Способ оценки пропанта и устройство для сбора пропанта
METHOD FOR EVALUATING PROPPANT AND DEVICE FOR COLLECTING PROPPANT

Изобретения относятся к нефтегазовой промышленности и могут быть использованы для оценки выноса пропанта пластовым флюидом из трещины, созданной в результате гидроразрыва пласта.
Известен модуль системы для изучения прочности пропантовой упаковки ПИК (оборудование АО «Геологика»), используемый для сбора пропанта, вымываемого из ячейки и позволяющий делать последовательный отбор проб (см. информацию в интернете: https://amplituda.ru/upload/iblock/dee/deea97184202666c8ef70f14a01e2d03.pdf).
В упомянутой выше системе для изучения прочности пропантовой упаковки ПИК реализуется способ исследования выноса пропанта из ячейки, находящейся под действием нагрузки, которую создает гидравлический пресс. В ходе исследований выполняют эксперименты двух типов: определяют прочность пропантовой упаковки, повышая скорость пластового флюида до критической величины, при которой упаковка разрушается, и измеряют выход пропанта из ячейки, находящейся под высоким давлением, как функцию времени. Ячейку, моделирующую трещину, помещают в гидравлический пресс. Флюиды при пластовых условиях прокачивают через пропантовую упаковку. При фиксированных сжатии упаковки и температуре измеряют перепад давления, расход и ширину щели.
Недостатком упомянутого выше технического решения является его низкая достоверность проведенных исследований и их высокая продолжительность.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения, охарактеризованного в первом независимом пункте формулы изобретения, является способ изучения выноса пропанта из трещины, созданной в результате гидроразрыва пласта, реализуемый в системе СМП-ВПР для изучения выноса пропанта из ячейки, моделирующей трещину (см. https://kortekh.ru/wp-content/uploads/2021/03/smp-vpr-vynos-propanta-listovka-tehnicheskoe-opisanie.pdf). В способе изучения выноса пропанта из трещины при гидроразрыве пласта проводят исследования выноса пропанта из ячейки, находящейся под воздействием нагрузки (осевым/горным давлением) и пластовой температуры, флюидом с любым отношением нефть/вода, пластовой и модельной водой, а также пластовыми газами и моделями пластовых газов. Определяют прочность пропантовой упаковки при повышении скорости потока до критической величины, при которой упаковка разрушается, и измеряют выход пропанта из ячейки как функцию времени. Осуществляют последовательный отбор проб выносимого пропанта из ячейки. Управление и сбор данных осуществляют при помощи компьютера.
Недостатком упомянутого выше технического решения являются низкие эффективность и достоверность проведения исследований выноса пропанта, обусловленные большим количеством операций (извлечение, сушка, взвешивание, установка чаши), проводимых при проведении исследований и, соответственно, длительностью проведения исследований.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения, охарактеризованного во втором независимом пункте формулы изобретения, является система для сбора пропанта, выносимого из ячейки, обеспечивающая последовательный отбор проб выносимого пропанта, и используемая для изучения выноса пропанта из трещины, созданной в результате гидроразрыва пласта, СМП-ВПР производства компании КОРТЕХ (см. https://kortekh.ru/wp-content/uploads/2021/03/smp-vpr-vynos-propanta-listovka-tehnicheskoe-opisanie.pdf).
Недостатком упомянутой выше системы для изучения выноса пропанта из трещины при гидроразрыве пласта СМП-ВПР является ее низкая эффективность и высокая продолжительность исследований, обусловленная необходимостью ручного отбора вынесенного пропанта в чашу, при этом отбор производят отдельно на каждом из режимов исследований путем изъятия чаши из системы и проведения рутинных операций.
Техническим результатом, на достижение которого направлена заявленная группа изобретений, является оптимизация процесса исследования выноса пропанта, повышение эффективности и достоверности результатов проведенных исследований.
