Завдання № 1. Розрахунок основних показників для проектування гідравлічного розриву пласта

Глибина свердловини – = 2000 м; діаметр колони труб – = 0,102 м; інтервал перфорації – 1993-2000 м; пластовий тиск – = 18 МПа; вибійний тиск – = 11,7 МПа; дебіт пластової рідини до проведення гідророзриву пласта = 1,48 т/добу; тиск розшарування порід = 2,7 МПа; відносна питома вага гірських порід = 2,15 т/м³; в’язкість рідини-пісконосія – 125 спз; проникність пласта до ГРП – 0,05 д; ефективна потужність пласта – 7 м; секундна подача – 15 л/с.

1.1 Розрахунок величини тиску розриву та вибір нагнітального обладнання

 

Тиск розриву пласта визначається за виразом [1], МПа

, (1.1)

де: – вертикальний гірський тиск, МПа:

, (1.2)

де: – глибина свердловини, = 2000 м;

– відносна питома вага гірських порід = 2,15 т/м³ = 2,15×10³ кг/м³.

Звідси:

;

– пластовий тиск, за умовами завдання = 18 МПа;

– тиск розшарування порід, за умовами завдання = 2,7 МПа.

Тоді, за виразом (1.2):

МПа.

Тиск в НКТ, котрий необхідно створити для того, щоб розірвати пласт, визначається за формулою:

, МПа (1.3)

де: – дослідний коефіцієнт, який визначається згідно експериментальних даних. В курсовому проекті приймаємо середнє значення .

Тоді,

Звідси, усереднене значення тиску, котрий необхідно створити на вибої свердловині буде:

МПа

З метою перевірки можливості проведення ГРП через колону НКТ з = 0,102 м, необхідно провести перевірку її міцності на внутрішній тиск за формулою Ламе.

Допустимий тиск на гирлі свердловини, , Па, при закачуванні рідини-пісконосія вязкістю = 125 спз визначається згідно виразу:

, МПа (1.4)

де: D_Н = 0,102 м – зовнішній діаметр колони НКТ;

D_В = 0,089 м – внутрішній діаметр НКТ (додаток А),

σ_тек = Па – границя текучості для сталі марки Л (додаток А);

К = 1,5 – коефіцієнт запасу міцності;

– втрати напору на тертя рідини в трубах (в курсовому проекті приймаємо в діапазоні 42…85 м), приймаємо = 50 м;

– відносна питома вага рідини розриву, = 950 кг/м³;

– довжина колони НКТ,

Звідси,

Припустимий тиск на гирлі свердловини, в залежності від міцності різьби верхньої частини колони труб на розтяг буде:

Па (1.5)

де: = 785 ×10³ Н – навантаження зрушення для НКТ діаметром 0,102 м із сталі марки Л (дод. А);

К = 1,5 – коефіцієнт запасу міцності;

G = 250×10³ Н – натяг при обв’язці обсадної колони (для всіх варіантів курсового проекту).

Звідси,

Із отриманих двох значень припустимого тиску на гирлі свердловиниприймаємо менше значення (43,95 МПа).

Максимально припустимий тиск на вибої свердловини при буде складати:

(1.6)

Так як, потрібний для розриву тиск розриву на вибої свердловини відповідає вимозі:

, (1.7)

то умова міцності виконується.

Звідси можемо визначити тиск на гірлі свердловини:

, МПа. (1.8)

Так як всі величини у виразі (1.8) відомі, то:

МПа.

Тобто, для здійснення гідравлічного розриву пласта на гирлі свердловини необхідно створити тиск МПа.

При цьому, тиск на гирлі свердловини ( МПа) буде значно нижчий ніж припустимий для обраних труб (згідно додатка А, допустимий внутрішній тиск тиск для НКТ = 0,102 м зі сталі марки Л складає . Отже, розрив можна виконувати через НКТ з діаметром 0,102 м.

Заданий тиск можна забезпечити насосними агрегатами [2]:

– 4АН-700 (тиск подачі – до 70 МП а; продуктивність – до 17,1 л/с);

– УНЦ1-160х500К (Азинмаш-30А) (тиск подачі – до 50 МПа; продуктивність – до 22 л/с);

– АНЦ-320 (максимальний тиск подачі – до 40 МПа; продуктивність – до 26 л/с);

та любою іншою насосною установкою, котра здатна виконувати подібні функції та забезпечувати необхідні технічні показники.

 

1.2 Розрахунок необхідних об’ємів технологічних рідин для поведення ГРП

 

Об’єм рідини-пісконосія залежить: від властивостей рідини, кількості закачуваного до свердловини піску, об’єму природних та утворених тріщин, його концентрації та інших факторів.

За даними, одержаними за останні 10 років нафто-газовидобувними організаціями Полтавської та Сумської обладстей, рекомендується приймати кількість піску, що нагнітається з рідиною при гідророзриві в діапазоні величин: = 4...6 т на одну свердловину.

Приймаємо кількість піску – =5 т.

Концентрація піску в рідині-пісконосії залежить від її в’язкості та темпів її нагнітання до свердловини.

Рекомендується приймати концентрацію наповнювача у рідині згідно даних таблиці 1.1.

