wells of offshore fields / A E Verisokin, G A Shlein, Yu K Dimitriadi // 1 st International Conference on "Marine Geology and Engineering: International. -Novorossiysk, 2021. - 872. - P. 1-10.

газового пласта»

декольматации скважин

получения гранул пропанта

декольматации скважин

фильтр

Приложение Ж. Патент 2733547 Российская Федерация. Гидромеханический ударник

МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

(МИНЭНЕРГО РОССИИ)

ЗАМЕСТИТЕЛЬ МИНИСТРА

ул. Щепкина, д. 42, стр. 1, стр. 2, г.Москва, ГСП-6, 107996 Телефон [phone], факс [phone] E-mail: minenergo(ff>minenergo.gov.ru http://www.minenergo.gov.ru

9-15 июля 2019 года состоялся I Международный нефтегазовый молодежный форум. В Форуме приняли участие 250 молодых представителей нефтегазовой отрасли России и стран зарубежья, предварительно прошедшие отбор путем тестирования и видеопрезентации.

Перед участниками Форума были поставлены практические задачи, представляющие для корпоративного сектора нефтегазовой отрасли актуальные вызовы современной экономики.

В успешном решении бизнес задачи «Рациональное недропользование в условиях зрелых месторождений» Министерство энергетики Российской Федерации отметило высокий уровень профессиональных компетенций Верисокина Александра Евгениевича и считает его достойным дальнейшего профессионального роста в отрасли.

На №

от

П.Ю. Сорокин

Арифулина Г.М. [phone]

исследования

20.01.2021 г

I .Хан 1ы-Мннгнйск

СПРАВКА

о внедрении результатов диссертационной работы Верисокина А. Е «Ршрабогка комплекса технических средс1в и технологических решений гидравлического рафыва пласта и освоении нефтяных

Настоящей справкой подтверждается, что результаты диссертационной работы Верисокина Александра Евгеньевича по теме «Разработка комплекса технических средств и технологических решений гидравлического разрыва пласта и освоения нефтяных скважин», а точнее разработанные и запатентованные устройства для промывки и освоения скважин, защищенные патентами РФ (№№ 2651869, 2643882), используются в рабочем процессе ООО ДОК.

Разработки Верисокина Александра Евгеньевича в области освоения скважин после гидроразрыва пласта рекомендуются нами к применению на нефтяных месторождениях.

скважин»

Генеральный директор ООО «ДОК»

исследования

исследования

21.06.2021

Ставропольский край, город Ставрополь 355047. Тел.: [phone] ИНН/КПП 2635226910/263501001 ОГРН 1172651007055 Р/счет 40702810500980031064 Банк: Филиал «Северо-Кавказский» Банка ВТБ г. СТАВРОПОЛЬ, ул. Ленина, д. 219. БИК 040702802 И!111 7702070139 КПП 263443001 ОКОНХ 96120 ОКПО 00032520

ООО «СКФУ-ГЕОФИЗИКА»

СПРАВКА

о включении результатов диссертационного исследования Верисокина Александра Евгеньевича

по теме: «Разработка комплекса технических средств и технологических решений гидравлического разрыва пласта и освоения нефтяных скважин» в рабочий процесс ООО " СКФУ-ГЕОФИЗИКА "

Настоящей справкой подтверждаем, что результаты диссертационного исследования Верисокина Александра Евгеньевича по теме «Разработка комплекса технических средств и технологических решений гидравлического разрыва пласта и освоения нефтяных скважин», а точнее разработанные в ходе диссертационного исследования рекомендации по освоению и исследованию скважин в зависимости от характера притока включены в рабочий процесс ООО "СКФУ-ГЕОФИЗИКА", специализирующегося на геофизических исследованиях скважин.

Разработки Верисокина Александра Евгеньевича в области освоения и исследования скважин после проведения гидроразрыва пласта рекомендуются нами к применению на месторождениях Северного Кавказа.