УДК 622.276.53

Помашев О.П. Сарыбаев М.А. Татищев С.К.

О невозможности «гидроразрыва нефтяного пласта»

В данной работе поставлена цель подробно познакомить специалистов разработчиков нефтегазовых месторождений со «способом гидроразрыва нефтяного пласта (ГРП)», в самом истоке – статье [1] неверно объясненным процессом с терминологией, неприменимой к явлению, происходящей в нефтяном пласте при закачке жидкости в скважину под большим давлением.

Автор статьи пишет: «В течение последних трех лет (примерно 1956-1960 гг.) небольшой группой работников лаборатории нефтяных месторождений Института нефти АН СССР были приведены теоретические исследования по вопросам механизма гидравлического разрыва пласта. Необходимо было разобраться в физической сущности этого процесса». «Начинают процесс с закачки жидкости в скважину. Вначале давление повышается пропорционально расходу жидкости. Такая картина остается неизменной до какого-то определенного значения давления. При дальнейшем росте давления расход значительно увеличивается и продолжает возрастать при почти неизменном давлении жидкости». Здесь, утверждая, что «расход значительно увеличивается и продолжает возрастать при почти неизменном давлении жидкости», - автор статьи противоречит закону физики. Закон физики гласит, что, если в сечении устьевой части скважины установилось постоянное давление, то скорость расхода через это сечение в единицу времени остается постоянной. Поэтому для увеличения расхода жидкости в единицу времени через сечение, необходимо увеличить скорость прохождения жидкости через сечение скважины, что сразу же влечет за собой изменение режима в трубке тока, т.е. в сечении устьевой части скважины немедленно понизится давление. В высказывании же автора статьи пропорциональное увеличение расхода жидкости возможно только лишь с промежутком времени .

Если растет скорость подачи жидкости, то в устьевом сечении скважины устанавливается закон:

(1)

где - устьевой прокачанный объем жидкости; - скорость жидкости в устьевой части скважины; - сечение скважины в устьевой части; - конкретный промежуток времени закачивания жидкости в скважину. Из приведенной формулы следует, что объем жидкости, проходящей через любое сечение всей трассы (трасса следующая: устье, забой скважины, поры и трещины пласта доэксплуатационных нефтяных скважин), может увеличиваться только при возрастании скорости (увеличении производительности насоса). При этом закон вдоль всей трассы сохраняется следующим образом:

(2)

где - скорость жидкости в i-том поровом канале; - сечение i-того порового канала. Если для любого сечения трассы выдерживать т.е. эта величина может быть принята за секунду, минуту или час, что в конечном счете не влияет на цепочку и:

(3)

Далее автор пишет: «Возникает вопрос, что же происходит при этом с пластом. Считается, что там образовалась одна или несколько трещин. Проведенные работы были связаны с исследованием образования и развития этих трещин». (Эти рассуждения автора весьма неубедительны).

Утверждая, что «…был получен целый ряд довольно обоснованных физических представлений о механизме гидравлического разрыва пласта, т.е. теоретически были решены соответствующие механические задачи», и «… что очень важное значение для полного решения задачи о гидравлическом разрыве имеет выяснение некоторых вопросов горного давления», рассматривает «вначале процесс образования горизонтальной трещины, хотя возможно, что в ряде районов трещины вертикальные». (Подчеркнутое – это сомнения о вертикальности или горизонтальности трещин). Далее автор рассуждает, что механизм образования как вертикальных, так и горизонтальных трещин может быть очень похожим.

Автор статьи считает, что основной постулат заключается в следующем: «Для механизма образования и развития трещин имеют значение два основных фактора: горное давление, под которым находится пласт, и упругие свойства пласта. Прочность породы не играет почти никакой роли в процессе образования трещин». (Изложенное в последнем предложении является вообще ошибочным).

Считая, что образование трещины или «раскрытие трещины» неидентичны, можно согласиться с высказыванием автора статьи о том, что скважина не влияет на при упругом деформировании пород пласта, …в пласте выделяется кубик и на него действует полное . Далее слова автора, что встречаются структуры, которые изменяют , повышая или понижая его в какой-то области не верны. (Здесь выделены сомнения автора). Автор считает, что «пласт насыщен жидкостью, которая разгружает пористый скелет от горного давления. Возникает вопрос, при каком давлении жидкости в порах откроется трещина. Очевидно, она откроется тогда, когда внешняя нагрузка будет полностью снята с грунтового скелета. Поэтому давление, при котором начнет образовываться горизонтальная трещина, будет равно местному вертикальному горному давлению».

