Исследование и совершенствование технологии гидравлического разрыва пласта при заканчивании скважин на месторождениях Приобья



Постановка проблемы. Большая часть эксплуатационных объектов месторождений Приобья могут быть охарактеризованы в качестве высоконеоднородных и сильнорасчлененных, и, более того, они с частотным чередованием глинистых и проницаемых пропластков. Причина низкой выработки нефтяных запасов кроется в низких значениях фильтрационно-емкостных свойств пласта. На современном этапе с целью улучшить коллекторские свойства эксплуатационных объектов применяют ГРП — гидравлический разрыв пласта.

Эффективность использования определенной технологии, которая нацелена на извлечение углеводородов, что зависит напрямую от множества факторов, таких как: геологические, физико-химические и геотехнологические. Часто более сложной будет технология нефтедобычи, при оценке эффективности которой принимают во внимание значительное число количественных и качественных свойств, а также параметров процесса. Очень часто оценку успешности ГРП сводят к анализу геотехнологических и геолого-физических условий скважины и пласта, совместно с количественным обоснованием пользования технологическими жидкостями и агентами процесса ГРП.

Кроме того, накопленный опыт по применению ГРП на месторождениях Приобья демонстрирует тот факт, что зоны дренирования скважины в похожих геолого-технологических условиях, а также при пользовании равными объемами компонентов ГРП будет достигаться разная эффективность от скважинных операций. В целях более объективного оценивания эффективности ГРП следует принимать во внимание различного рода и взаимодействие соотношения технологических параметров, а также агентов ГРП и геотехнологической «природы» скважины. Исходя из этого, исследования, которые направлены на анализ влияния различного рода соотношений технических параметров ГРП, чтобы повысить эффективность технологии, — весьма важны и актуальны на современном этапе.

Цель статьи заключается в исследовании и оценке влияния различного рода соотношений технических параметров и агентов, совместно с их качественным составом на эффективность ГРП и выработку нефте-запасов.

Основное изложение материала .

В основу структуры менеджмента качества сооружения нефтегазовых скважин положено понятие качества и системы его оценки [8]. Комплекс показателей, характеризующих нефтегазовую скважину с позиций выполнения основных требований к ней в соответствии с проектом разработки месторождения, определяет качество скважины как инженерного сооружения. В общем случае качество скважины нужно оценивать по гибкой иерархической структуре критериев в зависимости от назначения и траектории скважины, вида и горно-геологических условий бурения и других факторов. Верхний уровень иерархической структуры должен включать критерии, характеризующие качество траектории скважины, ее крепления, вскрытия продуктивных горизонтов, а также экологические требования.

На месторождениях Приобья используют открытую иерархическую структуру критериев качества нефтегазовых скважин, которая допускает их возможные дополнения и исключения на различных уровнях иерархии (табл. 1). Это обеспечит более достоверную оценку качества скважины в зависимости от ее назначения и особенностей. Геометрические критерии оценивают качество скважины за соответствием ее траектории проектному заданию. Критерии крепления оценивают надежность (готовность, безотказность, ремонтопригодность) скважины как технического сооружения с позиций выполнения ее функциональных задач. [10, с.112] Оценка качества скважины по критериям крепления может быть выполнена отдельно по обсадной колонне (в том числе устьевого и скважинного оборудования) и разграничением пластов. Критерии вскрытия продуктивных пластов оценивают эффективность технологий завершения скважин с позиций сохранения коллекторских свойств. Экологические критерии оценивают качество скважины по показателям охраны недр и окружающей среды.

В общем случае структура экологических критериев сложна, что обусловлено различным характером загрязнения окружающей среды. Ее выбор зависит от места расположения скважины и действующей системы экологического мониторинга. Система критериев и принципы оценивания качества могут быть реализованы на этапах проектирования и сооружения скважин [8], что дает возможность формулировать повышенные требования к проектам с целью достижения высокого качества сооружения скважин.

Таблица 1

Систематика критериев качества скважин

Критерии качества скважины	Геометрические критерии скважины	– координаты забоя – интенсивность искривления – траектория раскрытия продуктивного пласта – силы опоры при перемещении колонн труб – кавернозность ствола
	Критерии крепления скважины	Обсадная колонна: – крепость – герметичность – техническое состояние – устьевое и скважинное оборудование Разграничение пластов – высота подъема тампонажного раствора – уровень размещения тампонажного раствора по глубине – уровень замещения бурового раствора – дефекты в цементном камне – наличие заколонных пакеров – межколонные тиски
	Критерии раскрытия продуктивных пластов	– параметр отношения продуктивностей – технология вторичного раскрытия – конструкция привыбойной зоны пласта
	Экологические критерии	– охрана недр – охрана окружающей среды

