Условия осадконакопления и формирования залежей месторождений Западной Сибири свидетельствуют об отсутствии ярко выраженной анизотропии механических свойств пласта, поэтому в условиях равновероятностного развития трещин в любом направлении управление их ориентацией возможно заданием начального выделенного азимутального направления. Это может достигаться ориентированным начальным глубоким ГПП, специальной дополнительной ориентированной перфорацией и др. способами.
Альтернативным подходом к решению данной задачи является изменение поля напряжений вблизи скважины. Так, при наклонной проводке ствола в азимутальном направлении появляется анизотропия напряжений, зависящая от угла входа скважины в пласт.
Обобщенное решение задачи распределения напряжений в пласте, вскрытом наклонной скважиной получено С. Г. Лехницким [2]. В предположении изотропии начального поля напряжений показано, что зависимость относительного давления начала гидроразрыва для верхней и нижней точек образующей пологой скважины от зенитного угла, может быть представлена следующим выражением:
(1)
где:
Ргрп — давление начала ГРП, МПа;
Рпл — пластовое давление скважины, МПа;
Рэф — эффективное горное давление, МПа;
— коэффициент Пуассона;
— среднее напряжение на стенке скважины, МПа;
0 — угол входа скважины в пласт.
Величина относительного давления начала ГРП (qгрп) при малых углах изменяются незначительно (рис. 1). Так при величине коэффициента Пуассона 0.2, характерного для песчаников, при изменении угла наклона скважины от 0 до 20, qгрп уменьшается на 1 %. Отсюда следует, что при обычных для эксплуатационного бурения углах вхождения скважины в продуктивный пласт 0–20 влияние отклонения от вертикали на направление развития трещин в изотропном пласте незначительно. Однако, с ростом угла ситуация меняется: при больших углах (45 и более), давление начала разрыва в азимутальном направлении оси скважины становится меньше. В этих условиях можно предположить возможность реализации направленного разрыва, управление которым осуществляется заданием соответствующего азимутального угла полого-направленной скважины.
Рис. 1. Зависимость относительного давления начала разрыва в верхней и нижней точках образующей скважины от ее зенитного угла
Прямым подтверждением корректности приведенных выше расчетов является сопоставление устьевых давлений разрыва при ГРП горизонтальных и вертикальных скважин на сходных участках месторождений (Табл. 1). Различие расчетных и фактических давлений начала разрыва объясняется погрешностями в оценке потерь на трение, определяющимися реологическими свойствами жидкости ГРП и качеством вскрытия пласта. На основании полученных данных, варианты разработки с применением ориентированных ГРП в полого-направленных скважинах были включены в проектную документацию ряда месторождений.
Сравнительный анализ результатов ГРП показал, что в большинстве случаев величина давления разрыва полого-направленных скважин больше, чем вертикальных, соответствующих тем же участкам (табл.2). Одной из основных причин этого является то, что в пропластках малой толщины с наименьшим давлением начала разрыва (наименьшим значением коэффициента Пуассона), вскрытых единичным зарядом перфоратора, ориентация трещины в большей степени определяется ориентацией перфорационного канала, чем ориентацией обсаженного ствола.
Таблица 1
Сопоставление устьевых давлений разрыва вертикальных
Экспериментальные исследования показывают [3], что развитие трещин из отдельных перфорационных каналов происходит не зависимо друг от друга при расстояниях между каналами по длине ствола более 1.5–2 его диаметров, в противном случае образующиеся трещины располагаются в плоскости каналов перфорации. Плотность перфорации скважин рассматриваемых месторождений, перед ГРП не превышала 20 отв/м. Следовательно, в условиях низкой плотности перфорации и большой расчлененности пластов этих месторождений, высока вероятность инициации трещины из отдельных перфорационных отверстий с дальнейшей ориентацией в плоскости, не совпадающей с плоскостью скважины. В результате, гидродинамическая связь между полостью скважины и трещины происходит в узком интервале ствола, при этом резко возрастает гидродинамическое сопротивление в ПЗП и увеличивается вероятность пробкообразования с ростом концентрации проппанта в потоке, что подтверждается результатами проведения ГРП в полого-направленных скважинах рассматриваемых месторождений (табл.3).
Таблица 2
Сопоставление устьевых давлений разрыва вертикальных и полого-направленных скважин
Таблица 3
Сопоставление устьевых давлений разрыва вертикальных и полого-направленных скважин
В частности, это подтверждается термометрией проведенной в скважине № 810Пн Западно-Камынского месторождения после ГРП, являющейся характерной для большинства пологих скважин.
Из термограммы следует, что интервал охлаждения, соответствующий образованной в породе трещине, находится в интервале 2656–2572 м, тогда как приток из пласта проходит в узком диапазоне 2665–2667 м. Оценки показывают, что в этом случае угол отклонения плоскости трещины от оси скважины составляет 12,6.
На основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы:
- Снижение давления разрыва в однородных и изотропных по простиранию пластах, с ростом зенитного угла скважины, позволяет управлять ориентацией трещины ГРП путем специальной проводки полого–направленных скважин.
- Одним из определяющих факторов, влияющих на ориентацию трещины, является качество перфорации скважины. Для выдержанных пластов, с низкой расчлененностью перфорация должна проводится зарядами, фазировкой не менее 900, и плотностью не менее 20отв./м.
- В условиях сильной расчлененности пластов, ориентированный ГРП может быть реализован только после проведения вертикально ориентированной щелевой резки или ГПП.
Литература:
- Батурин Ю. Е., Малышев А. Г., Сонич В. П., Малышев Г. А. «Способ разработки нефтегазовой залежи с применением гидравлического разрыва пласта».// Патент РФ, № 2135750, 1998
- Лехницкий С. Г. Теория упругости анизотропного тела. /М. «Наука», 1977.
- Rabaa W. E. «Experimental study of hydraulic fracture geometry initiated from horizontal wells» //SPE 1989, рр. 349–364.