Таблиця 1.1 – Дані для вибору концентрації наповнювача

В’язкість рідини-пісконосія	Концентрація наповнювача
10-50 спз	50…150 г/л
50-150 спз	151…300 г/л
150-300 спз	301…500 г/л

 

Зважаючи на те, що в’язкість рідини-пісконосія складає, згідно умов завдання, величину 125 спз, за даними таблиці 1.1 обираємо значення концентрації наповнювача – = 250 г/л = 0,25 т/м³.

Звідси, об’єм рідини-пісконосія, м³, складе величину:

м³. (1.9)

Необхідний об'єм продавлювальнгої рідини, м³:

(1.10)

де: – внутрішній діаметр колони НКТ; для 102 мм труб він складе згідно [дод. А] 89 мм або 0,089 м.

Звідси,

м³.

Об’єм рідини розриву приймається згідно даних додатку Б.

Для умов завдання приймаємо: = 7,13 м³.

Зважаючі на те, що на гирлі свердловини необхідно створити тиск – МПа, згідно додатку В приймаємо для нагнітання рідини до пласта агрегат УНЦ1-160х500К (Азинмаш-30А) [2].

За робочі параметри обираємо наступні:

– діаметр змінного плунжера насоса – 0,1 м;

– швидкість передачі – IV;

– подача нагнітального насоса – 7,0 л/с.

Загальна тривалість процесу гідророзриву визначається за формулою:

с, (1.11)

де: – секундна подача робочої рідини, котра дозволяє подолати поглинальну здатність пласта, = 15 л/с = 15×10^-3 м³/с.

Звідси,

 

1.3 Розрахунок радіусу горизонтальної тріщини

 

Радіус горизонтальної тріщини розраховується за емпіричною формулою:

, м (1.12)

де: – емпіричний коефіцієнт, що залежить від гірського тиску і характеристики гірських порід (наприклад, для свердловин з глибинами до 2300 м, приймається значення =0,035);

– подача робочої рідини, котра дозволяє подолати поглинальну здатність пласта, згідно умов завдання = 15 л/с = 900 л/хв =0,9 м³/хв.;

– час закачуванні рідини розриву:

= хв; (1.13)

– проникність порід; приймаємо згідно завдання = 0,05 д;

– в'язкість рідини розриву, за умовою завдання = 125 спз.

Тоді,

 

1.4 Розрахунок проникливостей горизонтальних тріщин, призабійної зони та дренажної системи

 

Проникність горизонтальних тріщин визначається за формулою:

д. (1.14)

де: w = 1×10^{-3 м – середня ширина горизонтальних тріщин. В курсовому проекті приймається рівною 1}×10^{-3 м.}

Проникність привибійної зони визначається згідно виразу:

д. (1.15)

де: k_П = 0,05 д – проникність пласта (згідно завдання);

h = 7 м – ефективна потужність пласта (згідно завдання);

w = 1×10^{-3 м – ширина тріщини.}

Проникність всієї дренажної системи визначається за виразом:

д. (1.16)

де: R _K – радіус контура живлення свердловини (або середня відстань між двома сусідніми свердловинами, в курсовому проекті приймаємо 250м); r_с = 0,084 м – зовнішній радіус обсадної колони (для всіх завдань курсового проекту);

r = 7,12 м – радіус горизонтальної тріщини

 

1.5 Розрахунок максимального дебіту свердловини після проведення гідравлічного розриву пласта

 

Максимальний дебіт свердловини після гідравлічного розриву з утворенням у призабійній зоні горизонтальних або вертикальних тріщин визначається згідно

виразу:

, см³/сек. (1.17)

де: – проникність всієї дренажної системипісля гідророзриву, приймаємо = 0,107;

– ефективна потужність пласта, см, = 7 м = 700 см.;

– перепад тиску на вибої, МПа;

, (1.18)

Звідси,

=18 – 11,7 = 6,3 МПа;

– динамічна в'язкість нафти, = 10 спз (для всіх завдань курсового проекту),

– радіус горизонтальної тріщини; = 7,12 м.

Тобто, дебіт свердловини після проведення гідророзриву пласта зріс з 1,48 м³/добу до 17,34 м³/добу.

 

1.6 Розрахунок необхідної кількості насосних агрегатів для проведення ГРП

 

За попередніми розрахунками був обраний нагнітальний агрегат УНЦ1-160х500К (Азинмаш-30А) [2] з робочими параметрами:

– діаметр змінного плунжера насоса – 0,1 м;

– швидкість передачі – IV;

– подача нагнітального насоса для забезпечення необхідного тиску розриву – 7,0 л/с.

 

Для прийнятого темпу закачування робочої рідини (секундна подача) 15 л/сек., визначаємо необхідну кількість робочих агрегатів (+ 1 резервний):

агрегата;

Приймаємо 4 агрегата УНЦ1-160х500К (Азинмаш-30А).

Для піску з рідиною використовуємо спеціальний піскозмішувальний агрегат ЦПА, який має бункер на 8 тон.

Для доставки до свердловини робочої рідини використовуємо автоцистерни 4-ЦР ємністю по 10 м³.

Отже, для проведення ГРП на свердловині слід використати наступне обладнання:

а) агрегат УНЦ1-160х500К – 4шт;

б) піскозмішувач 4ПА – 1шт;

в) блок маніфольд БМ – 700 – 1шт;

г) автоцистерна АЦ10 – 5шт.

 

Розрахунок очікуванного ефекту від гідророзриву. Очікуванний ефект від гідророзриву визначається згідно виразу:

раз. (1.19)