книги из ГПНТБ / Соломатин Г.Г. Гидравлический разрыв пласта (опыт нефтяников Туркмении)

Г. Г. СОЛОМАТИН

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ

РАЗРЫВ

ПЛАСТА

(Опыт нефтяников Туркмении)

ТУРКМЕНСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО А ш х а б а д - 1 9 6 4

В В Е Д Е Н И Е

Добыча нефти в СССР в текущем семилетии должна возрасти более чем в 2 раза и достигнуть 240 млн. тонн в год. Чтобы обеспечить выполнение намеченного пла­ на, помимо освоения новых месторождений, нефтяник и изыскивают и осуществляют различные методы воздей­ ствия иа пласты старых месторождений, с целью до­ биться более полного и быстрого извлечения нефти.

Нефть и газ содержатся в порах пород и продви­ гаются из пластов в скважину по очень мелким поровым каналам или микротрещинам. При движении неф­ ти из пласта в скважину возникают большие сопротив­ ления, особенно вблизи самой скважины. Чтобы умень­ шить эти сопротивления и получить больше нефти из скважины, необходимо расширить поровые каналы или создать искусственные трещины в пласте. Для повы­ шения пропускной способности пород вблизи скважи­ ны или, как говорят, для повышения проницаемости пород призабойной зоны, применяют различные меро­

<■

вают его. В результате взрыва в породе создаются трещины, которые распространяются вглубь по пла­ сту. Трещины приобщают большое количество поровых

получили смеси соляной и плавиковой кислот) послед­ ние воздействуют на карбонатный и селикатный мате­ риалы породы и переводят их из твердого состояния в жидкие компоненты, которые в последующем извлека­ ются из скважины. За счет растворения породы увели­ чиваются размеры поровых каналов и, соответственно, увеличивается приток нефти из пласта в скважину. Кислотные обработки оказываются более эффективны­ ми в пластах, содержащих большое количество карбо­ натных (известковых) материалов, которые хорошо растворяются в соляной кислоте.

3. Промывка забоя горячей нефтью и подогрев за­ боя (электроподогрев, обогрев горячими газами или паром, нагрев горячей водой). Если первые два меро­ приятия позволяют создавать новые трещины или расши­ рять поровые каналы в пластах, то методы подогрева забоя позволяют очищать имевшиеся каналы от раз­ личного рода загрязнений. Необходимо учесть, что движение нефти по пласту происходит за счет разно­ сти (перепада) давления между скважиной и пластом. Снижение давления на забое скважины приводит так­

газ, а также различные тяжелые компоненты (смолы, церезины, парафины). Тяжелые компоненты нефти мо­ гут отлагаться в поровых каналах, особенно в прнза-

4

чем больше будет снижено давление на забое скважи­ ны, чем больше будет содержаться тяжелых компонен­ тов в самой нефти и при длительной эксплуатации сква­ жины. При нагревании призабойной зоны смолы, пара­ фины и. др. компоненты станут более подвижными и в последующем удаляются из пласта вместе с нефтью. Методы обогрева забоя оказываются эффективными по месторождениям, в которых нефти содержат боль­ шое количество' смол и парафинов, пласты имеют низ­ кие температуры, а скважины эксплуатируются при забойных давлениях ниже давления насыщения*.

4. Обработка скважин поверхностно-активными ве­ ществами. Снижение проницаемости пород пластов для нефти происходит также в тех случаях, когда в поры пласта, по которым движется нефть, попадает большое количество воды или фильтрата глинистого раствора, применяемых при бурении или при ремонтных работах в скважинах. Вода или фильтрат глинистого раствора, проникая в поровые каналы, прочно закрепляется на породе, уменьшая, а иногда совсем закрывая для дви­ жения нефти отдельные каналы. Чтобы обеспечить уда­ ление из пор породы воды или фильтрата, в них вво­ дят поверхностно-активные вещества. В качестве' по­ верхностно-активных веществ на промыслах Туркмении наибольшее применение получили сульфонол, смачива­ тель ОП-Ю.

Наибольшая эффективность от применения поверх­ ностно-активных веществ отмечается в пластах с низ­ кой проницаемостью, содержащих большое количество

* Давление, при котором весь газ оказывается растворенным в нефти.

5'

глинистых частиц и имеющих низкие пластовые давле­ ния.

5.Гидравлический разрыв пласта. Сущность это

метода повышения производительности скважин состоит в следующем. Если нагнетать в скважину жидкости со скоростью большей, чем сможет поглощать пласт, то на забое скважины будет резко возрастать давление. В ре­ зультате повышения давления на забое скважины выше некоторой величины в пласте будут образовываться но­ вые или открываться старые трещины. Для того чтобы трещины не смыкались после снятия давления, в них закачивают крупнозернистый песок. Созданные таким образом трещины приводят к резкому увеличению про­ ницаемости пласта и соответственно к увеличению деби­ та нефти, газа или воды. Причем, чем больше трещины будут распространены вглубь по пласту, тем больше уве­ личится дебит скважины. Гидравлический разрыв плас­ та в настоящее, время является одним из самых совер­ шенных и эффективных методов повышения продуктив­ ности эксплуатационных и приемистости нагнетатель­ ных скважин.

