УДК 622.234.573: 622.013.11

К.т.н. Помашев О.П., к.т.н. Нурлыбаев Р.О.,

к.т.н. Толеуов К.Т., ст. преп.Хабдай Н., ст. преп. Акашев Б.Т.

Казахский национальный технический университет

им. К.И. Сатпаева

ОБОСНОВАНИЕ КАНАВООБРАЗОВАНИЙ СРАВНИТЕЛЬНЫМ АНАЛИЗОМ ОБЪЕМОВ "ТРЕЩИН" И ПОР C ОБЪЕМАМИ ЗАКАЧИВАЕМОГО ПРОППАНТА.

Ввиду того, что при ГРП образуются не трещины, а многочисленные радиально распространяющиеся канавки в пористой среде нефтяного пласта вокруг перфорированного участка скважины, то из работы [1] смысловые стороны выраженный: "пропускная способность трещины, содержащий песок слоем в одну песчинку"; "в опытах… жидкость в образец подавалась от насоса, а сжатие плит осуществляли отдельным… прессом"; "фильтрации жидкости в стенки трещины не происходит"–идеализированы. На основе лабораторных экспериментальных данных выводится формула "расхода жидкости в трещине". Далее рассуждения: "в реальных условиях трещина может проходить значительное расстояние в глинистых породах…, которые в присутствии воды могут разбухать и при этом резко снижать прочностные свойства; поэтому песок будет вдавливаться в глину, снижая пропускную способность трещины…, и закрепить трещину слоем песка в одну песчинку, в этом случае будет невозможно"–в некотором смысле справедливы. Однако, здесь следует сказать, что глинистые сланцы и глины от воды обычно быстро раскисают, трещины не образуют, и поэтому об образовании в трещине одного или нескольких слоев песка (проппанта) вообще говорить-это ошибочно.

В работе [1] приведена формула для определения ширины несуществующей выдуманной трещины следующего вида

, (1)

в которой размерности правой и левой частей ( ) не совпадают, что говорит о сомнительности выведенной формулы. Таких сомнительных выводов в публикациях о ГРП предостаточно.

Приведем следующий пример, составленный по данным работы [1], конца главы I, на стр. 25. Автор [1] ссылаясь на [2] пишет, что ширина горизонтальной трещины у ствола скважины при давлении жидкости на забое около 30 МПа получается порядка нескольких сантиметров, а объем её будет свыше 20м³. По этим данным приведем следующие расчеты и рассуждения:

- допустим, что ширина трещины , тогда и . Если принять то ;

- если же принять , то и при получаем , то есть в расчетах получаем большие площади трещины, при которых вся вышележащая толща пород как-бы приподнимается жидкостью на 4 и 10см. Таким образом, полученные расчетные параметры трещины по приведенным данным из источника нереальны. Поэтому надо говорить только об образовании многочисленных канавок в пласте, которые распределяют поступающий в забой скважины расход жидкости с проппантом и могут удлиняться в зависимости от времени работы насоса и при удлинении подчиняться структурным и прочностным особенностям пород в различных направлениях.

Следует еще добавить, что отрицая разрывы горных пород, образование в них горизонтальных и вертикальных трещин при проведении ГРП, мы в данной статье считаем совершенно ненужными и расчетные формулы параметров трещин, приводимые в многочисленных публикациях, и которые для условий массива вообще неприменимы. Положительный эффект от ГРП мы не отрицаем, но он получается от распространения множества радиальных ветвистых канавок в нефтяном пласте, частично заполняемых проппантом. И по объемам последнего можно судить о суммарных объемах распространяющихся канавок в нефтяном пласте.

Из публикаций известно, что подвергаемая ГРП мощность выбирают не менее 5м, а размеры трещины и массы закачиваемого проппанта приводятся разные для различных месторождений. При этом радиусы распространения трещин изменяются от нескольких до 1000м, ширина их от нескольких до 100м, а толщина " " трещин не превышает 2,5см.

Анализируя данные литературных источников о трещинах при ГРП приходим к выводу, что пробиваемые жидкостью радиальные канавки в породах вокруг скважины имеют длину равную , а объем закачиваемого проппанта оседает в канавах, образованных в цилиндрическом объеме . В этом объеме определив занимаемый суммарный объем пор, используя коэффициент пористости пород можно провести сравнения объемов пор и закачиваемого проппанта, так как проппант оседает в порах и канавках, образуемых при ГРП.