По первому независимому пункту формулы изобретения технический результат обеспечивается тем, что в способе исследования выноса пропанта пластовым флюидом из трещины, созданной в результате гидроразрыва пласта, заключающийся в том, что в ячейке, заполненной пропантом и имитирующей трещину, созданную в результате гидроразрыва пласта, моделируют термобарические условия упомянутой трещины и осуществляют несколько циклов прокачки через ячейку жидкости, имитирующей по своему составу пластовый флюид, причем при осуществлении каждого из циклов устанавливают величину расхода прокачиваемой жидкости отличную от величины расхода прокачиваемой жидкости на других циклах, а также при осуществлении каждого из циклов осуществляют сбор пропанта, вышедшего из ячейки посредством уловителя пропанта, снабженного прозрачным измерительным цилиндром, причем осуществляют видеофиксацию процесса сбора пропанта в уловителе пропанта посредством цифровой IP-видеокамеры, подключенной к компьютеру и закрепленной на штативе, снабженном двигателем, которая фиксирует положение границы раздела фаз пропант-жидкость в прозрачном измерительном цилиндре и передает информацию в компьютер, после чего компьютер выдает управляющий сигнал на двигатель штатива и по упомянутому сигналу двигатель штатива осуществляет перемещение IP-видеокамеры вслед за перемещением границы раздела фаз пропант-жидкость в измерительном цилиндре, при этом информация о расстоянии, на которое переместилась IP-видеокамера, поступает в компьютер, а об окончании выноса пропанта судят по отсутствию перемещения границы раздела фаз пропант-жидкость, после чего определяют количество вынесенного пропанта путем расчета объема, занятого пропантом в измерительном цилиндре, с учетом величины линейного перемещения IP- видеокамеры.
По второму независимому пункту формулы изобретения технический результат обеспечивается тем, что устройство для сбора пропанта, содержащее систему цифровой видеофиксации представляющую собой цифровую IP-видеокамеру, закрепленную на штативе, снабженном двигателем и уловитель пропанта, состоящий из последовательно соединенных и сообщенных внутренними полостями между собой цилиндрической емкости, прозрачного измерительного цилиндра и съемного стакана для сбора пропанта, при этом цилиндрическая емкость снабжена входным и выходным патрубками для жидкости, содержащей пропант, в нижней части измерительного цилиндра установлена поворотная заслонка, а внутренняя полость измерительного цилиндра сообщена с внутренней полостью стакана для сбора пропанта посредством патрубка, в котором размещен кран высокого давления, причем IP-видеокамера и двигатель штатива подключены к компьютеру, а IP-видеокамера закреплена на штативе таким образом, что она обеспечивает видеофиксацию движения границы раздела фаз пропант-жидкость в измерительном цилиндре.
Оптимизация и повышение эффективности процесса исследования выноса пропанта достигается за счет применения системы цифровой видеофиксации (СЦВ) измерения количества пропанта, которая позволяет уменьшить количество операций (извлечение, сушка, взвешивание, установка чаши), проводимых при проведении исследований, сократить время на проведение исследований, а также снизить риск разгерметизации системы.
Достоверность проведения исследований выноса пропанта обеспечивается тем, что посредством цифровой IP-видеокамеры осуществляется автоматическая передача полученных данных в компьютер для регистрации, что обеспечивает возможность оперативного использования полученных данных для расчетов, как в процессе проведения исследований, так и по завершении эксперимента.
Заявленные изобретения позволяют подобрать оптимальный режим эксплуатации скважины, в которой произведен гидроразрыв пласта, с целью минимизации выноса пропанта из созданной трещины и сохранения производительности скважины при добыче углеводородов на нефтегазоконденсатных месторождениях.
Заявленные изобретения обеспечивают измерение (контроль) выхода пропанта из ячейки заполненной пропантом, которая моделирует трещину, находящуюся под пластовым давлением, как функцию времени.
Заявленные изобретения поясняются чертежами.
На фиг. 1 представлена схема установки для исследования выноса пропанта, в которой осуществляют заявленный способ исследования выноса пропанта пластовым флюидом из трещины, созданной в результате гидроразрыва пласта.
На фиг. 2 представлено устройство для сбора пропанта.
Установка для исследования выноса пропанта (фиг. 1), в которой осуществляют заявленный способ исследования выноса пропанта пластовым флюидом из трещины, созданной в результате гидроразрыва пласта, содержит следующие элементы: блок электрики 1, персональный компьютер 2, ячейка 3, заполненная пропантом, силовая рама 4, вакуумный насос 5, термостат 6, теплообменник 7, электронагреватели (на фиг. 1 не показаны), насос 8 для создания горного давления, гидравлический пресс 9, буферная емкость 10, циркуляционный насос 11, расходомеры 12, устройство для сбора пропанта 13, гидравлические линии 14, провода электрических соединений 15.
Установка для исследования выноса пропанта в процессе проведения лабораторных исследований обеспечивает:
- поддержание заданной температуры образца керна в диапазоне от комнатной (+15 до +25°С) до плюс 150°С;
- поддержание заданного горного давления на образец керна до 100 МПа.
Основные элементы установки для исследования выноса пропанта подключены через блок электрики 1 к персональному компьютеру 2, через который производится управление установкой.