Гидравлический разрыв пласта, помимо повышения производительности скважин, позволяет в определен­

закачивается крупнозернистый песок за колонну, кото­ рый образует гравийный фильтр и предотвращает по­ ступление мелкого пластового песка в колонну, а тем самым предотвращается и образование песчаных про­ бок на забое скважины.

Для того чтобы осуществлять гидравлический раз­ рыв пластов, необходимо точно представлять механизм этого процесса и факторы, влияющие на его эффектив­ ность.

6

В брошюре рассматриваются особенности внедре­ ния гидравлического разрыва пласта на месторожде­ ниях Туркмении, сложенных слабосцементированными породами.

1. ДАВЛЕНИЕ, НЕОБХОДИМОЕ ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ ТРЕЩИН В ПЛАСТЕ

При нагнетании жидкости (воды, нефти) в скважи­ ну насосными агрегатами последняя будет фильтро­ ваться в пласт и создавать в нем избыточное давление.

Величина избыточного давления определяется тем­ пом нагнетания жидкости, ее вязкостью и проницаемо­ стью пород пласта.

В пласте избыточное давление передается на грун­ товой скелет и стремится разорвать его.

Очевидно, разрыв или образование трещины про­ изойдет тогда, когда давление внутри грунтового ске­ лета на некотором расстоянии от скважины окажется больше внешнего давления, сжимающего этот скелет пласта.

Давление, сжимающее скелет пласта в вертикаль­ ном направлении, равно местному горному давлению. Соответственно, для образования горизонтальных тре­ щин необходимо создать давление в грунте несколько больше вертикального горного давления.

Вгоризонтальном направлении пласт сжат боко­ вым горным давлением. В этом случае для образова­ ния трещин в вертикальной плоскости необходима, что­ бы давление в грунтовом скелете превышало боковое горное давление.

Вобщем случае величина полного горного давления определяется как произведение среднего удельного1ве­ са пород на глубину залегания пласта. Горизонталь­ ное пли боковое горное давление пропорционально вер-

7

тпкальному и может быть равным ему или несколько меньше;

При осуществлении гидравлического разрыва плас­ тов оказалось, что в большинстве случаев разрывы по­ род происходят при давлениях меньших, чем полное вертикальное горное давление. Из этого следовало-, что в пластах должны образовываться в основном вер­ тикальные трещины.

Исследования механизма гидравлического разрыва показали, что давление разрыва может значительно от­ личаться от полного вертикального горного давления.

Значительное снижение вертикального давления может происходить, как показано в работе Ю. П.Желчова и С. А. Христиановича [4]*, за счет наличия в толще вышележащих пород глин и других мелопрочпых материалов, которые способны течь или выдавли­ ваться под давлением вышележащих пород в скважи­ ну в процессе ее бурения. При выдавливании или вы­ текании породы происходит как бы передача (пере­ распределение) давления с нижних на более прочные верхние пласты. Это снижение горного давления в ос­ новном происходит в районе скважины, тогда как в удаленной части пласта давление сохраняется перво­ начальным—равное местному горному давлению.

Снижением горного давления вблизи скважины и объясняется возможность образования горизонталь­ ных трещин при давлениях значительно меньших, чем полное горное давление. Из этого положения также следует, что величина давления, создаваемая при гндроразрыве в скважине, не определяет ориентацию тре­ щин, образующихся в пласте. Имелись основания ечн-

* При повествовании в квадратных скобках обозначен поряд­ ковый номер научных трудов, на которые ссылается автор. Список их приведен в конце брошюры.

8

тать, что ориентация трещин, образующихся в пластах при гидроразрыве, зависит от характеристики жидко­ сти разрыва. А именно, в том случае, когда для разры­ ва применяется жидкость, хорошо проникающая в пласт, т. е. хорошо фильтрующаяся, образуются гори­ зонтальные трещины и, наоборот, при закачке плохо фильтрующейся жидкости — вертикальные.

Одиако детальное изучение пород пластов и меха­ низма образования трещин показало, что ориентация трещин, образующихся при гидроразрыве, определяет­ ся ориентацией и направлением естественных трещин, имеющихся в пластах [6].

Наличие естественных трещин в пластах устанавли­ вается многочисленными промысловыми данными, а так­ же специальными геологическими исследованиями.

В промысловой практике известно много случаев, когда скважины, пробуренные на один и тот же пласт, имеют резко различные дебиты, хотя по литологиче­ ской характеристике породы пластов оказываются оди­ наковыми. Такое расхождение дебитов скважин может быть за счет приобщения в отдельных из них большего

свидетельствуют многочисленные поглощения глинисто­ го раствора, отмечаемые в процессе бурения скважин.

Проводимыми в настоящее время исследованиями трещиноватости пород установлено, что в нефтегазо­ носных пластах, помимо крупных трещин, широко и повсеместно во всех литологических разностях развиты микротрещины [8].

Микротрещины в пластах возникли в результате различных литологических внутренних процессов само­ уплотнения или тектонических напряжений растяжения и изгиба. Раскрытость микротрещин колеблется от десятков и до 200 микрон.

9