Впоследние годы в отечественнойпрактике добычи нефти и газа ак-тивно используется гидравличе-

ский разрыв пласта (ГРП). В ЗападнойСибири освоение ГРП начато в конце 80-х годов и в настоящее время выполненоболее 5000 операций практически навсех месторождениях. Интенсивное вне-дрение этого сложного и дорогостояще-го метода на многих предприятиях про-исходило при техническом, технологи-ческом и методическом обеспечении состороны зарубежных фирм при слабомучете особенностей строения и состоя-ния разработки месторождений. ВначалеГРП выполняли специализированныефирмы по заказам нефтегазодо-бывающих предприятий без глу-бокого научного обоснованиявыбора скважин и анализа ре-зультатов, что фактически ис-ключало возможность как совер-шенствования технологии про-ектирования и выполнения ГРП,так и разработки методик выбо-ра объектов (участков, скважин)для его проведения.

В ОАО “Сургутнефтегаз” вне-дрение ГРП было организовано сучетом известного негативногоопыта на основе принципа вы-полнения всех работ по реализа-ции ГРП собственными силами смаксимальным привлечениемпередового отечественного имирового опыта. Начиная с 1993г. на месторождениях выполненоболее 1000 ГРП с возрастающи-

ми темпами внедрения (рис. 1). В настоя-щее время имеющиеся технические воз-можности позволяют выполнять более300 скважино-операций в год.

Анализ режимов работы скважин до ипосле ГРП показал, что определенная порекомендованным в работе [1] характе-ристикам вытеснения потенциальнаядополнительная добыча нефти со време-нем возрастает, а доля низкоэффектив-ных ГРП уменьшается (рис. 1). Прове-денные исследования выявили стимули-рующее воздействие ГРП в добывающейскважине на режимы работы соседнихскважин [2], что противоречит результа-там расчетов в рамках большинства су-

ществующих моделей; доля добычи изокружающих скважин составляет 30 -40% в величине дополнительной нефтипо участку [2].

Дополнительная добыча нефти от про-ведения ГРП в нагнетательных скважинахна 30% выше, чем в добывающих (рис. 2).Это обусловлено более сильным влияни-ем достигаемого в результате ГРП увели-чения дебита нагнетательной скважинына режим дренирования участка при рав-ных с добывающими скважинами кратно-стях прироста продуктивности. В резуль-тате ГРП в нагнетательных скважинах ре-ализуется интенсивное воздействие наудаленные застойные зоны с малопод-

вижными запасами, активизи-руется дренирование низко-продуктивных прослоев. В ре-зультате ГРП в нагнетательнойскважине увеличивается ско-рость движения вытесняющегоагента, что сопровождаетсяуменьшением остаточнойнефтенасыщенности в коллек-торах промытой зоны иповышением коэффициентанефтеизвлечения [3].

Положительное влияниеГРП в отдельных добывающихи нагнетательных скважинахна режимы работы окружаю-щих скважин в большей сте-пени должно усиливаться прикомплексном совместномпроведении ГРП в близко рас-положенных друг от другаскважинах обоих типов на

52

УДК 622.276.66 © Коллектив авторов, 2001

Особенности применения ГРП на месторожденияхОАО “Сургутнефтегаз”Н.Я.Медведев,

В.Г.Шеметилло (ОАО “Сургутнефтегаз”),

Г.А. Малышев, В.П. Сонич,

А.Я. Лушников (ТО “СургутНИПИнефть”)

Application features of hydraulic formationbreakdown at the oilfields

of OAO Surgutneftegaz N.Ya. Medvedev,

V.G. Shemetillo (OAO Surgutneftegaz),

G.A. Malyshev, V.P. Sonich,

A.Ya. Lushnikov (TO SurgutNIPIneft)

Well operations conditions before and after hydraulic formationbreakdown (HFB) have been analyzed. Positive stimulant effect of HFBin producing well on operation conditions in neighboring wells hasbeen established, this being in contrast with calculation results using themajority of existing models. Criteria of primary well choice for HFBused in OAO Surgutneftegaz have been given. Forecast of perspectivewell stock HFB realization has been carried out.

Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений

Рис.1. Динамика объемов проведения работ по ГРП в ОАО “Сургутнефтегаз”

53

Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений

больших участках залежи. Это подтвер-ждает опыт применения ГРП в скважи-нах, эксплуатирующих пласты БС10 иБС11: в результате комплексного прове-дения ГРП в добывающих и нагнетатель-ных скважинах резко улучшились режи-мы дренирования обеих залежей в це-лом (рис. 3). Следует отметить увеличе-ние во времени после ГРП относитель-ного дебита как жидкости, так и нефти,тогда как до ГРП он уменьшался. Наблю-даемый синергетический эффект обу-словлен активным вовлечением в режимдренирования нефти в удаленных зонахс ухудшенными коллекторскими свойст-вами в результате взаимного воздейст-вия на них процессов нагнетания и от-бора. Это показывает, что эффектив-ность ГРП зависит от выбора участкаскважин, который должен основыватьсяна учете состояния не только скважины– кандидата для ГРП, но и состояния раз-работки всего участка в целом.

Анализ результатов ГРП, выполненныхна месторождениях как ОАО “Сургутнеф-тегаз”, так и соседних предприятий [4],показал, что низкая эффективность ГРПобусловлена ошибками в выборе сква-жин-кандидатов и проектированием тех-нологических операций без учета осо-бенности строения пласта и состоянияразработки прилегающего к скважинеучастка, а также отступлениями от про-ектных решений при проведении работ.В связи с этим в ОАО “Сургутнефтегаз” внастоящее время практикуется двухсту-пенчатая система отбора скважин - кан-дидатов для выполнения ГРП. На стадиипредварительного отбора принимаютсяскважины, характеристики которых со-

ответствуют набору критериев, разрабо-танных на основе комплексного анализагеологического строения пластов, состо-яния скважины и разработки участка за-лежи, технологии проведения и технико-экономических результатов выполнен-ных ранее ГРП [5].

Добывающие скважины: нефтена-

сыщенная толщина пласта hн – не менее

3 м; потенциальный дебит (максималь-

ный дебит за всю историю эксплуата-

ции) – не менее 10 т/сут; начальная неф-

тенасыщенность Kн>0,4+0,15⋅(1- );

толщина перекрывающих и подстилаю-

щих экранов – не менее 3 м; отношение

текущего пластового давления к

начальному – не менее 0,9; состояние це-

ментного камня в интервале перфора-

ции ±20 м – хорошее; скважина не долж-

на иметь заколонных перетоков; накоп-

ленная добыча нефти по скважине Qн

должна отвечать соотношению

[Qн/(151,1⋅hн⋅Кп⋅Kн)]<(0,3⋅αпс), (Кп – по-

ристость); обводненность продукции не

более 50%; зенитный угол ствола скважи-

ны в интервале пласта – не более 10°; об-

водненность окружающих добывающих

скважин – не более 70%. Нагнетательныескважины: нефтенасыщенная толщина

пластов окружающих добывающих сква-

жин – более 5 м; начальная нефтенасыщен-

ность коллекторов в окружающих добываю-

щих скважинах Kн>0,45+0,15(1- );

накопленная компенсация закачки во-

ды - не более 0,9; толщина перекрываю-

щих и подстилающих экранов – более

3 м; состояние цементного камня в ин-

тервале пласта ±20 м – хорошее; скважи-

на не должна иметь межколонных перето-

ков; суммарная накопленная добыча неф-

ти по окружающим добывающим скважи-

нам должна отвечать соотношению

(n – число добывающих окружающихскважин; αпс – среднее значение диффу-зионно-адсорбционного потенциала поокружающим добывающим скважинам);αпс – среднее значение диффузионно-адсорбционного потенциала по окружа-ющим добывающим скважинам; средняяамплитуда αпс пласта в нагнетательнойскважине – более 0,7; удельная приеми-стость скважины – не менее 20⋅αпс/мперфорированной толщины.

