главная / банк технологий / методы интенсификации добычи н... / эксплозия

Газодинамический разрыв пласта с применением твердотопливных генераторов давления и жидких термогазообразующих композиций с целью повышения производительности нефтяных скважин


Разработчик: ЗАО «Пермский инженерно-технический центр «ГЕОФИЗИКА»
Директор Балдин А.В., ведущие инженеры конструкторы Рябов С.С., Сухоруков Г.И.
Тел,факс 246-75461, Ryabovss@telecont.ru, pitc@permonline.ru
Рыбка Валерий Федорович 89028013916 – интерпретатор. С2=-0,6. С1-1-3.
Бабуров Валерий Николаевич 3422-771756
 
Условные обозначения:
Разрыв пласта твердотопливным генератором давления ТТГД.
Газодинамический разрыв пласта ГДРП с применением ТТГД и жидких термогазообразующих композиций ЖТГК
 
 
1. Характеристики и свойства жидких термогазообразующих композиций, применяемых при ГДРП
 
Основные требования, предъявляемые к ЖТГК:
Ø      Способность воспламеняться от штатных ТТГД;
Ø      Устойчивость горения в широком диапазоне начальных давлений и температур применения;
Ø      Малая вязкость, достаточная для для проникновения ЖТГК в трещины и поры;
Ø      Энергетические и баллистические характеристики: температура горения Тг ≥ 1300 К, 2сила» ЖТГК ≥ 4х105 м22;
Ø      Безопасность и доступность компонентов.
 
Рецептуры марок ЖТГК, применяемых при ГДРП
 
Компоненты ЖТГК
Марка ЖТГГ
ВНАМ
ВНАГ
ВНАЭГ
Пресная вода
30-35
Нитрат аммония NH4NO3
56-52
56-60
57-61
Карбамид CH4ON2
13-14
-
--
Глицерин CH3H8O3
-
9-10
-
Этиленгликоль C2H6O2
-
-
8-9
 
     Трехкомпонентный гомогенный состав «окислитель+горючее+вода» претерпевает химическое превращение по многостадийному механизму: термораспад окислителя + термораспад горючего + реакции взаимодействия продкутов термораспада с выделением энергии. Температуры начала интенсивного разложения составляют:
- для нитрата аммония 290-3000С;
- для глицерина, этиленгликоля – 220-2300С;
- для карбамида 270-2800С.
       Это значит, что давление в реакционном объеме должно быть 12-14 МПа. Второе условие: энергетический баланс- энергия воспламенителя ТТГД должна быть достаточной для  обеспечения прогрева воды до температуры кипения и для инициирования реакций термораспада.    
 
2. Механизм воздействия продуктов горения ТТГД и ЖТГК на скважину
 и породу-коллектор
 
       Горение ТТГД и ЖТГК в скважине, полностью или частично заполненной жидкостью, сопровождается образованием большого количества газообразных продуктов горения в замкнутом объеме, что приводит к повышению температуры и давления до значений, достаточных для разрыва коллектора. Спад давления в скважине происходит в форме его пульсаций с затухающей амплитудой в течение времени, значительно превышающего время горения ТТГД и ЖТГК. В результате пласт подвергается механическому, тепловому и физико-химическому воздействиям.
2.1. О различии механизмов образования трещин при ГРП и газодинамическом разрыве пластов
    При ГРП для создания трещины необходимо создать давление Рзазр. > (0,6-0,8) х Ргорн..
     Если разрыв пласта осуществляется нефильтрующейся жидкостью, то механизм разрыва пласта подобен механизму разрыва сосуда высокого давления с бесконечной толщиной стенки – трещина идет по вертикали вдоль образующей. В этом случае необходимо создать давление, превышающее величину тангенциальных напряжений на величину прочности породы на растяжение. Тогда давление разрыва несколько выше, чем при образовании горизонтальных трещин, но, тем не менее, оно не превышает величину полного горного давления.
     При ГРП происходит раздвижка стенок трещин, а сама порода претерпевает лишь упругие деформации, то после снятия величины внешней нагрузки трещина неизбежно должна вновь сомкнуться. Это предопределяет необходимость закрепления трещины расклинивающим агентом.
2.2.Оценка влияния темпа и давления нагнетания на равномерность образования сети трещин.
      Скорость роста трещины определяется по соотношению:
 
