РАЗРАБОТКА И ЭКСПЛУАТАЦИЯ НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ УДК 622. 276.66
© Коллектив авторов, 2007
Развитие технологий гидроразрыва пласта в ООО «РН-Юганскнефтегаз» А.Г. Пасынков, А.Р. Латыпов, А.В. Свешников, А.Н. Никитин (ОАО «НК «Роснефть»)
О О
Development of hydrofracturing technologies in RN-Yuganskneftegaz OOO
ОО «РН-Юганскнефтегаз» является одним из несомненA.G. Pasynkov, A.R. Latypov, A.V. Sveshnikov, ных лидеров в области применения гидроразрыва пласта (ГРП). Здесь накоплен колоссальный практический опыт A.N. Nikitin (Rosneft NK OAO) применения данной технологии. В настоящее время ГРП становится полноправным элементом системы разработки низкопро- Technological aspects of application of hydrofracturing technology, starting with a selection of wells-candidates and finishing by the analysis of ницаемых коллекторов. ООО «РН-Юганскнефтегаз» разрабатывает 28 месторождений, actual efficiency of the executed operation, are given. The set of the mod53 % остаточных извлекаемых запасов которых содержатся в ern technologies, which are approving in RN-Yuganskneftegaz OOO, is низкопроницаемых коллекторах (рис. 1). На Приобском, Мало- presented. Балыкском, Приразломном, Омбинском, Восточно-Сургутском месторождениях практически нет действующих скважин, не поджаются в базе данных скважин, подверженных ГРП. Оптимизаверженных ГРП. На остальных месторождениях ГРП также широция всего цикла ГРП является целью для всех его участников, что ко применяется, хотя и не является настолько актуальным. В возможно при условии установления соответствующих договорнастоящее время в ООО «РН-Юганскнефтегаз» выполнено более ных отношений. 5000 ГРП, причем если за 2005 г. выполнено 807 операций в 570 ГРП – чрезвычайно сложный процесс как со стороны его скважинах (рис. 2), то в 2006 г. - более тысячи операций. Столь впечатляющий рост числа ГРП связан в первую очередь с динамикой эксплуатационного бурения. Организация работ по проведению ГРП в ООО «РН-Юганскнефтегаз» Если говорить о сервисных компаниях, проводивших ГРП в ООО «РН-Юганскнефтегаз», то можно отметить, что с 2003 г. их список значительно расширен. В настоящее время в данной области стабильно работают восемь компаний, как отечественных, так и иностранных. В постоянном режиме оценивается качество их услуг, что позволяет манипулировать объемами предоставляемых работ. Значительное достижение ООО «РН-Юганскнефтегаз» - формирование лаборатории контроля материалов ГРП – необходимый этап при наличии множества подрядных организаций. На рис. 3 показана принципиальная схема связи основных структурных подразделений, участвующих в проведении ГРП. Со стороны недропользователя - это геологиче- Рис. 1. Месторождения с низкопроницаемыми коллекторами: ский отдел, определяющий список скважин-кандидатов и 1 - Приобское, 2 - Приразломное, 20 - Мало-Балыкское, 22 - Омбинское, 29 - Восточнорасчитывающий эффект от ГРП, и отдел капитального Сургутское ремонта скважин (КРС), обеспечивающий движение бригад на подготовительные и завершающие работы. Отдельно хотелось бы выделить сектор технологий ГРП, позиционирующийся в геологической службе и обеспечивающий оптимальность дизайна ГРП по выбранным скважинам, контролирующий движение флотов ГРП, ведущий аналитическую работу. Также важную роль играет отдел супервайзинга ГРП, контролирующий подготовку и сам процесс гидроразрыва в скважине, а также расход материалов при производстве работ. Немаловажным фактором в цепочке работ по ГРП является снижение непроизводительного времени. Необходимо отметить, что все документы, формирующиеся в этом цикле, поступают в ООО «РН-Юганскнефтегаз» в электронном виде и отраРис. 2. Динамика выполнения операций ГРП в ООО «РН-Юганскнефтегаз»
НЕФТЯНОЕ ХОЗЯЙСТВО
03’2007
41