Рис.2. Эффективность применения ГРП в добывающих (а) и нагнетательных (б) скважинах

Рис.3. Изменение во времени отношения текущего дебита к дебиту до ГРП для участка после ГРПпо пласту БС10 (а) и после проведения ГРП и ввода системы ППД по пласту БС11 (б) Западно-Сур-гутского месторождения

54

Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений

Критериальная форма предварительныхтребований позволяет провести оператив-ную выборку скважин-кандидатов, устра-нить субъективный фактор выбора и рез-ко повысить его скорость. Рекомендуемыедля выполнения ГРП скважины анализиру-ются дополнительно с оценкой степенивлияния ГРП в них на режим эксплуатацииучастка, проведением дополнительныхгидродинамических и геофизических ис-следований и на основании этого прини-мается окончательное решение.

Использование критериев предвари-тельного выбора позволило снизитьчисло низкоэффективных ГРП и, чтоособенно важно, дало возможность пер-спективного планирования развитиятехнологии ГРП. Так, машинная выборкаскважин, отвечающих всем требованиямпо критериям, но с уменьшенными огра-ничениями на толщину глинистых экра-нов до нижележащего водоносного и вы-шележащего газоносного пластов, опе-ративно дает оценку потребности в раз-витии технологий ГРП с предупреждени-ем возможности прорыва по созданнойтрещине газа или воды (изоляционныеГРП). Выборка скважин с толщиной пла-ста, превышающей предусмотреннуюкритериями, позволяет оценить степеньнеобходимости развития многоэтапныхГРП и т.д. На основе такого подхода вОАО “Сургутнефтегаз” разработана про-

грамма перспектив развития ГРП на пе-риод до 2015 г., учитывающая потреб-ность в новых технологиях, которыеразрабатываются и испытываются в на-стоящее время.

Эффективность ГРП определяется пара-метрами созданной трещины. Установле-но, что для условий месторождений ОАО“Сургутнефтегаз” кратность прироста де-бита скважин и дополнительная добычанефти возрастают с увеличением шири-ны закрепленной трещины [6]. Послед-нее возможно в результате повышенияконцентрации пропанта в геле на заклю-чительной стадии закрепления трещины.Таким образом, эффективность ГРП зави-сит от совершенствования методик про-ектирования технологических операций.В настоящее время проектирование тех-нологии ГРП на месторождениях ОАО“Сургутнефтегаз” выполняется на основепрограммного комплекса Mfrac-III и про-граммы ТО “СургутНИПИнефть”. Преи-мущество первого состоит в наличииразвитой системы представления резуль-татов расчетов, преимущество второй -возможность оперативной корректиров-ки модели расчета параметров создавае-мой и закрепляемой трещины, методикрасчета утечки жидкости в пласт, реоло-гических характеристик технологиче-ских жидкостей и т.д. Сравнение расчет-ных и фактических параметров техноло-

гии выполнения ГРП и размеров создан-ных трещин показывает, что точностьрасчетов во многом зависит от степенидостоверности используемой моделипласта [2, 5]. Хорошая сходимость рас-четных и фактических параметров дос-тигается при использовании многослой-ных моделей пласта с указанием упругихсвойств отдельных прослоев, определен-ных методом скважинной широкополос-ной акустики [7] или с помощью разрабо-танной на основе обработки лаборатор-ных данных методики [8], а также кор-ректно определенных фильтрационно-емкостных свойств коллектора, реологи-ческих параметров технологическихжидкостей [8].