(1)
Где Q- расход жидкости в трещине; h – мощность пласта; - раскрытие трещины.
     Полный расход жидкости в стенки трещины q, учитывая жесткий режим фильтрации жидкости и предполагая справедливость закона Дарси, определяется по формуле:
    
 
(1)
 
        где Р – давление жидкости в трещине, Рпл – давление жидкости (газа) в массиве, К – проницаемость пласта, m – пористость пласта, μ – вязкость жидкости,t – время действия.
       Оценочный результат в предположении
Q = 10-1 м3/с, h =1м, = 0,01 м,  РРпл =107Па, К= 10-4мД = 10-19 м, m – 0,01, μ = 10-3кг/(м с),t = 1 с.
          Даёт следующие результаты
          Ut=10 м/с; q =
 
     То есть, расход жидкости в стенки трещины на четыре порядка меньше расхода жидкости на заполнение трещины. Следовательно, при импульсных воздействиях фильтрация жидкости в стенки трещины не оказывает заметного влияния на процесс внедрения жидкости в пласт.
    Оценим влияние вязкого трения на течение жидкости в трещине. Вязкое сопротивление движению жидкости в трещине можно приближенно установить по формуле:
 
(3)
    При h=1 м,  = 0,01 м, μ = 10-3 кг/(м с ), Q = 10-3 м-3 м3/с, получаем grad P = 150 Па/м.
    Учитывая низкие значения падения давления вдоль трещины, можно считать, что давление нагнетания равно давлению жидкости вблизи растущего конца трещины. Следовательно, давление нагнетания соответствует расклинивающему давлению, равному сжимающим напряжениям, действующим в массиве пласта. Поэтому в поле статических напряжений невозможно остановить рост одной трещины, образовавшейся в начальный момент воздействия, и направить поток жидкости в другую трещину путем изменения силовых параметров процесса.
     Для того, чтобы начала расти сеть трещин, необходимо обеспечить соответствие скорости нагнетания давления такой скорости роста трещин, при которой поле напряжений вблизи устья трещин перестанет быть квазистационарным. В качестве такой скорости можно принять скорость распространения звука в массиве пласта.
     Будем считать, что зависимость давления жидкости от времени в начальной фазе импульсного воздействия имеет вид   
 
(4)
     Используя соотношение (3), связывающее перепад давления вдоль трещины с расходом жидкости, её вязкостью и геометрическими параметрами трещины, получим зависимость для расчёта скорости роста трещины:
 
(5)
Отсюда
 
(6)
     При Ut = 2000-5000 м/с α ≈ 6х107…1,5х108 Па/с.
      Следовательно, скорость нарастания давления должна быть порядка 102…103 МПа/с. Такая скорость наростания давления обеспечивает рост нескольких трещин (сети трещин) и может быть реализована только при ГДРП, а не ГРП.
 
3. Оценка требуемых величин максимального давления на коллектор с целью обеспечения газодинамического разрыва пласта.
 
   Механическое воздействие при ГДРП с применением ТТГД и ЖТГК  осуществляется в два этапа.
      На первом этапе в результате сгорания полногабаритного ТТГД образуется импульс давления с крутым фронтом давления
 
 
 
 
 
большой амплитудой Рмах и достаточно малым временем действия (доли секунд). Желательно, чтобы величина максимального давления превосходила давление разрыва пласта. В этом случае в пласте будет образовываться сетка мелких трещин.
     На втором этапе происходит сгорание ЖТГК, поджигаемого с помощию малогабаритного ТТГД, спускаемого через НКТ, или с помощью полногабпритного ТТГД при поднятой колонне НКТ. Сгорание ЖТГК характеризуется длительным временем действия (несколько секунд) и амплитудой давления, достаточной для разрыва пласта и увеличения длины и раскрытия (зияния) мелких трещин, образовавшихся при горении ТТГД на первом этапе.
     При длительности действия импульса давления технология ГДРП занимает промежуточное положение между разрывом пласта с помощью ТТГД и ГРП.
      Длина Lтр и раскрытие (зияние) Wтр образующейся вертикальной трещины, более устойчивой от смыкания под действием горного давления, чем горизонтальная трещина, определяется по соотношениям:
    