Блок пневмогидравлической системы включает в себя силовую раму 4, вакуумный насос 5, насос 8 для создания горного давления, гидравлический пресс 9, циркуляционный насос 11. Блок пневмогидравлической системы позволяет создавать в ячейке 3 горное и пластовое давления.
Блок регулирования температуры включает в себя термостат 6, соединенный с теплообменником 7, и электронагреватели, установленные в ячейке 3 (на фиг. 1 не показаны). Блок регулирования температуры позволяет создавать в ячейке 3 необходимые пластовые температуры, которые можно измерять как внутри, так и снаружи ячейки 3.
Ячейка 3, которая заполнена пропантом, позволяет моделировать условия заполненной пропантом трещины по аналогии с трещиной, созданной при гидроразрыве пласта (ГРП).
Ячейка 3 размещена внутри силовой рамы 4, которая снабжена гидравлическим прессом 9, соединенным с насосом 8 для создания горного давления.
Вход ячейки 3 соединен с выходом теплообменника 7 посредством гидравлической линии, к которой подсоединена буферная емкость 10.
Выход ячейки 3 соединен с устройством для сбора пропанта 13 посредством гидравлической линии, к которой подсоединен вакуумный насос 5.
На выходе из устройства для сбора пропанта 13 установлен циркуляционный насос 11, соединенный гидравлической линией с расходомерами 12, которые контролируют расход флюида. Расходомеры 12 соединены гидравлической линией с входом теплообменника 7.
На фиг. 2 позициями обозначены: стальная вертикальная цилиндрическая емкость 16, входной патрубок 17, выходной патрубок 18, прозрачный измерительный цилиндр 19, IP- видеокамера 20, штатив 21 с двигателем, поворотная заслонка 22, кран высокого давления 23, сливной кран 24, съемный стакан 25 для сбора пропанта.
Устройство для сбора пропанта состоит из уловителя пропанта и системы цифровой видеофиксации (СВЦ).
Уловитель пропанта состоит из последовательно соединенных между собой вертикальной цилиндрической емкости 16, прозрачного (сапфирового) измерительного цилиндра 19 и съемного стакана 25 для сбора пропанта.
В верхней части стальной герметичной вертикальной цилиндрической емкости 16 располагаются входной патрубок 17, связывающий уловитель пропанта с гидравлической линией, соединенной с выходом из ячейки 3 (см. фиг. 1), и выходной патрубок 18, связывающий устройство для сбора пропанта с гидравлической линией, соединенной с входом циркуляционного насоса 11 (см. фиг. 1).
Уловитель пропанта состоит из последовательно соединенных и сообщенных внутренними полостями между собой цилиндрической емкости 16, прозрачного измерительного цилиндра 19 и съемного стакана 25 для сбора пропанта.
Внутренняя полость вертикальной цилиндрической емкости 16 сообщена с внутренней полостью измерительного цилиндра 19. В нижней части измерительного цилиндра 19 установлена поворотная заслонка 22, которая сдерживает накопленный пропант в области измерения цилиндра 19. Внутренняя полость измерительного цилиндра 19 сообщена с внутренней полостью съемного стакана 25 для сбора пропанта посредством отводного патрубка. Внутри отводного патрубка расположен кран высокого давления 23, а в нижней части отводного патрубка расположен сливной кран 24, позволяющий сохранять давление в системе.
Система цифровой видеофиксации представляет собой цифровую IP-видеокамеру 20, закрепленную на подвижном электроуправляемом штативе 21, снабженном двигателем. IP-видеокамера 20 закреплена напротив измерительного цилиндра 19.
Призабойная зона скважины при ГРП испытывает различного рода нагрузки, отличные от естественных природных, в частности, избыточные механические нагрузки и перераспределение потоков фильтрации. Наиболее значимыми для исследований являются эффекты выноса пропанта, проводимость пропантовой пачки, изучение профиля поверхности стенок трещины при механическом или химическом воздействии и другие. Исследования выноса пропанта подразумевают, по большей части, определение прочности пропантной упаковки и измерение выхода пропанта из ячейки 3 во времени.
Заявленный способ исследования выноса пропанта пластовым флюидом из трещины, созданной в результате гидроразрыва пласта, осуществляется следующим образом.