Говоря о принципах оценивания качества технологических операций, отметим, что качество скважины зависит от перечня и последовательности технологических процессов, соответствия их параметров горно-геологических условий бурения и тому подобное. Таким образом, целенаправленный контроль и управление технологическими процессами являются неотъемлемой частью системы менеджмента качеством строительства скважин. Технологии углубления и завершения скважин Приобья подаются соответствующими сочетаниями основных операций. Каждая операция характеризуется совокупностью соответствующих параметров и системой определенных ограничений на их параметры, определяющие качество выполнения операции. [4, с.19]

В общем, оценивание качества технологических операций сводится к выделению основных и контролируемых параметров, формированию системы ограничений в условиях безопасного ведения буровых работ и качества строительства скважины, обоснованию критерия оптимальности и параметров операций [8].

Эффективность технологических операций углубления скважин определяют критерии, соответствующие минимальной стоимости сооружения скважин. Критерии эффективности технологических операций завершения скважин должны быть направлены на повышение качества вскрытия продуктивных горизонтов и надежности скважины как технического сооружения. Система оценки качества технологий сооружения скважин должна включать стандарты технологии ГРП на выполнение каждой технологической операции для соответствующих условий бурения [1].

Стандарты должны содержать рекомендации по выбору значений параметров, их мониторинга и анализа и внесения изменений в технологическую операцию с целью повышения ее качества. Параметры технологических операций x = (x1, x2,... xn) (x) для обеспечения качества скважины выбирают из условий безопасного ведения буровых работ, выполнения ограничений (x) оптимальности критерия Kl (x, a) эффективности

(1)

где D — область определения параметров технологических операций; a = (a1, a2,... am) ^T — вектор параметров модели.

Итак, на основе изложенного можно предложить четырехбалльную систему оценивания качества технологических операций:

– очень высокая — параметры технологических операций соответствуют принятой системе ограничений и обоснованному критерия оптимальности;

– высокая — параметры технологических операций соответствуют принятой системе ограничений и хотя бы один из них не соответствует обоснованному критерия оптимальности;

– удовлетворительная — параметры технологических операций соответствуют принятой системе ограничений и хотя бы один из них не соответствует ограничениям качества сооружения скважины;

– неудовлетворительная — параметры технологических операций соответствуют принятой системе ограничений и хотя бы один из них не соответствует условиям безопасного ведения буровых работ. [3, с.11]

Сохранение природной проницаемости продуктивных пластов является важнейшим требованием к технологиям завершения скважин. От эффективного ее решения зависит производительность скважин и степень извлечения углеводородов в процессе разработки месторождений. Предотвращение загрязнения продуктивного пласта требует комплексного и детального подхода к ее решению и базируется на научной основе [2, с.150].

В общем случае методы предотвращения загрязнения продуктивного пласта охватывают выбор конструкции скважины, технологии первичного и вторичного вскрытия пласта, выбор системы бурового раствора, управления гидро- и термодинамическими условиями вскрытия пласта [9]. Выбор конструкции скважины и реализация каждой технологической операции на этапе ее завершения должны осуществляться с учетом требований к качественному вскрытию продуктивных горизонтов. Наиболее надежными для предотвращения загрязнения продуктивных горизонтов есть технологии UBD (с отрицательным дифференциальным давлением) [10], которые применяют ведущие буровые компании мира, равно как и на месторождениях Приобья. Считается доказанным, что потенциальные возможности технологий завершения скважин могут быть достигнуты только при вскрытии продуктивных пластов на депрессии.

Важные требования к выбору систем буровых растворов для вскрытия продуктивных пластов к их состава, технологических свойств (плотность, фильтрационные и реологические свойства, водородный показатель и др.), степени минерализации и состава солей фильтрата бурового раствора, поверхностных свойств на границе раздела фаз фильтрат-флюида.

Управление гидродинамическими условиями при выполнении различных технологических операций в соответствии с (1) является необходимым для обеспечения качественного вскрытия продуктивного пласта. Для технологических операций, которые повышают гидродинамическое давление в скважине, условие предотвращения загрязнения можно формализовать ограничением репрессии на пласт

(2)

где pj (Zп) — гидродинамическое давление в скважине на глубине Zп продуктивного пласта в время выполнения j-й технологической операции; max — максимально допустимая репрессия на пласт (например, во время вскрытия пласта в ходе механического бурения).

Освоение скважин на месторождениях Приобья сводится к вызову притока флюида, очистки призабойной зоны пласта от фильтрата бурового раствора и других загрязняющих примесей, проведения необходимых работ в целях повышения фильтрационных характеристик пласта и передачи скважины в эксплуатацию. [5, с.36] Параметры всех технологических операций при освоении скважин должны отвечать требованиям качества по (1).