Таким образом, автор статьи в одном случае полностью снимает горное давление для образования трещин и тут же утверждает, что трещины образуются при местном горном давлении.

Мнение автора, что «при давлении жидкости в порах, меньшем, чем горное давление, все трещины будут закрыты», можно опровергнуть рассуждая следующим образом. Если относить и поры к трещинам, содержащим нефть и газ, то при закрытии всех трещин и пор последним некуда деться. Итак, следует признать, что при любом поровом давлении пласта установившиеся законы равновесия системы (пласта и его компонент) сохраняются.

Высказывание, что «…для образования вертикальной трещины нужно, чтобы давление в скважине было по крайней мере равно боковому горному давлению», опровергается тем, что при равенстве отмеченных давлений в скважине с одной стороны и сжатых пород с другой -, вообще, отсутствуют причины вызывающие вертикальные трещины.

Следующие рассуждения о том, «что для распространения и расширения такой трещины практически не требуется никакого усилия» и т.д. до конца абзаца полностью ошибочны, т.к. абзац заканчивается словами «прочность породы вообще не имеет никакого значения для образования и развития трещины».

Из последнего утверждения вытекает, что хотя занимаются гидроразрывами пласта, проводят мероприятия по закачке жидкости в пласт под большим давлением (литературные источники приводят давление 140 МПа), а трещины образуются сами собой без проведения мероприятий. Здесь следует возразить, что при раскалывании каменных глыб, когда на них нет внешних нагрузок, т.е. они находятся в открытом пространстве и потому частям каменной глыбы есть куда податься, и они разваливаются. О раскалывании каменных глыб также допускает автор статьи ошибку, рассуждая «вначале важно сделать первую ничтожную трещину в камне, а ее дальнейшее распространение и, следовательно, раскалывание камня идет почти без усилий». Словами «идет почти» автор как бы маскирует действительный процесс разрушения каменной глыбы, который заключается в следующем: в глыбе трещина начинается под некоторой величиной разрывающей суммарной силы вдоль всей длины начавшейся трещины на поверхности глыбы с одного края ее до другого, далее трещина острием распространяется в глубину каменной глыбы, и если при этом в равные промежутки времени идет постоянное наращивание площади разрыва на (то есть, глыба имеет постоянный градиент изменения сечения от точек начала трещины до другого конца глыбы), то естественно величина силы выдерживается постоянной и сохраняется до тех пор, пока трещина не достигнет края глыбы. При этом на удельное значение силы , т.е. на могут влиять только неоднородности в глыбе, объемные и поверхностные масштабные факторы. Таким образом, рассуждения, что разрушение глыбы мгновенное, и прочностное свойство ее не имеет значения при ее разрушении является ошибочным, а уподобление разрушения каменной глыбы на поверхности земли с предположительными трещинообразованиями в нефтеносных пластах (без никаких доказательств), вообще несостоятельное утверждение в рассматриваемой статье.

Далее рассуждение: «на рисунке видно, что трещина медленно суживается, а затем следует резкое уменьшение ее толщины. В конце трещина плавно закрывается», - можно сказать всего лишь предположения, так как данных измерений радиусов распространения трещины и проникновения нефильтрующейся жидкости вовсе в статье нет. Таким образом, это лишь рассуждения о формах трещины, которой вообще нет. Отрицание образования трещины сводит на нет и смысл выражения «… прекращение закачки в трещину жидкости приводит к ее смыканию».

Предположения и догадки, что «техника замеров давления и расхода жидкости при гидравлических разрывах пласта (ГРП) …весьма неудовлетворительна, однако наблюдения за этими параметрами все же могут дать представление о качественной картине явления», остались таковыми до настоящего времени, то есть в течение более 60-ти лет гадают и засоряют горную науку сомнительного содержания литературой о ГРП.

Литература

1. Христианович С.А. Исследование механизма гидравлического разрыва пласта. //Сб. трудов Инс-та геологии и разработки горючих ископаемых АН СССР, том 2. (Материалы по разработке нефтяных и газовых месторождений). Изд. АН СССР, М. 1960. с. 159-165.