Улучшение качества моделирования ипроектирования технологии ГРП позво-лило увеличить концентрацию пропантана заключительной стадии закреплениятрещин от 500 - 600 кг/м3 в первые годыприменения ГРП до 1000 - 1200 кг/м3 внастоящее время без увеличения долинеуспешных ГРП. В этих условиях рента-бельным оказывается проведение по-вторных ГРП в скважинах по новой тех-нологии, что позволяет превысить дос-тигнутые при первом разрыве дебитыскважин (табл. 1). Анализ характеристиквытеснения показывает (рис. 4), что в ре-зультате первого и повторного ГРП в на-гнетательных и добывающих скважинах

55

Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений

коэффициент нефтеизвлечения увеличи-вается. Это обусловлено уменьшениемостаточной нефтенасыщенности в ре-зультате повышения скорости вытесне-ния.

Увеличение добычных возможностейскважин после повторного ГРП свиде-тельствует о том, что снижение во време-ни дебита скважины после ГРП обуслов-лено ухудшением проводимости трещиниз-за накопления между зернами про-панта частиц глины и песка, поступаю-щих из пласта. Поэтому на Быстринскомместорождении (пласт ЮС2) были про-ведены испытания методов очистки тре-щин от загрязнений и восстановления ихпроводимости по технологии, успешноприменяемой при ОПЗ скважин. Полу-ченные результаты показали (табл. 2),что кислотные обработки способны вос-становить проводимость трещин до 60 -90% начального потенциала, т.е. перио-дическая очистка трещин повышает эф-фективность ГРП.

При выполнении ГРП по традиционнойтехнологии происходит проникновениетрещины в глубь экранов, а при неболь-шой толщине экранов в кровле или по-дошве пласта – нарушение их герметич-ности. В последующем при эксплуатациискважин это приводит к прорыву водыили газа по трещине на забой и уменьше-нию дебитов нефти. Одним из способовпредупреждения подключения нежела-тельных прослоев является заполнение впроцессе гидроразрыва нерабочей частитрещины композициями, которые современем приобретают ярко выражен-ные изолирующие свойства. Основнаяособенность проектирования таких изо-ляционных ГРП заключается в подборережимов подачи технологических ком-позиций (изолирующего состава и следу-ющего за ним геля, содержащего про-пант) таким образом, чтобы обеспечитьзаполнение пропантом только опреде-ленной части трещины, в пределах неф-теносного пласта, а остальную часть за-полнить изолирующим составом. Дляпредупреждения поступления воды изнижележащего прослоя с экраном малойтолщины в качестве изолирующего со-

става использовали там-понажный цементныйраствор, который зака-чивали в трещину в на-чале ее развития длясоздания оторочки. Из-за существенного разли-чия плотностей цемент-ного раствора и подава-емого следом геля пер-вый заполнял преиму-

щественно нижнюю часть создаваемойтрещины.

Результаты проведения изоляционныхГРП в добывающих и нагнетательныхскважинах показали (табл. 3), что началь-ная кратность прироста дебита во всехскважинах близка к аналогичным показа-телям традиционных гидроразрывов исоставляла 1,5 – 4 раза. Повышение об-водненности после ГРП отмечено лишь в20% всех добывающих скважин, что сви-детельствует об успешности изоляциивскрытых трещиной водоносных гори-зонтов. Средняя потенциальная допол-нительная добыча нефти на один ГРП со-ставляет 9,2 тыс. т, что сопоставимо с ееоцениваемым значением по обычнойтехнологии. Более чем в 27% скважин от-мечается снижение обводненности, чтоможно объяснить блокированием суще-ствовавших ранее путей поступления во-ды из выше- и нижележащих водоносныхгоризонтов в результате заполнения изо-лирующим составом существовавших ра-нее каналов прорыва воды. Это показы-вает, что использование оторочек изоля-ционных материалов обеспечивает на-дежную изоляцию трещины, предотвра-щая возможность поступления подош-венных вод в скважину и дает возмож-ность для ликвидации заколонных пере-токов.