 
(7)
и
 
(8)
Здесь N- количество трещин (при dp/dt ≤ 103 МПа/с N=1-2; при dp/dt ≥ 103 МПа/с N=2-4);
 коэффициент Пуассона горной порды; Е- модуль Юнга; Рпл – пластовое давление; q - боковое горное давление; РТ – давление жидкости за эксплуатационной колонной, равное давлению продуктов горения за вычетом потерь давления на преодоление перфорации в колонне; Vж , Vг- объемы жидкости и газа, закачанных в трещины; h – высота трещины.
     С учетом необратимых деформаций образование остаточной вертикальной трещины достигается при условии
   
 
(9)
Где Ер- модуль Юнга при разгрузке.
 
      Раскрытие (зияние) остаточной вертикальной трещины можно оценить по формуле
 
(10)
Если принять Рпл = q= 0,4qг=0,4(2,5 Р0) и Ер/Е = 3…10, то согласно (9) имеем
 
(11)
где qг- горное давление.
     Из формул (5)-(10) следует, что основныим параметрами характеризующими эффективность механического воздействия продуктов горения на пласт при ГДРП являются:
1.      градиент нарастания давления в скважине на начальном этапе воздействия;
2.      максимальное давление, создаваемое в скважине;
3.      время горения ЖТГК в скважине;
4.      количество жидкости и продуктов горения, проникающих в пласт.
 
     При ГДРП скважинная жидкость, ЖТГК и продукты горения проникают в пласт под импульсным воздействием давления не путем фильтрации через пористую среду, а по естественным и вновь образованным трещинам, как клин расширяя и распространяя их вглубь пласта. Причем длина образующейся трещины больше длины самого клина. Образующиеся в пласте остаточные вертикальные трещины не требуют закоепления, как при ГРП, что обусловлено свойством горных породнеобратимо деформироваться при динамическом нагружении и разгрузке и возможностью создания в скважине при сжигании ЖТГК необходимого соотношения между скважинным, пластовым и горным давлениями (формула 9).
     Область разрыва пласта:   Рмах (МПа) =25хН (км) со следующими ограничениями: глубина не менее 1,16 км, Рмах=1,00qг.
     Оценки показывают, что длина остаточных трещин Lтр, образуемых при ГДРП, может достигать 25-30 м, а раскрытие (зияние) остаточных трещин Wост может достигать 2-8 мм.
 
4.      Комплексное воздействие других факторов, улучшающих эффективность ГДРП
 
   Компоненты ЖТГК не загрязняют пласт, обладают разглинизирующими свойствами.
   Тепловое воздействие продуктов горения зарядов ТТГД и ЖТГК состоит в растворении АСПО и снижении вязкости нефти в прискважинной зоне пласта путем передачи тепла от газообразных продуктов горения, температура горения которых в зоне горения может достигать соответственно 2250 и 1450 К.
   Физико-химическое воздействие на пласт продуктов горения (СО2, СО, N2, HCl) проявляется в снижении коэффициентов вязкости и поверхностного натяжения нефти на границе с водой, частичном растворении карбонатов и пластового цемента.
   При снижении давления в скважине и его пульсации происходит очистка трецин и перфорационных каналов от песчано-глинистых частиц и продуктов реакции.
 
5.      Выбор скважин для проведения ГДРП
 
Коллектор: известняки, пористые трещиноватые доломиты, песчаники с прослоями аргиллитов, алевролитов и глин.
Гидростатическое давление в интервале обработки: не менее 10 МПа.
Статический уровень: не менее 200 м от устья скважины.
Плотность перфорации: не менее 20-30 отв/м.
В обсадной колонне нет повреждений.
В интервале обработки нет незацементированных участков.
Качественное сцепление цементного камня с колонной и горной породой.
Глубина скважины более 1200 м.
При пластовой температуре до 1000С работы проводят с любыми марками ЖТГК и с генераторами ПГД-100, ПГРИ-100, ПГД-42Т.
При  пластовой температуре 100 -1500С работы проводят с марками ЖТГК термостойкими и с генератор типа ПГД-42Т.
 