Собирают ячейку 3, заполняют ее пропантом 3 и помещают в силовую раму 4. Вакуумируют гидравлические линии вакуумным насосом 5 и заполняют их жидкостью. Устанавливают необходимый режим пластовой температуры с помощью электонагревателей, которыми снабжена ячейка 3 и термостата 6 с теплообменником 7. Задают горное давление в ячейке 3 с помощью насоса 8, гидравлического пресса 9 и силовой рамы 4. Создают пластовое давление с помощью буферной емкости 10 за счет подачи сжатого воздуха в гидравлические линии. Таким образом, в ячейке 3 (см. фиг. 1), имитирующей трещину с пропантом, моделируют термобарические условия исследуемой трещины.
Запускают зацикленную прокачку жидкости по гидравлическому контуру с помощью циркуляционного насоса 11. Гидравлический контур включает в себя: ячейку 3, вакуумный насос 5, устройство для сбора пропанта 13, циркуляционный насос 11, расходомеры 12, теплообменник 7 термостата 6. Через ячейку 3 осуществляют прокачку жидкости, имитирующей по своему составу пластовый флюид.
При этом устанавливают режим прокачки жидкости, имитирующей по своему составу пластовый флюид, путем установления значения расхода жидкости, который соответствует расходу скважинного флюида при эксплуатации скважины, в которой произведен гидроразрыв пласта. При проведении исследований осуществляют несколько различных циклов прокачки жидкости через ячейку 3, изменяя на каждом из циклов величину расхода прокачиваемой жидкости. Таким образом моделируют различные режимы эксплуатации скважины, в которой произведен гидроразрыв пласта. Под действием циркуляционного насоса 11 жидкость, имитирующая по своему составу пластовый флюид, проходит через ячейку 3 и, в зависимости от текущих условий эксперимента, выносит с собой определенное количество пропанта. Причем на каждом режиме осуществляют сбор пропанта, вышедшего из ячейки 3 и измеряют его количество. Расход жидкости контролируют с помощью расходомеров 12. При этом улавливание (сбор) и измерение количества (объема) вынесенного пропанта из гидравлической линии происходит с помощью уловителя пропанта, который снабжен прозрачным измерительным цилиндром 19 (см. фиг. 2).
В предлагаемом способе количество вынесенного пропанта определяется с помощью устройства для улавливания пропанта, снабженного системой цифровой видеофиксации (СЦВ), позволяющей измерить количество пропанта, выносимого на разных режимах эксплуатации скважины.
Перед началом исследований определяют объем прозрачного измерительного цилиндра по формуле:
V - объем измерительного цилиндра 19, см;
h - высота измерительного цилиндра 19, см;
D - внутренний диаметр измерительного цилиндра 19.
Осуществляют видеофиксацию процесса сбора пропанта в уловителе пропанта посредством цифровой IP- видеокамеры 20, подключенной к компьютеру 2 и закрепленной на штативе 21, снабженном двигателем.
IP- видеокамера 20 фиксирует положение границы раздела фаз пропант-жидкость в прозрачном измерительном цилиндре 19 и передает информацию о положении упомянутой границы в персональный компьютер 2. После чего компьютер 2 выдает управляющий сигнал на двигатель штатива 21. По управляющему сигналу двигатель штатива 21 осуществляет перемещение IP- видеокамеры 20 вслед за перемещением границы раздела фаз пропант-жидкость в измерительном цилиндре 19. Информация о расстоянии, на которое переместилась IP- видеокамера 20 поступает в компьютер 2.
Об окончании выноса пропанта судят по зафиксированному IP-видеокамерой 20 отсутствию перемещения границы раздела фаз пропант-жидкость в течение определенного времени (более 5 минут).
Определяют количество вынесенного пропанта путем расчета объема занятого пропантом в измерительном цилиндре 19 с учетом величины линейного перемещения IP- видеокамеры 20.
Объем, занятый пропантом в измерительном цилиндре, после окончания выноса пропанта рассчитывают из фактического перемещения IP- видеокамеры 20 и с учетом рассчитанного перед началом исследований по формуле (1) объема прозрачного измерительного цилиндра 19 по формуле:
3
ΔV - объем занятый пропантом в измерительном цилиндре 19, см;
Δh - линейное перемещение IP- видеокамеры 20, см;
D - внутренний диаметр измерительного цилиндра 19.
Измерение количества пропанта позволяет подобрать оптимальный режим эксплуатации скважины, в которой произведен гидроразрыв пласта, и тем самым минимизировать вынос пропанта из созданной трещины, что обеспечит сохранение производительности скважины при добыче углеводородов на нефтегазоконденсатных месторождениях.
Заявленное устройство для сбора пропанта работает следующим образом.
Устройство для сбора пропанта обеспечивает последовательный отбор проб выносимого пропанта. Управление и сбор данных осуществляют при помощи персонального компьютера 2.
