Расчет промывки после ГРП

Расчет технологических параметров при проведении ГРП

Расчет проведения ГРП.

Расчет гидравлического разрыва пласта представляет собой достаточно сложную задачу, которая состоит из двух частей: основных характеристик процесса и выбор необходимой техники для его осуществления; определение вида трещины и расчет ее размеров.

Исходные данные:

Эксплуатационная скважина №17 Фроловского месторождения.

Таблица 2.7.1

Показатель	Обозначение	Величина	Размерность
Глубина скважины	L		м
Диаметр по долоту	D	0,168	м
Вскрытая толщина пласта	H	22,7	м
Средняя проницаемость	K	2,7*10-10	м2
Модуль упругости пород	E	2,0*1010	Па
Коэффициент Пуассона	v	0,25
Средняя плотность пород над продуктивным горизонтом	rп	2385,2	кг/м3
Плотность жидкости разрыва	rн		кг/м3
Вязкость жидкости разрыва	m	0,2	Па*с
Концентрация песка	C		кг/м3
Темп закачки	Q	1,2*10-2	м3/с

 

1. Рассчитываем вертикальную составляющую горного давления:

Р_ГВ = r_n ^. g ^. L ^. 10^-6 = 2385,2 ^. 9,81 ^. 2887 ^. 10^-6 = 67,55 МПа

2. Рассчитываем горизонтальную составляющую горного давления:

v 0,25

Р_ГГ = Р_ГВ ^{. ___________} = 67,55 ^{. _______________} = 22,52 МПа

(1 – v) 1- 0,25

 

В данных условиях при ГРП следует ожидать образование вертикальной трещины.

Запроектируем гидроразрыв не фильтрующейся жидкостью. В качестве жидкости разрыва и жидкости песконосителя используем загущенную нефть с добавкой асфальтина, плотность и вязкость в таблице исходных данных. Содержание песка по данным 300 кг / м³, для расклинивания трещины планируем закачку примерно 8 тонн кварцевого песка фракции 0,8 – 1,2 мм, темп закачки по данным 1,2 * 10 ^–2, что больше минимально допустимого при создании вертикальных трещин.

При ГРП непрерывно закачивают жидкость-песконоситель в объеме 10,08 м³ , которая одновременно является и жидкостью разрыва.

3.

5,25 . . (1 – v2) 2

РЗАБ РГГ

Рассчитаем забойное давление разрыва пласта:

.

=

Е Р ГГ

=

- 1

.

Р_ЗАБ ^{3 3 2 2} Q ^.m

Р_ГГ Р _ГГ

0,000502

=

=

5,25 ^. (2 ^. 10¹⁰ )^2. 0,012 ^. 0,2 0,0504 ^. 10 ²⁰

(1 – 0,25²)^2. (22,52^. 10⁶)^2. 22,52 ^. 10⁶ 10038,012 ^. 10¹⁸

	РЗАБ = 24,3 МПа

= 1,079

Р_ЗАБ

22,52

4. При закачке жидкости –песконосителя давление на устье скважины

Р _У = Р_ЗАБ - r _жп ^. g ^. L + Р_{ТР ,}

Где r _жп - плотность жидкости - песконосителя, кг/м³

r _жп = r _н ^. (1 - b _П) + r ^. b _П,

где r _н - плотность жидкости разрыва, кг/м³

r - плотность песка, кг/м³ (2500 кг/м³)

b _П - объемная концентрация песка в смеси

С / r 300 / 2500

b _П = = = 0,107

С / r + 1 300/2500 + 1

r_жп = 930 ^. (1-0,107) + 2500 ^. 0,107 = 1098 кг / м³

 

Потери давления на трение жидкости-песконосителя:

8 ^. l ^. Q ^{2 .} L ^. r _П

Р_ТР =,

p ^2. d ⁵_ВН

где l - коэффициент гидравлических сопротивлений

64 4^. Q ^. r _жп

l = R_e =,

R_e p ^2. d _вн ^. m _жп

m _жп – вязкость жидкости с песком,Па*с

m _жп = m ^. exp ^. (3.18 ^. b_П )

m _жп = 0,2^. exp ^. (3,18 ^. 0,107) = 0,281

4 ^. 0,012 ^. 1098 52,704

R_e = = = 964

3,14 ^. 0,062 ^. 0.281 0,0547

 