Примеры:

1. Из [1], на стр.23 имеем: у трещины . Допустим, что ширина трещины . При этом объем трещины, равный объему проппанта, будет: . А суммарный объем пор , в котором находятся канавки с оседаемыми в них проппантом вычислим, используя числовые значения параметров:

.

Определяем какой % из объема V_п занимают объемы канавок, или то же самое что и объем проппанта:

2. В работе [1] на стр.25, приводятся следующие данные: ...,, ширина горизонтальной трещины у ствола скважины... порядка нескольких сантиметров, а объем ее свыше 20 м³. В этом примере допустим, что , тогда и . Если считать , то . Пологая мощность пласта h_пл=h_тр=5м, вычислим объем пор:

.

Сравним объем пор и канавок V_п=20410м³ с объемом проппанта (трещины - 20м³) из источника [1]:

В приведенном примере трещина, имеющая площадь S=500 м² с высотой 5м, естественно, нереальна.

Из [3], на стр.109 приводится, что "часто минимальная длина трещины порядка 50 футов (15,24м)". Чтобы использовать эту длину трещины будем оперировать принятыми в источниках параметрами ; не менее 5м. Тогда чистый объем пор в объеме распространения канавок будет равным:

Сравнением объема пор с объемом проппанта, занявщего трещину, равного

, получаем:

Для следующих примеров на стр.6 источника [3] читаем … "значением ширины трещины в низкопроницаемых пластах является 0,25см, при длине до нескольких сотен метров. В высокопроницаемых пластах ширина трещины … значительно больше, около 5см, при минимальной длине, около 10м". Здесь для случая низкопроницаемых пластов при расчетах принимаем и другую сторону трещины . Объем пор при этих параметрах будет равен , а объем трещины, занимаемый проппантом имел бы величину . Сравнивая эти объемы находим:

Во второй части, для случая высокопроницаемых пластов, известны: . Принимая выполним сравнительные расчеты объемов пор с объемом канавок (трещины), в которые закачивают проппант (песок).

, а объем трещины . Сравнивая объемы 204,1 и 1м³ находим:

Руководствуясь из работы [3] выводом о том, что "наилучшей переменной для характеристики созданной трещины является объем расклинивающего агента, находящегося в пределах продуктивной области (слоя)", находим еще на стр.69 источника данные для расчета. Приведены, что половинная длина разрыва 220 футов=67.056м, мощность пласта футов и масса проппанта приблизительно равная 80000 фунтов =32760кг. Используя эти данные выполним расчеты аналогичные вышеприведенным, для чего допустим и . Поры имеют объем . Трещина, занимаемая объемом проппанта, имеет величину . Сравним объемы 27972,63 и 0,6706м³ между собой:

Здесь следует добавить, что в вычислениях объемов пор нами намеренно использовано минимальное значение коэффициента пористости пород к=0,13. При вычислениях значений х в процентах с использованием к=0,17 получаются еще более малые доли процента, которые характеризуют объемы образовавшихся канавок (трещин) при ГРП.

Таким образом, вычисления объемов канавок и "трещин" по их приводимым в публикациях параметрам, сопоставление этих объемов с объемами закачиваемого в канавки проппанта, а также сравнение объемом канавок ("трещин") с суммарными поровыми объемами в цилиндрическом (с радиусом равным длине трещины) пространстве вокруг скважины дают, что образованные канавки ("трещины") при проведении ГРП занимают лишь малые части суммарных объемов пор. В процентном выражении сравнительные вычисления объемов канавок ("трещин") в отношении к полным объемам пор в породах цилиндрического пространства с радиусом , равным длине канавок ("трещины") вокруг скважины, дают следующие результаты: 0,0012; 0,0024; 0,0151; 0,0980; 0,4019 и 0,490%, то есть от ГРП образуются канавки ("трещины"), имеющие весьма малые суммарные относительные объемы в процентах. Значит канавки (трещины) влияют на очень малые объемы нефтяного пласта, а потому после проведения ГРП положительные эффекты, приводимые в многочисленных публикациях, незначительны.

Литература:

1. Желтов Ю.П. Гидравлический разрыв пласта (Обзор зарубежной практики. Под редакцией М.А. Геймана). Государственное научн.-тенх. издателство нефтяной и горно-топливной литературы, М.-1957, 75с.

2. Желтов Ю.П., Христианович С.А. О гидравлическом разрыве нефтяного пласта. Известия АН СССР, ОТН, №5, 1995.

3. Экономидис М., Олни Р., Валько П. Унифицированное проектирование гидроразрыва пласта. Установление взаимосвязи между теорией и практикой. Изд. компьют. исслед., 2007, 236с.