В пластах толщиной более 15 м и с вы-сокой расчлененностью очень часто вы-сота закрепленной трещины разрываменьше толщины пласта. Это обусловле-но тем, что в слоистом пласте трещиныобразуются сначала в прослое с наи-меньшим давлением начала разрыва (какправило, это наиболее проницаемыепрослои), в последующем ее вертикаль-ное развитие определяется разностьюдавления жидкости в трещине и боково-го горного давления в прослоях; при на-личии прослоя с высоким коэффициен-том Пуассона развитие трещины в этомнаправлении уменьшается или блокиру-ется. После завершения ГРП и остановкиагрегатов происходят утечка жидкостииз трещины в проницаемые прослои, су-жение трещины и уплотнение пропанта,причем наиболее интенсивное сужение

наблюдается в прослоях с наибольшимзначением коэффициента Пуассона, ча-ще в глинах. Это приводит к выдавлива-нию не потерявшей текучести смеси геляс пропантом в более широкие части тре-щины с проницаемыми для геля стенка-ми, смыканию трещины в этих интерва-лах и ее распаду на систему гидродина-мически слабосвязанных отдельных час-тей. Поэтому в таких случаях проводятсяселективные или поэтапные ГРП, кото-рые проектируются с учетом различиядавления начала разрыва отдельных про-слоев. Опытные работы по применениюселективных ГРП в скважинах, эксплуа-тирующих пласт БС10 Конитлорского ме-сторождения, показали, что прирост де-битов по ним более чем 1,5 раза превы-шает прирост дебитов, полученный приобычном ГРП. Главное преимущество се-лективного ГРП состоит в возможностиуправления режимом отбора по отдель-ным прослоям, однако в полной мере этоможет быть реализовано только на ста-дии бурения с поинтервальным вскрыти-ем пласта и проведением ГРП.

Создание трещин при ГРП сопровожда-ется утечкой больших объемов жидкостив проницаемые прослои пласта, что нега-тивно влияет на проницаемость присте-ночного слоя трещины. Однако при про-ведении ГРП в нагнетательных скважи-нах этот эффект может быть положи-тельным при использовании в процессеразвития трещины композиций, приме-няемых в методах увеличения нефтеот-дачи пластов (МУН). По создаваемой тре-щине композиции доставляются на недо-стижимые при других способах закачкирасстояния от оси скважины. В результа-те повышается эффективность МУН, реа-лизуемых одновременно с гидроразры-вом. Технологическими жидкостями ГРПмогут быть композиции кислот, ПАВ иполимеров, состав и объемы которых оп-ределяются особенностями строенияпласта и состоянием разработки участказалежи. ГРП с применением кислоты вкачестве жидкости разрыва испытывалив двух нагнетательных скважинах. Факти-ческая дополнительная добыча за 6 меспо одной из них составила 2,65 тыс. тнефти, потенциальная оценивается в15 тыс. т.

Эффективность ГРП как способа воз-действия на режим эксплуатации залежисущественно возрастает при возможно-сти управления ориентацией трещинразрыва. Исследования показывают [9],что давление начала разрыва пород ми-нимально в направлении оси наклоннонаправленной скважины. Так, при глуби-не залегания пласта более 2000 м и зе-

56

Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений

Рис.4. Зависимость накопленной добычи неф-ти от времени работы скважин:а – месторождение Западно-Сургутское, пластБС11, повтор ГРП в добывающей скв. 1608, оценоч-ные окружающие скв. 1608, 1609, 1611, 1613, 1614,1615, 1618; б – месторождение Федоровское,пласт БС10, повтор ГРП в нагнетательной скв. 2722,оценочные окружающие скв. 2746, 2693

57

Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений

нитном угле скважины 60° давление на-чала разрыва составляет менее 70% дав-ления разрыва для вертикальной скважи-ны. Таким образом, реальная возмож-ность управления ориентацией трещинможет достигаться путем бурения на-клонно направленных скважин с боль-шим зенитным углом [10]. Правомер-ность этих предположений подтвержде-на в процессе работ по ликвидации ава-рийного ствола скважины на Федоров-ском месторождении.