Коэффициент гидравлического сопротивления

l = = 0,066

Тогда,

8 ^. 0,066 ^. 0,012 ^2. 2887 ^. 1098 241,0158

Р_ТР = = = 27 МПа

3,14 ^2. 0,062 ⁵ 0,000009

 

Учитывая, что R_e = 964 >200, потери на трение составят:

Р _ТР = 1,52 ^. Р_ТР = 1,52 ^. 27 = 41,04 МПа

Давление на устье скважины при закачке жидкости-песконосителя:

Р_Y = 24,3 – 1098 ^. 9,81^. 2887 ^. 10^-6 + 41,04 = 34,24 МПа

5. Рабочие жидкости в скважину закачивают насосными агрегатами 4АН-700.

Таблица 2.7.1.1

Скорость	Подача, м3/с	Давление, МПа
	0,0063	71,9
	0,0085	52,9
	0,012	37,4
	0,015	29,8

 

При работе агрегата 4АН-700 на III скорости Р_Р = 37,4 Мпа, а Q _p = 0,012 м³/с.

Необходимое число насосных агрегатов:

P_Y ^. Q 34,2 ^. 0,012

N = + 1 = + 1 = 2,83

Р_Р ^. Q_P ^. K _TC 37,4 ^. 0,012 ^. 0,5

где Р_Р - рабочее давление агрегата;

Q_P – подача агрегата при данном Р_Р;

K _TC - коэффициент технического состояния агрегата K _TC = 0,5-0,8

6. Необходимый объем продавочной жидкости (при закачке в НКТ):

Vп = 0,785 ^. d²_ВН ^. L = 0,785 ^. 0,062 ^2. 2887 ^. 1,2 = 10,08 м³

7. Объем жидкости для осуществления гидроразрыва (жидкость разрыва и жидкость-песконоситель):

Q_П 8000

V_ж = = = 26,7 м ³

С 300

8. Суммарное время работы одного агрегата 4АН-700 на III скорости:

V_ж + V_п 26,7 + 10,08

t = = = 3065 c. или 51 мин.

Qр 0,012

 

Расчет размеров трещин:

1. Вычисляем длину вертикальной трещины.

V ж . Е 5,6 . (1- v)2. Н . (РЗАБ - РГГ)

l = =

 

= = = 64,8 м.

 

2. Рассчитываем раскрытость трещины:

4 ^. (1- v)^2. 1 ^. (Р_ЗАБ – Р_ГГ)

w_o = =

Е

4 ^. (1-0,25)^2. 64,8 ^. (24,3-22,52) 259,524

= = = 0,013 м или 1,3 см.

2,0 ^. 10 ⁴ 20000

 

Таким образом, в результате проведения гидроразрыва в данной скважине образуется вертикальная трещина длиной 64,8 метров и шириной на стенке скважины 1,3 см.

 

Расчет промывки после ГРП.

Одним из основных условий эффективности проведения геолого-технических мероприятий является качественная очистка ствола и забоя промывкой скважины. Для наиболее оптимального проведения данной работы необходимо выполнить технологический расчет, который состоит в определении продолжительности промывки, потерь напора, давления на выкиде промывочного насоса, затрачиваемой мощности.

При промывке скорость восходящего потока жидкости должна быть больше скорости свободного падения наиболее крупных частиц песка в этой жидкости.

Исходные данные:

Эксплуатационная скважина №17 Фроловского месторождения.

Таблица 2.7.2

Показатель	Обозначение	Величина	Размерность
Глубина скважины	Н		м
Диаметр эксплуатационной колонны	DК	168 х 8,9	мм
Диаметр промывочных труб	dH	73 х 5,0	мм
Максимальный размер зерен	а	1,2	мм
Кинематическая вязкость нефти	n	0,4 * 10-4	м2/с
Плотность нефти	rн		кг/м3
Пористость песчаной пробки	m	0,3
Высота песчаной пробки	l		м
Плотность песчаной пробки	rп		кг/м3
Плотность промывочной жидкости	rж		кг/м3
Длина нагнетательной линии	L		м

 

Промывка ведется промывочным агрегатом АзИНМаш – 32.

