Содержание
1. Введение 3
2. Математические модели гидроразрыва пласта 10
2.1. Одномерные модели 13
2.2. Модель Христиановича-Гирстма-де Клерка (KGD) 16
2.3. Модель Перкинса-Керна-Нордгрена (PKN) 22
2.4. Гибридная модель PKN—KGD с закачкой жидкости ГРП и
загрязнением проппанта 30
3. Интегральная модель расчёта объёма суспензионного состава для
блокирования трещины автоГРП 33
4. Модель Слихтера для гексагональной упаковки 41
5. Выводы 47
Список литературы 48
Для поддержания пластового давления активно используется технология заводнения. В процессе закачки воды в пласт через нагнетательные скважины давление может превысить давление разрыва породы, что приведёт к образованию трещины автогидроразрыва пласта (автоГРП). Такое явление наблюдается на многих месторождениях.
Заводнение (процесс закачки воды в пласт для вытеснения нефти) малопроницаемых коллекторов (пористых пород, способных пропускать флюиды) с высоким пластовым давлением часто сопровождается образованием искусственных трещин или саморазрушением (авторазрыв) [1, 2], что может привести к преждевременному повышению объёмной доли воды в продукции [3]. Поскольку этот процесс является неконтролируемым, обычно проводят специальные исследования для определения напряжения или градиента напряжения, при котором раскрываются трещины [4, 5]. Такие исследования позволяют ограничить давление закачки и предотвратить возникновение трещин автоГРП. Полный анализ таких процессов сопровождается геомеханическим изучением образования трещин гидроразрыва пласта или автоГРП [6, 7]. Такой подход позволяет детально моделировать образование и развитие трещин автоГРП. Использование геомеханического моделирования позволяет определять параметры скважин без образования высокопроницаемых каналов, являющихся трещинами автоГРП.
Однако в некоторых случаях нецеленаправленные образования трещин все же случаются. Примером может служить месторождение Дакин, в 12% нагнетательных скважин в процессе эксплуатации наблюдается значительное снижение нагнетания (дебита воды) [8], для компенсации этого снижения необходимо повышение забойного давления нагнетательных скважин (давление в нижней части скважины, входящей в пласт). При давлении закачки, отличающемся от гидравлического давления образования трещины
на 1-2 МПа, начинается массовое образование трещин автоГРП. Развитие этих трещин длится около 3 месяцев. Еще одним примером образования большого количества трещин автоГРП является Приобское месторождение. Высокое пластовое давление и малая закачка воды обусловлены низкой относительной фазовой проницаемости воды при остаточной нефтенасыщенности k(Sor) (способность воды течь в пласте при наличии других фаз при доле нефти в поровом пространстве, соответствующей отсутствию притока нефти в скважины), для компенсации закачки воды приходится поддерживать забойное давление выше давления открытия трещины [9]. Специальная диагностика нагнетательных скважин показывает наличие разрыва на индикаторной диаграмме [10], гидропрослушивание скважин и индикаторные исследования показывают рост трещин [11-13]. Часто размер этих трещин достигает длины километра. Пример моделирования развития таких трещин описан в [13]. Гидродинамические расчеты притока позволили выявить зоны аномально высокого пластового давления и ввести ограничения на закачку нагнетательных скважин во избежание возникновения трещин автоГРП [14]. Однако в этом случае ограничение нагнетания скважины приводит к значительному ограничению притока воды и снижению компенсации добычи за счет откачки воды. Бурение скважин в зонах аномальных давлений также сопровождается появлением искусственных трещин и аварийных ситуаций [15]. Если размеры трещин автоГРП вблизи нагнетательных скважин невелики, то наблюдается только увеличение нагнетания, но сближение этих трещин с добывающими скважинами приводит к раннему прорыву в них воды [16, 17] по высокопроницаемым каналам связи между нагнетательными и добывающими скважинами. Ограничение притока воды в нагнетательной скважине может привести к частичному или полному закрытию трещин, но не является надежным для снижения проводимости построенных трещин [18].
С другой стороны, для ограничения попадания воды по высокопроницаемому каналу при автоГРП вводят гелеобразующие или полимерно-дисперсионные композиции [19]. Обычным полимером для этого 4
является гидролизованный полиакриламид. Экспериментальные
исследования керновых материалов показывают, что в результате нагнетания гелеобразующих композиций эффективный размер трещины автоГРП за счет расположения частиц геля ограничивается полным закрытием трещины [19], а при наличии несколько трещин в пласте, реакция в основном происходит в более проницаемой трещине, проходит, после чего трещина остается менее проницаемой. Трещины практически закрываются. Использование гидродинамических моделей для прогнозирования этих процессов невозможно из-за очень разных масштабов процессов в трещине, вблизи нее и в межскважинном пространстве.....
Проведён обзор литературы, выявивший проблему прорыва воды в зону дренирования добывающих скважин по трещине автоГРП.
Предложен интегральный подход для определения времени блокирования трещины автоГРП при различных конфигурациях расположения дисперсных частиц в трещине.
Введён критерий эффективности блокирования трещины автоГРП, показывающий, что блокирование трещины является эффективным в случае, если скорость потока по трещине не превосходит скорость оттока несущей фазы через боковую поверхность.
Определен требуемый объем реагента для полного заполнения трещины автоГРП.