Таким образом, в настоящее время ГРПявляется одним из основных методов ин-тенсификации добычи нефти на месторо-ждениях ОАО “Сургутнефтегаз”. Результа-ты выполненных опытно-промысловыхработ по очистке трещин, применениюкомплексных, повторных и изоляцион-ных ГРП показывают, что эффективностьгидроразрыва может повышаться как засчет применения более совершенных тех-нических средств и технологий, так и под-держания высокой проводимости создан-ных трещин. Кроме того, представленныетехнологии позволяют существенно рас-ширить диапазон горно-геологических ус-ловий применения ГРП.

Так как в ближайшей перспективе ожи-дается увеличение объемов использова-ния данного метода с ростом доли ГРП,выполняемых по новым технологиям,принципиально важным представляетсяприменение ГРП как элемента общей си-стемы мероприятий по повышению неф-теотдачи пластов, что подтверждено пер-выми комплексными воздействиями научастки залежей.

Список литературы

1. Методическое руководство по определе-нию эффективности применения тепловых,газовых и физико-химических методовувеличения нефтеотдачи пластов/В.И.Фи-липпов, С.А.Жданов, А.Т.Горбунов, В.Г.Иш-ханов//М.: ВНИИ, 1991. - 43 с.2. Результаты применения ГРП на место-рождениях ОАО “Сургутнефтегаз”./Н.А.Черемисин, Г.А.Малышев, Н.Н.Саль-никова, В.Ф.Седач//В кн. “Нефть Сургу-та”. М.: Нефтяное хозяйство, 1997. - С.103 - 119.3. Освоение трудноизвлекаемых запасовметодом ГРП/ Г.А.Малышев, Б.В.Лозо-вой, А.Я.Лушников, В.Ф.Седач//Красно-дар: “Советская Кубань”, “Освоение мес-торождений трудноизвлекаемых и высо-ковязких нефтей”: сб. трудов IIой междун.конф. – Анапа. – 2000. - С. 69 - 78.4. Занкиев М.Я. Классификация и диагно-

стирование эффективности технологиигидравлического разрыва пластов в усло-виях ОАО “Славнефть-Мегионнефте-газ”//Автореф. дис. на соиск. учен. сте-пени к.т.н., Тюм. Гос. Нефтегазовый ун-т,1998. - 24 с.5. Малышев Г.А., Малышев А.Г. Проекти-рование ГРП в геолого-физических усло-виях конкретных скважин//Пути реализа-ции нефтегазового потенциала ХМАО/Сб.ст. II-й науч.-прак. конф., Ханты-Ман-сийск, 1998. - С. 332 – 339.6. Анализ технологии проведения ГРП наместорождениях ОАО “Сургутнефте-газ”/Г.А.Малышев, А.Г.Малышев,В.Н.Журба, Н.Н.Сальникова/Нефтяное хо-зяйство. – 1997. - №9. - С. 46 - 52.7. Белоконь Д.В. и др. Решение инженер-ных задач в обсаженных скважинах поданным акустического каротажа//НТВ“Каротажник”. – 1998. - № 48. - С. 41 - 55.8. Малышев А.Г. и др. Анализ влияния тех-нологических факторов и механическихсвойств горных пород на эффективностьГРП//В кн.: “Нефть Сургута”. М.: Нефтя-ное хозяйство, 1997. - С. 224 - 237.9. Результаты применения новых техноло-гий ГРП на месторождениях ОАО “Сургут-нефтегаз”/Г.А.Малышев, А.Г.Малышев,В.П.Сонич, В.Н.Журба/Пути реализациинефтегазового потенциала ХМАО. Сб. ст.IV-й науч.-прак. конф., Ханты-Мансийск,2000. - С. 257 - 271.10. Патент РФ, № 2135750. Способ разра-ботки нефтегазовой залежи с применени-ем гидравлического разрыва пласта.