Гидравлический разрыв пласта как рекомендуемый метод ПНП на Южно-Ягунском месторождении. Механизм ГРП. Технологические схемы ГРП

3 Технологическая часть

3.1 Гидравлический разрыв пласта как рекомендуемый метод ПНП на Южно-Ягунском месторождении

Сущность гидравлического разрыва пласта (ГРП) состоит в том, что посредством закачки жидкости при высоком давлении происходит раскрытие естественных или образование искусственных трещин в продуктивном пласте и при  дальнейшей  закачке  песчано-жидкостной  смеси  или  кислотного  раствора расклинивание образованных трещин с сохранением их высокой пропускной способности после окончания процесса и снятия избыточного давления. О раскрытии естественных или образовании искусственных трещин в пласте судят по графикам изменения расхода и давления при осуществлении процесса. Образование искусственных трещин на графике характеризуется падением давления при постоянном темпе закачки (рис.3.1), а при раскрытии естественных трещин расход жидкости растет непропорционально росту давления (рис.3.2).

 

Рисунок 3.1 – График изменения расхода и давления при ГРП с образованием искусственных трещин

 

Рисунок 3.2 – График изменения расхода и давления при ГРП с раскрытием естественных трещин

Закачкой 5-50 м³ жидкости разрыва при темпе нагнетания не менее             2 м³/мин достигается развитие образованных или раскрытых трещин. В качестве жидкости разрыва для водонагнетательных скважин используют закачиваемую воду, раствор сульфит-спиртовой барды (ССБ) или воду с ПАВ и воду, загущенную полимерами, а также нефтедобывающих – нефть, эмульсию или специальные жидкости для ГРП пласта [6].

В России промышленное внедрение ГРП пласта начато в 1954 году. Этим методом ежегодно обрабатывается от тысячи пяти ста до двух тысяч пяти ста скважин. Область применения ГРП постоянно расширяется. Этот метод используется для интенсификации добычи нефти и газа, добычи битумов, утилизации промышленных стоков, дегазации угля, выработки геотермической энергии, а также при добыче полезных ископаемых методами вымывания и выщелачивания пластов.

3.2 Механизм ГРП

Механизм   ГРП   исследован   экспериментально  и  аналитически,  причем

экспериментальные исследования его выполнялись как в лабораторных, так и в производственных условиях.

Лабораторные исследования механизма ГРП проводились на образцах горных пород или их искусственных моделях. Образец – это цилиндр диаметром 5,5 см, внутри которого высверлено отверстие диаметром 0,5 см; прочность образца на растяжение составляет 0,14 - 3,55 МПа, предел сдвига 2,82 -           21,0 МПа.

Опыты разрыва искусственных и естественных образцов показали:

- давление разрыва образцов почти во всех случаях больше этого показателя, вычисленного по любой теории прочности, что можно объяснить образованием пластической зоны вокруг отверстия образца;

- чем больше проникновение жидкости в образец, тем меньше давление разрыва, т.е. проникновение жидкости в образец увеличивает суммарное разрушающее усилие, действующее в вертикальном направлении.

Следует отметить, что результаты опытов, проводимых в такой постановке, можно использовать лишь для оценки влияния прочностных свойств горных пород на давление разрыва.

Решению сложного комплекса вопросов механизма и эффективности ГРП в значительной степени способствует непосредственное визуальное изучение морфологии трещин гидроразрыва в подземных горных выработках. Такое изучение позволяет понять сущность явлений, происходящих при ГРП, и выяснить их качественную и количественную стороны.

Современное представление о механизме ГРП основывается на следующих положениях.

- при нагнетании жидкости (воды, нефти и других) в скважину насосными агрегатами она будет фильтроваться в пласт и создавать в нем избыточное давление. Величина избыточного давления определяется темпом закачки жидкости, ее вязкости и проницаемостью пород пласта. В пласте давление передается на грунтовой скелет и стремится разорвать его. Образование  или  раскрытие  трещин  происходит  тогда,  когда давление внутри

скелета пласта окажется больше внешнего давления, сжимающего этот скелет.

- в общем случае полное горное давление определяется как произведение среднего удельного веса пород на глубину залегания пласта. Горизонтальная или боковая составляющая горного давления пропорциональна вертикальной и может равняться ей или быть несколько меньше.

Давление, сжимающее скелет пласта в вертикальном направлении, равно местному горному давлению. Соответственно для образования горизонтальных трещин необходимо создать давление в пласте несколько большее вертикальной составляющей горного давления. В горизонтальном направлении пласт сжат боковой составляющей горного давления. В этом случае для образования трещин в  вертикальной  плоскости  необходимо,  чтобы  давление  в  скелете превышало

боковую составляющую.