6.      Регламент
 
Оборудование: подъемник, ЦА, ППУ-1200/100, геофизический подъемник ПКС-3,5, каротажная станция ЛКС-7-05-МС, задвижка высокого давления ЗП-146-354, емкость 25-50 м3, змеевик-нагреватель, ареометр, азотная установка.
Подготовительные работы
- установка подъемника
- подъем НКТ
- шаблонирование
- промывка
- определение качества сцепления цемента с колонной приборами АКЦ или ISBA
- ГДИ
- глушение.
Предобработка: обработка полногабаритным ТТГД с измерением давления крешерным прибором.
Приготовление и закачка ЖТГК:
-пропарка, шаблонирование НКТ
- завоз оборудования и расстановка агрегатов
- объвязка оборудования
- приготовление ЖТГК с подогревом до 600С, плотность не ниже 1,25 г/см3, номинал 1,314 г/см3
- закачка буферной жидкости, закачка ЖТГК, продавка ЖТГК с давлением не более 5-7 МПа
- отсоединение оборудования
Поджиг ЖТГК
- подъем НКТ на отметку выше 50-60 м границы «ЖТГК-скважинная жидкость»
- компрессором обратной промывкой снизить уровень жидкости в скважине на 200-250 м от устья
- отбивка уровня ЖТГК резистивиметра или плотномера
-сборка и спуск ТТГД, воспламенение ЖТГК
Заключительные операции
- запись терморгаммы, АКЦ
- освоение скважины
 
7.      Результаты
   Способ гидродинамического разрыва пласта применялся в районах Западной Сибири, в Волгоградской, Пермской и Калининградской областях, опробован во Вьетнаме, Китае, Литве и др. районах с положительным результом.
 
Коллектор
Глубина, м
Давление, МПа
Дебит, т/сутки
Кратность
увеличения
До
после
1
Песчаник
2104
14,6
0
6,4
-
2
Песчаник
2039
17,6
9,1
17,5
1,9
3
Песчаник
2063
17,5
3,0
6,4
2,1
4
Песчаник
2569
18,6
0
45,1
-
5
Песчаник
2300
19,0
0
32,0
-
6
Песчаник
2880
22,1
0
16,7
-
7
Песчаник
2716
27,0
0
5,0
-
8
Песчаник
2996
24,4
6,3
11,9
1,9
9
Песчаник
2980
18,5
3,8
10,6
2,8
10
Песчаник
3183
17,2
0
23,7
-
11
Песчаник
3113
20,6
0
14,6
-
12
Песчаник
3209
21,5
1,8
4,0
2,2
13
Известняк
4800
43,0
0
2,0
-
14
Известняк
2604
26,4
0
2,28
-
15
Известняк
2600
26,4
0
2,17
-
16
Песчаник
1262
12,0
0
17,68
-
17
Песчаник
1250
12,0
0
4,99
-
18
Известняк
2545
22,97
0
7,22
-
19
Известняк
2667
25,46
2,6
5,73
2,2
20
Известняк
2466
18,17
1,5
4,56
3,0
21
Песчаник
1192
10,67
0
4,95
-
22
Известняк
4261
43,63
0
55,0
-
23
Известняк
4200
46,0
0
27,0
-
24
Известняк
4225
46,25
0
29,48
-
25
Песчаник
1740
15,8
0
0
-
26
 
1910
 
0
18
-
27
 
1897
 
3,3
15,0
4,5
28
 
3392
 
2,0
13,0
6,5
29
 
3394
 
0
11,0
-
30
 
3768
 
4,0
11,0
2,75
31
 
2668
29,0
0
56,0
-
32
 
2542
23,0
0
1,7
-
33
 
2571
23,0
0
7,0
-
34
 
2996
30,0
0
30,0
-
35
Песчаник
3210
40,0
0
24,0
-
36
 
2709
28,5
0
6,0
-
37
Песчаник
1740
 
3,6
19,5
5,4
38
Песчаник
2330
 
1,26
8,8
6,9
39
Песчаник
1772
 
0,9
4,6
5,4
 
 
    Продолжительность эффекта изменяется от 6 месяцев до 1,5-2-х лет , успешность обработок составляет 80-85 %.
Вступить в Ассоциацию! Члены Ассоциации
Все права защищены
© АсБур 2005-2015