Для освоения сланцевых скважин с ГРП могут быть эффективно использованы технологии ООО «ЕМПИсервис», которые допускают реализацию необходимых технологических процессов за один спуск комплекта инструмента с эжекторными насосами УГИС серий 11–20, 31–40 и 41–50, в частности:

– промышленно-геофизические и гидродинамические исследования до ГРП;

– ГРП через эжекторный насос УГИС;

– удаление рабочей жидкости ГРП и пропанты из пласта с помощью УГИС;

– повторные промышленно-геофизические и гидродинамические исследования. [6]

Технологии применяют в вертикальных и наклонно-направленных скважинах в сочетании с колтюбинговыми установками.

Для эксплуатации метано-угольных и сланцевых скважин с АНПТ разработана конструкция вставных эжекторных насосов ВС-1В, которые применяют с двухрядной компоновкой насосно-компрессорных труб диаметрами 48 и 89 мм. Эжекторные насосы ВС-1В имеют высокую эксплуатационную надежность при наличии газа и механических примесей в флюидов, замена эжекторных пар не требует использования бригад капитального ремонта скважин и канатной техники.

Технологии ООО «ЭМПИ-сервис» с использованием эжекторных насосов УГИС активно используют на месторождениях Приобья. Эжекторный насос ВС-1В успешно проходит испытания на метаноугольных скважинах Российской Федерации.

Выводы. На основе вышесказанного, к возможным направлениям совершенствования технологий ГРП при закачивании скважин на месторождениях Приобья можно отнести: систему оценки качества сооружения скважин; систему оценки качества технологических операций; технологии предотвращения загрязнения продуктивных пластов за счет выбора свойств технологических жидкостей и управления гидродинамической ситуацией в скважине; многофункциональные эжекторные компоновки и технологии освоения и эксплуатации скважин.

Литература:

1. Варламова А. С. Зарубежный опыт развития нефтегазового комплекса — Актуальные вопросы экономических наук, Якутск, с. 32–38http://www.google.com.ua/url?url=http://cyberleninka.ru/article/n/zarubezhnyy-opyt-razvitiya-neftegazovoy-otrasli.pdf&rct=j&q=&esrc=s&sa=U&ved=0ahUKEwj95eWz2Y7RAhXEiCwKHbTZC0gQFggTMAA&usg=AFQjCNGNZkE6CuuppTpcv9j2df-bcx3dmw
2. Галиева, М. X. Кластеризация скважин по геолого-технологическим параметрам с целью прогнозирования гидравлического разрыва пласта [Текст] / М. X. Галиева, И. В. Грехов, А. П. Стабинскас, Ш. X. Султанов // Нефтегазовые технологии и новые материалы, проблемы и решения: Сб. науч. тр.— Уфа: ООО «Монография», 2012.—Вып. 1 (16).—С. 150–154.
3. Гошовский С. В. Развитие новых геофизических технологий для разведки и разработки сланцевого газа / С. В. Гошовский, П. Т. Сиротенко // Зб. наук. праць УкрДГРІ. — 2012. — № 1. — С. 9–32.
4. Груздилович Л. М. Оборудование и технологические возможности добычи сланцевого газа / Л. М. Груздилович, Н. А. Демяненко // Время колтюбинга. — 2012. — № 1 (039). — С. 18–25.
5. Мыслюк М. А. Выбор оптимальной рецептуры бурового раствора для вскрытия продуктивных пластов / М. А. Мыслюк, Ю. М. Салыжин, В. В. Богославец // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. — 2009. — № 2. — С. 35–39.
6. Новости oilru.comНефтегазодобыча // Информационно-аналитический портал Нефть России. — Режим доступа: http://www.oilru.com/news/509646
7. Поляков А. А. Системный подход к анализу и снижению риска при поисках и разведке месторождений нефти. — М.: 2017.
8. Серебряков О. И., Попков В. И., Ларичев В. В., Серебряков А. О.. Эколого-геологические проблемы разработки нефтегазовых месторождений Прикаспия. — М.: Инфра-М, 2017. — 308 с.
9. Стабинскас, А. П. Группирование продуктивных объектов месторождений углеводородов центральной части Западной Сибири [Текст] / А. П. Стабинскас, Д. И. Юлуева, Ш. X. Султанов // Нефтегазовые технологии и новые материалы, проблемы и решения: Сб. науч. тр.— Уфа: ООО «Монография», 2013— Вып. 2 (7).—С. 111–119.
10. Хоминец З. Д. Применение колтюбинг-эжекторных установок для испытания, освоения и эксплуатации нефтегазовых скважин / З. Д. Хоминец // Нефтяное хозяйство. — 2010. — № 11. — С. 112–116.
11. Хоминец З. Д. Применение многофункциональных ресурсосберегающих компоновок НКТ при испытании, освоении и эксплуатации скважин / З. Д. Хоминец // Нефтяное хозяйство. — 2010. — № 2. — С. 87–91.