Прямая промывка водой.

Гидравлические потери давления при движении жидкости внутри промывочных труб находятся по формуле (4) для всех скоростей агрегата.

, (Па) (4)

где: l - коэффициент гидравлического сопротивления (табл. 2.7.2.5);

H - глубина скважины, м;

d_в - внутренний диаметр промывочных труб, м;

v_H - скорость нисходящего потока жидкости, м/с (табл. 2.7.2.1);

r_ж – плотность жидкости, кг/м³ .

На первой скорости:

2887 1,185^2. 1000

p₁^I = 0,035 ^{. .} = 1,13 МПа;

0,063 2

На второй скорости:

2887 1,840^2. 1000

p₁^II = 0,035 ^{. .} = 2,7 МПа;

0,063 2

На третьей скорости:

2887 3,03^2. 1000

p₁^III = 0,035 ^{. .} = 7,4 МПа;

0,063 2

На четвертой скорости:

2887 4,7^2. 1000

p₁^IV = 0,035 ^{. .} = 17,7 МПа.

0,063 2

Аналогично по формуле (5), находятся гидравлические потери давления при движении смеси жидкости с песком в кольцевом пространстве скважины:

, (Па) (5)

где φ = 1,1-1,2 -коэффициент, учитывающий повышение гидравлического сопротивления от содержания песка в жидкости;

λ - коэффициент гидравлического сопротивления при движении воды в кольцевом пространстве (определяется по диаметру труб, эквивалентному разности диаметров D и d _н);

D – наружный диаметр эксплуатационной колонны, м;

d _н - наружный диаметр промывочных труб, м;

υ_в - скорость восходящего потока жидкости в кольцевом пространстве, м/с (табл. 2.7.2.2).

На первой скорости:

 

2887 0,265^2. 1000

p₂^I = 0,034 ^. 1,2 ^{. .} = 0,05457 МПа;

0,1502 – 0,073 2

На второй скорости:

 

2887 0,412^2. 1000

p₂^II = 0,034 ^. 1,2 ^{. .} = 0,1295 МПа;

0,1502 – 0,073 2

На третьей скорости:

 

2887 0,687^2. 1000

p₂^III = 0,034 ^. 1,2 ^{. .} = 0,360 МПа;

0,1502 – 0,073 2

На четвертой скорости:

 

2887 1.052^2. 1000

p₂^IV = 0,034 ^. 1,2 ^{. .} = 0,8443 МПа.

0,1502 – 0,073 2

Потери давления для уравновешивания разности удельных весов жидкости в трубах и в затрубном пространстве находится по формуле К. А. Апресова (6).

, (6)

где m – пористость песчаной пробки (m = 0,3÷0,45);

F -площадь сечения обсадной колонны, м²;

l - высота промытой песчаной пробки по длине одной трубы или одного колена труб, м;

f - площадь сечения кольцевого пространства при прямой промывке и площадь сечения промывочных труб при обратной промывке, м²;

ρ _н - плотность песка, кг/м³ (для кварцевого песка ρ_н = 2650÷2700кг/м³);

ρ _ж - плотность промывочной жидкости, кг/м³;

ω - скорость свободного падения частиц песка и жидкости, м/с (табл. 2.7.2.3);

v _в - скорость восходящего потока, м/с.

 

 

На первой скорости:

 

р₃^I = = 0,0559 МПа;

 

На второй скорости:

 

р₃^II = = 0,099 МПа;

 

На третьей скорости:

 

р₃^III = = 0,1265 МПа;

На четвертой скорости:

 

р₃^IV = = 0,143 МПа.

Гидравлические потери давления в шланге и вертлюге находятся по опытным данным (табл. 2.7.2.4).

На первой скорости: р₄ ^I = 0,0572 МПа;

На второй скорости: р₄ ^II = 0,145 МПа;

На третьей скорости: р₄ ^III = 0,407 МПа;

На четвертой скорости: р₄ ^IV = 0,844 МПа.