При проведении исследований из ячейки 3 во входной патрубок 17 поступает содержащая пропант жидкость, имитирующая по своему составу пластовый флюид (при закрытой поворотной заслонке 22).
Попав в уловитель пропант, содержащийся в жидкости попадает во внутреннюю полость вертикальной цилиндрической емкости 16, из которой он попадает во внутреннюю полость измерительного цилиндра 19.
В измерительном цилиндре 19 оседает и накапливается пропант, содержащийся в жидкости, а после чего сама жидкость (без пропанта) отводится из вертикальной цилиндрической емкости 16 через выходной патрубок 18.
Измерение количества накопившегося пропанта возможно визуальным (с помощью СЦВ и/или в ручном режиме) и весовым способами.
Измерение количества накопившегося пропанта с помощью СЦВ проводят следующим образом.
В ходе проведения исследований проводят видеофиксацию посредством цифровой IP- видеокамеры 20 высоты верхней границы слоя пропанта, осевшего в нижней части прозрачной измерительного цилиндра 19 (границы раздела фаз пропант-жидкость).
Замер объема пропанта, осевшего на дне измерительного цилиндра 19, производится с помощью цифровой IP-видеокамеры 20, которая расположена на подвижном штативе 21, снабженным линейным двигателем. IP-видеокамера 20 и двигатель штатива 21 управляются посредством персонального компьютера 2. По изображению на IP-видеокамере 20 осуществляют поиск границы раздела фаз пропант-жидкость в измерительном цилиндре 19.
IP-видеокамера 20 фиксирует начало движения границы раздела фаз пропант-жидкость и передает информацию в компьютер 2, после чего компьютер 2 выдает управляющий сигнал на двигатель штатива 21 и по этому сигналу двигатель штатива начинает перемещение IP-видеокамеры 20 вслед за границей раздела фаз пропант-жидкость. Двигатель перемещает IP-видеокамеру 20 в положение точно напротив границы раздела фаз пропант-жидкость в измерительном цилиндре 19. При этом видеокамера фиксирует информацию о пройденном ею расстоянии. Упомянутая информация передается в компьютер 2 и точная позиция двигателя и IP- видеокамеры 20 фиксируется программным обеспечением ПК 2. Изменение положения границы раздела фаз пропант-жидкость приводит к изменению положения IP-видеокамеры 20 и изменению позиции двигателя.
О моменте окончания выноса пропанта судят по прекращению изменения высоты слоя пропанта в измерительном цилиндре 19 в течение некоторого времени (более 5 минут).
Осуществляют несколько циклов прокачки жидкости через уловитель пропанта, при этом на каждом из циклов устанавливают разные режимы прокачки, изменяя на каждом из режимов величину расхода прокачиваемой жидкости. На каждом цикле определяют количество пропанта, вынесенного из ячейки 3.
Объем занятый пропантом в измерительном цилиндре, после окончания выноса пропанта рассчитывают по формуле (2) из фактического перемещения IP-видеокамеры 20 и рассчитанного по формуле (1) перед началом исследований объема прозрачного измерительного цилиндра 19.
При визуальном способе измерения вынесенного пропанта возможно последовательное измерение количества вынесенного пропанта на разных режимах фильтрации в соответствии с программой эксперимента без извлечения пропанта из измерительной камеры.
Дополнительно также устройство для сбора пропанта позволяет производить измерение вынесенного пропанта весовым способом. После того как вынос пропанта на данном режиме фильтрации завершен, пропант извлекают из устройства для сбора пропанта (в процессе прокачки флюида, не прерывая эксперимент). Для этого заслонку 22 и кран сливной 24 переводят в открытое положение, и накопленный в уловителе пропант под действием силы тяжести ссыпается в съемный стакан 25. Далее заслонку 22 и сливной кран 24 переводят в закрытое положение, открытием сливного крана 24 сбрасывают давление, отсоединяют съемный стакан 25. Отобранный в съемном стакане 25 пропант измеряют стандартными методами.
Оценка выноса пропанта основана на непрерывном построении зависимостей количества вынесенного пропанта [мл, г, шт] от расхода флюида [мл/мин], горного давления [МПа] или депрессии на пласт [МПа].
Исходя из проведенных исследований осуществляют выбор наиболее оптимального режима работы скважины, в которой произведен гидроразрыв пласта, при котором вынос пропанта является минимальным.
Заявленное изобретение позволяет минимизировать вынос пропанта из созданной трещины и сохранить производительности скважины при добыче углеводородов на нефтегазоконденсатных месторождениях.