СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДРЕНИРУЕМОЙ ШИРИНЫ ТРЕЩИНЫ ГИДРОРАЗРЫВА И СТЕПЕНИ ОСЕДАНИЯ ПРОППАНТА В НЕЙ
METHOD OF DETERMINING DRAINED HYDRAULIC FRACTURING CRACK WIDTH AND DEGREE OF SEDIMENTATION OF PROPPANT THEREIN

Изобретение относится к области гидроразрыва подземного пласта и, в частности, к определению дренируемой ширины трещин гидроразрыва. Изобретение может найти применение на нефтяных и газовых месторождениях. На текущий момент гидравлический разрыв пласта (ГРП) является одним из самых высокоэффективных способов стимуляции низкопроницаемых коллекторов. При проектировании дизайна ГРП в первую очередь требуется оценить геометрию трещины ГРП. Планируемая геометрия трещины ГРП является основным критерием для определения количества закачиваемого проппанта и выбора плана обработки пласта и оптимизации процесса гидроразрыва.
Известен способ определения геометрических характеристик трещины, описанный в патенте РФ №2461026 (МПК G01V 1/40, E21B 47/14, опубл. 10.09.2012), предусматривающий использование природных литологических отражателей, расположенных ниже искусственных трещин гидроразрыва, и оптимизацию расположения сейсмических источников и приемников для повышения точности определения геометрических характеристик трещины ГРП. Известен способ определения геометрии трещины подземного пласта, патент РФ №2483210 (МПК E21B 43/26, опубл. 27.05.2013), в котором: размещают в трещинах пласта расклинивающий агент и (или) жидкость гидроразрыва, содержащие радиационно-чувствительный материал; облучают этот радиационно-чувствительный материал нейтронами во время единственного спуско-подъема каротажного зонда; измеряют гамма-излучение, испускаемое из радиационно-чувствительного материала; и обрабатывают данные измеренного гамма-излучения в соответствии с математической моделью для получения оцененной геометрии трещин (к примеру, высоты трещины и (или) ширины расклиненной трещины возле ствола скважины).
Известные способы исследования геометрии трещин ГРП включают использование данных методов кросс-дипольного широкополосного акустического каротажа, термометрии, радиоактивных изотопов, наклономеров, скважинного телевизионного сканера после ГРП, анализа микросейсмических сигналов при ГРП, определяют либо только высоту трещины ГРП, либо дают только оценку геометрических параметров трещины, либо определяют общую ширину трещины ГРП. Ни один из них не определяет дренируемую ширину трещины ГРП.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному является способ определения размеров трещины ГРП (патент РФ №2324810, МПК E21B 43/26, опубл. 20.05.2008), предусматривающий расчет средних размеров трещины (длины и ширины) на основе данных профиля притока жидкости гидроразрыва, численного моделирования процесса вытеснения жидкости гидроразрыва и проведения лабораторных исследований отобранных проб жидкости при освоении скважины.
Недостаток прототипа состоит в том, что определяется ширина трещины гидроразрыва при освоении скважины по профилю притока выкачиваемой жидкости гидроразрыва, состав и свойства которой в ходе освоения изменяются, что требует периодических отборов проб и их исследование.
Технический результат от реализации заявленного изобретения заключается в повышения достоверности определения ширины дренируемой части пласта, а также степени оседания проппанта в дренируемой трещине ГРП.
Поставленная задача решена тем, что в способе определения дренируемой ширины трещины гидроразрыва и степени оседания проппанта в ней, включающем определение профиля притока, создание численной гидродинамической модели течения флюида, проведение лабораторных исследований и расчет ширины трещины, согласно изобретению определяют профиль притока пластового флюида из трещины гидроразрыва, число интервалов притока и их интенсивность, создают численную гидродинамическую модель течения пластового флюида и адаптируют ее по данным промыслово-геофизических исследований, рассчитывают градиент давления в трещине ГРП в прискважинной зоне на момент определения профиля притока, проводят лабораторные исследования проводимости проппантной пачки с целью определения зависимости проницаемости трещины ГРП от ее ширины, составляют уравнение фильтрации и решают для каждого интервала притока флюида, определяют дренируемую ширину трещины гидроразрыва в прискважинной зоне во всем интервале притока и рассчитывают степень оседания проппанта. Кроме того, степень оседания проппанта рассчитывают как отношение разности геометрического центра и центра распределения интервалов притока к разности координат верхнего и нижнего интервалов притока.
Осуществление способа представлено на следующих фигурах:
i
i
i
Фиг. 1 - схематическое изображение дренируемой трещины гидроразрыва, где Q - дебит флюида i-го интервала притока, h, w - высота и ширина i-го интервала притока гидроразрыва.
Фиг. 2 - зависимость проницаемости проппантной пачки от ширины.
Фиг. 3 - дренируемая ширина трещин гидроразрыва вдоль интервала притока.