Гидравлическое сопротивление в нагнетательной линии p ₅ от насоса до шланга определяется аналогично сопротивлению в промывочных трубах диаметр нагнетательной принимается равным диаметру промывочных труб. (формула 4).

, (Па) (4)

На первой скорости:

40 1,185 ^{2 .} 1000

р₅ ^I = 0,035 ^{. .} = 0,0156 МПа;

0,063 2

 

На второй скорости:

40 1,840 ^2. 1000

р₅ ^II = 0,035 ^{. .} = 0,0376 МПа;

0,063 2

На третьей скорости:

40 3,03 ^2. 1000

р₅ ^III = 0,035 ^{. .} = 0,1020 МПа;

0,063 2

На четвертой скорости:

40 4.7 ^2. 1000

р₅ ^IV = 0,035 ^{. .} = 0,2454 МПа

0,063 2

 

Давление на выкиде насоса на различных скоростях находится по формуле (7).

Р _н =p _общ =p₁ + p₂+ p₃+p₄+p₅. (7)

Р_н ^I = 1,13 + 0,05457 + 0,0559 + 0,0572 +0,0156 = 1,31 Мпа;

Р_н ^II = 2,7 + 0,1295 + 0,099 + 0,145 +0,0376 = 3,11 МПа;

Р_н ^III = 7,4 + 0,360 + 0,1265 + 0,407 + 0,1020 = 8,39 МПа;

Р_н ^IV = 17,7 + 0,8443 + 0,143 + 0,844 + 0,2454 = 19,78 МПа.

Давление на забой скважины определяется по формуле (8):

Р _заб = . (8)

 

2887 ^. 10 ^3. 9,81

Р_заб^I = + 0,05457 + 0,0559 = 28,43 МПа;

10 ⁶

2887 ^. 10 ^3. 9,81

Р_заб^II = + 0,1295 + 0,099 = 28,55 МПа;

10 ⁶

2887 ^. 10 ^3. 9,81

Р_заб^III = + 0,360 + 0,1265 = 28,81 МПа;

10 ⁶

2887 ^. 10 ^3. 9,81

Р_заб^IV = + 0,8443 + 0,143 = 29,31 МПа.

10 ⁶

Мощность, необходимая для промывки песчаной пробки вычислим по формуле (9):

N = P _н Q / η_а, (9)

где Q - производительность насоса в л/с;

η_а- общий механический к. п. д. промывочного агрегата.

 

1,31 ^. 10^6. 3,58 ^. 10 ^-3

N^I = = 6,89 кВт.;

10 ^3. 0,68

3,11 ^. 10^6. 5,56 ^. 10 ^-3

N^II = = 25,43 кВт.;

10 ^3. 0,68

 

8,39 ^. 10^6. 9,15 ^. 10 ^-3

N^III = = 112,89 кВт.;

10 ^3. 0,68

19,78 ^. 10^6. 14,2 ^. 10 ^-3

N^IV = = 413,05 кВт.

10 ^3. 0,68

 

Агрегат АзИНМаш – 32 имеет максимальную мощность 110 кВт., поэтому работа на третьей и четвертой скоростях невозможна.

Коэффициент использования максимальной мощности промывочного агрегата (%) рассчитывается по формуле (10)

K _а = . (10)

6,89 ^. 100

К_а^I = = 6,3 %;

25,43 ^. 100

К_а^II = = 23,1 %.

 

Скорость подъема размытого песка определим оп формуле (1):

υ _п = υ _в – ω, (1)

где υ _п - скорость подъема песчинок

υ _в - скорость восходящего потока жидкости;

ω - скорость падения наиболее крупных частиц в жидкости.

v_П^I = 0,265 – 0,1102 = 0,155 м/с;

v_П^II = 0,412 – 0,1102 = 0,302 м/с.

Время t необходимое для подъема размытой песчаной пробки на поверхность с глубины Н определим по формуле (2):

t=H/ υ _п (2)

t^I = = 310 мин.;

0,155 ^. 60

t^II = = 159 мин.

0,302 ^. 60

Обратная промывка водой.

Гидравлические потери давления при движении смеси жидкости с песком в кольцевом пространстве скважины определим по формуле (11):

. (Па) (11)

 

2887 0,265 ^2. 1000

p₁^I = 0,034 ^{. .} = 0,0446 МПа;

0,1502 – 0,073 2

2887 0,412 ^2. 1000

p₁^II = 0,034 ^{. .} = 0,107 МПа;

0,1502 – 0,073 2

2887 0,687 ^2. 1000

p₁^III = 0,034 ^{. .} = 0,300 МПа;

0,1502 – 0,073 2

2887 1,052 ^2. 1000

p₁^IV = 0,034 ^{. .} = 0,703 МПа.

0,1502 – 0,073 2

 

Гидравлические потери давления при движении смеси жидкости с песком внутри промывочных труб определим по формуле (12):

, (Па) (12)

 

2887 1,185 ^2. 1000

p₂^I = 0,035 ^. 1,2 ^{. .} = 1,3513 МПа;

0,063 2

 

2887 1,840 ^2. 1000

p₂^II = 0,035 ^. 1,2 ^{. .} = 3,2580 МПа;

0,063 2

 

2887 3,03 ^2. 1000

p₂^III = 0,035 ^. 1,2 ^{. .} = 8,8351 МПа;

0,063 2

 

2887 4,7 ^2. 1000

p₂^IV = 0,035 ^. 1,2 ^{. .} = 21,2579 МПа.

0,063 2

Потери давления для уравновешивания разности удельных весов жидкости в трубах и в затрубном пространстве найдем по формуле К.А. Апресова (6):

р₃^I = = 0,2472 МПа;

 

р₃^II = = 0,4310 МПа;

р₃^III = = 0,5637 МПа;

 

р₃^IV = = 0,6327 МПа.

Гидравлическими потерями в шланге и вертлюге при обратной промывке можно пренебрегать.

Потери давления в нагнетательной линии будут такие же, что и при прямой промывке.

p₅^I = 0,0156 МПа;

p₅^II = 0,0376 МПа;

p₅^III = 0,1020 МПа;

p₅^IV = 0,2454 МПа.

Давление на выкиде насоса на различных скоростях определяем по формуле (7):

Р_н ^I = 0,0446 + 1,3513 + 0,2472 + 0,0156 = 1,66 МПа;

Р_н ^II = 0,107 + 3,2580 + 0,4310 + 0,0376 = 3,83 МПа;

Р_н ^III = 0,300 + 8,8351 + 0,5637 + 0,1020 = 9,80 МПа;

Р_н ^IV = 0,703 + 21,2579 + 0,6327 + 0,2454 = 22,84 МПа.

Давление на забой скважины определяется по формуле (8):

Р _заб = . (8)

 

2887 ^. 10 ^3. 9,81

Р_заб^I = + 1,3513 + 0,2472 = 29,92 МПа;

10 ⁶

2887 ^. 10 ^3. 9,81

Р_заб^II = + 3,2580 + 0,4310 = 32,01 МПа;

10 ⁶

2887 ^. 10 ^3. 9,81

Р_заб^III = + 8,8351 + 0,5637 = 37,72 МПа;

10 ⁶

2887 ^. 10 ^3. 9,81

Р_заб^IV = + 21,2579 + 0,6327 = 50,21 МПа.

10 ⁶

Мощность, необходимую для промывки песчаной пробки вычислим по формуле (9):

1,66 ^. 10^6. 3,58 ^. 10 ^-3

N^I = = 8,74 кВт.;

10 ^3. 0,68

 

3,83 ^. 10^6. 5,56 ^. 10 ^-3

N^II = = 31,32 кВт.;

10 ^3. 0,68

 

9,80 ^. 10^6. 9,15 ^. 10 ^-3

N^III = = 131,87 кВт.;

10 ^3. 0,68

 

22,84 ^. 10^6. 14,2 ^. 10 ^-3

N^IV = = 476,95 кВт.

10 ^3. 0,68

 

Работа на третьей и четвертой скоростях невозможна.