После освоения скважины с гидроразрывом проводятся промыслово-геофизические исследования с целью определения профиля притока пластового флюида из трещины гидроразрыва по всему интервалу его поступления, определяют число интервалов притока и их интенсивность. Далее создают численную гидродинамическую модель течения пластового флюида в трещине гидроразрыва. Модель адаптируют, т.е. решают обратную задача итерационно до тех пор, пока численная модель не воспроизведет фактические результаты. Проводят расчеты для определения градиента давления в трещине ГРП в прискважинной зоне на момент определения профиля притока. Проводят лабораторные исследования проводимости проппантной пачки с целью определения зависимости проницаемости трещины от ее ширины. Эксперимент проводится в условиях, приближенных к условиям исследуемого пласта, для чего используется:
- керновый материал, отобранный в данной скважине;
- пробы смеси проппанта и химии для геля, отобранные при проведении операции ГРП;
- пробы флюида, отобранные при промыслово-геофизических исследованиях (ПГИ) или работе скважины.
По результатам исследования проводимости проппантной пачки определяют зависимость проницаемости проппантной пачки от ее ширины. Полученную зависимость в дальнейшем используют для расчета дренируемой ширины трещины ГРП:
f
где А, В, С - константы, k - проницаемость проппантной пачки, w - ширина проппантной пачки.
Затем записывается линейный закон Дарси в элементе трещины в прискважинной зоне:
i
i
i
где Q - дебит флюида в i-трещине, h, w - - высота и ширина i-трещины гидроразрыва, µ - вязкость флюида,  - градиент давления в трещине гидроразрыва (фиг. 1).
Подставляя выражение (1) в (2), получаем n кубических уравнений:
где n - количество интервалов притока (дренируемых трещин) по результатам ПГИ.
i
i
Уравнение (5) решается для каждого интервала притока Q и рассчитывается w -дренируемая ширина трещин ГРП во всем интервале притока.
Рассчитывается координата центра распределения интервалов притока:
и геометрический центр интервалов притока:
i
max
min
где z - координата середины i-го интервала притока вдоль ствола скважины, z, z - координата верхнего и нижнего интервалов притока соответственно.
Величину  принимаем за степень оседания проппанта в интервалах притока. Чем больше значение ε, тем сильнее проявляется оседание проппанта, значения, близкие к 0, характеризуют отсутствие оседания проппанта в интервалах притока.
Пример конкретного осуществления способа
На одной вертикальной газовой скважине № NNN показано применение предлагаемого способа определения дренируемой ширины трещины ГРП продуктивного пласта.
По результатам промыслово-геофизических исследований определен профиль притока скважины, т.е. распределение интенсивности притока газа в стволе скважины вдоль вскрытого перфорацией продуктивного разреза (табл. 1).
3
Строим численную гидродинамическую модель вертикальной скважины с трещиной ГРП. После адаптации модели, определяем градиент давления в трещине ГРП в прискважинной зоне на момент определения профиля притока, при дебите газа Q=207 тыс.м/сут .
На керновом материале, отобранном в данной скважине, проводим лабораторные исследования по определению зависимости проницаемости проппантной пачки от ширины трещины (фиг. 2). Эксперимент проводим с соблюдением термобарических условий исследуемого пласта. В качестве расклинивающего материала использовалась смесь пропанта с гелем ГРП, отобранных при проведении операции ГРП на данной скважине. В качестве фильтрующего флюида использовались пробы, отобранные из скважины при проведении ПГИ. Получаем следующую зависимость:
Далее составляем уравнение (3):
i=1…17,
i
и решаем для каждого интервала притока Q:
Результат расчета дренируемой ширины трещины ГРП во всем интервале притока представлен на фиг. 3.
max
min
center
<mrow><mover accent="true"><mi>z</mi><mo>¯</mo></mover><mo>=</mo><mn>1058.38</mn></mrow>
Координата центров верхнего и нижнего интервалов притока z=1073.5 м, z=1033.7 м. Координата центра распределения интервалов притока
м, геометрический центр интервалов притока z=l053.60 м, Δz=4.78 м. Таким образом, степень оседания проппанта ε=12% в интервалах притока говорит о том, что распределение проппанта в дренируемых трещинах ГРП не оптимально. При планировании дальнейших операций ГРП необходимо пересматривать состав жидкости ГРП для повышения эффективности жидкости разрыва.
Предлагаемое изобретение позволяет повысить качество проектирования в дальнейшем планируемых операций ГРП на исследуемом объекте разработки. По полученным результатам можно определить, верно ли подобрана жидкость разрыва для оптимального распределения проппанта в трещине. При проведении гидроразрыва в пласте, состоящем из чередующихся глинистых и песчаных слоев, оседание проппанта приводит к уменьшению проницаемости трещины ГРП в зоне верхних продуктивных пропластков. Также затекание глинистых частиц породы в поровое пространство пропашной пачки и вдавливание проппанта в глины приводит к уменьшению вертикальной проницаемости в трещине ГРП, что в целом приводит к более низкой продуктивности верхних пропластков.