Коэффициент использования максимальной мощности промывочного агрегата (%) рассчитаем по формуле (10):

8,74 ^. 100

К_а^I = = 7,9 %;

 

31,32 ^. 100

К_а^II = = 28,5 %.

Скорость подъема размытого песка рассчитаем оп формуле (1):

v_П^I = 1,185 – 0,1102 = 1,07 м/с;

v_П^II = 1,840 – 0,1102 = 1,73 м/с.

Время t необходимое для подъема размытой песчаной пробки на поверхность с глубины Н определим по формуле (2):

t^I = = 45 мин.;

1,07 ^. 60

 

t^II = = 28 мин.

1,73 ^. 60

 

Справочные таблицы.

 

Скорость движения жидкости в промывочных трубах в м/с.

Таблица 2.7.2.1

Расход жидкости, л/с	Наружный диаметр промывочных труб, мм
	0,495	0,331	0,22	0,12
	0,999	0,662	0,44	0,252
	1,485	0,993	0,66	0,378
	1,985	1,324	0,88	0,504
	2,475	1,655	1,1	0,66
	2,97	1,986	1,32	0,756
	3,465	2,317	1,54	0,882
	3,96	2,648	1,76	1,008
	4,95	3,31	2,2	1,26
	7,426	4,966	3,3	1,89

 

 

Скорость движения жидкости в кольцевом пространстве υ_в в м/с.

Таблица 2.7.2.2

Расход жидкости, л/с	Наружный диаметр эксплуатационной колонны, мм.
Наружный диаметр промывочных труб, мм.
	0,12	0,27	0,10	0,12	0,07	0,07	0,09	0,05	0,05	0,06	0,07	0,03	0,04	0,04	0,05
	0,39	0,53	0,20	0,23	0,14	0,15	0,18	0,09	0,10	0,11	0,15	0,07	0,07	0,08	0,09
	0,59	0,8	0,30	0,35	0,2	0,22	0,26	0,14	0,15	0,17	0,22	0,10	0,10	0,11	0,14
	0,79	1,06	0,40	0,46	0,27	0,3	0,35	0,2	0,20	0,22	0,29	0,14	0,14	0,15	0,18
	0,98	1,33	0,50	0,58	0,34	0,37	0,44	0,24	0,25	0,28	0,37	0,17	0,18	0,19	0,23
	1,18	1,6	0,60	0,69	0,41	0,45	0,52	0,28	0,30	0,34	0,44	0,20	0,21	0,23	0,27
	1,38	1,86	0,70	0,81	0,47	0,52	0,61	0,33	0,35	0,39	0,51	0,24	0,25	0,27	0,32
	1,58	2,13	0,80	0,92	0,54	0,59	0,7	0,38	0,40	0,45	0,58	0,27	0,28	0,30	0,36
	1,97	2,66	1,0	1,15	0,68	0,74	0,87	0,47	0,50	0,56	0,73	0,34	0,35	0,38	0,45
	2,95	3,99	1,50	1,73	1,01	1,11	1,31	0,71	0,75	0,84	1,1	0,51	0,53	0,57	0,68

 

Критическая скорость падения частичек ω.

Таблица 2.7.2.3

Максимальный размер зерен, мм	Скорость свободного падения, м/с	Максимальный размер зерен, мм	Скорость свободного падения, м/с · 104	Максимальный размер зерен, мм	Скорость свободного падения, м/с · 104
0,01	0,0001	0,23	0,028		0,095
0,03	0,0007	0,25	0,03	1,2	0,1102
0,05	0,0019	0,3	0,035	1,4	0,1254
0,07	0,0036	0,35	0,0397	1,6	0,14
0,09	0,006	0,4	0,0444	1,8	0,149
0,11	0,009	0,45	0,049		0,157
0,13	0,0126	0,5	0,0535	2,2	0,165
0,15	0,0167	0,6	0,0625	2,4	0,172
0,17	0,0214	0,7	0,0707	2,6	0,179
0,19	0,0239	0,8	0,0789	2,8	0,186
0,21	0,026	0,9	0,087		0,192