РАЗРАБОТКА И ЭКСПЛУАТАЦИЯ НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ под интенсификацию гораздо удобнее использовать скин-фактор S и безразмерную проводимость трещины Cfd [2, 3], а для статистического анализа – безразмерный индекс продуктивности Jd и число проппанта Np. В целом же технологический эффект от ГРП достигается только при комплексном подходе как при подборе скважин для проведения работ, так и при планировании дизайна и расчетах по выбору насосного оборудования. Развитие технологий ГРП Нами выделено два критических показателя эффективности гидроразрыва пласта – геометрия (длина, ширина, высота) и остаточная проницаемость трещины ГРП, которые являются основными при оптимизации технологий ГРП. В частности, на рис. 4 представлено изменение расчетной остаточРис. 3. Основные участники процесса ГРП ной проницаемости трещины ГРП в зависимости от основной фракции используемого проппанта и загрузки гелирующего агента, а также изменение массы закачанного проппанта на скважину – следствие проводимой политики увеличения безразмерного индекса продуктивности через максимизацию эффективного радиуса скважины. Необходимо отметить, что проппанты фракций 6/10, 8/14 в настоящее время не являются основными (речь идет лишь о десятках скважин), тем не менее доля крупнозернистого проппанта со временем постоянно повышается. Основная загрузка гелланта на сегодня составляет приблизительно 30 фунтов на галлон, ведутся экспериментальные работы с загрузкой примерно Рис. 4. Динамика расчетной остаточной проницаемости трещины ГРП и массы проппанта: до 20 фунтов на галлон. Применение 1 – средняя масса проппанта на скважину; 2 – проницаемость при давлении 27 МПа подобных принципов в работе позволило значительно увеличить эффективность ГРП (рис. 5): кратность прироста дебита нефти после проведения ГРП увеличилась по сравнению с 1995 г. от 4 до 8, продолжительность эффекта - от 13 мес до 3 лет. Таким образом, развитие технологий ГРП позволило на фоне ухудшающихся фильтрационно-емкостных свойств пластов увеличить кратность приростов дебита жидкости и продолжительность эффекта (рис. 6). В настоящее время в ООО «РН-Юганскнефтегаз» реализуется ряд новых технологий в области ГРП, в частности: - ГРП в горизонтальных скважинах и боковых стволах. Всего на сегодня проведено 16 операций в горизонтальных скважинах старого фонда, вновь пробуренных боковых ответвлениях, а также углублениях старых скважин. Работы выполнены как по стандартной технологии, так и с применением технологий Рис. 5. Эффективность производства ГРП разных лет точечной стимуляции. Успешность проведенных операций разматематического описания, так и со стороны его практичелична. Однако, безусловно, данное направление является персской реализации. Тем не менее, при данных работах специапективным и будет развиваться в ближайшее время. листы ООО «РН-Юганскнефтегаз» опираются только на расче- Использование так называемого «полимерного» проппанта ты. Традиционно основным уравнением для расчета прироста – 563 операции. Применение RCP (Resin coated proppant) от ГРП является закон Дарси для радиального притока при является массированным и рассматривается как основной метод псевдоустановившемся режиме течения, где эффект от гидрозакрепления проппанта в призабойной зоне пласта. разрыва выражен отрицательным значением скин-фактора S. - Применение модификаторов относительной фазовой проЗначение данного параметра вычисляется из параметров треницаемости во время ГРП с целью снижения притока подстищины (полудлина, ширина, высота и остаточная проницалающей или законтурной воды. Данные химические реагенты, емость проппантной пачки) с помощью теории Cinco-Ley и используемые компаниями Halliburton и BJ Services, были примеSamaniego, модифицированной профессором M.J. Economides. нены в 22 скважинах. Качественный и всесторонний анализ Теоретические аспекты расчетов при проведении ГРП подробпоказал отсутствие технологического эффекта от их применено описаны в работе [1]. На практике при расчете скважины ния в геологических условиях ООО «РН- Юганскнефтегаз».
42
03’2007
НЕФТЯНОЕ ХОЗЯЙСТВО
РАЗРАБОТКА И ЭКСПЛУАТАЦИЯ НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ щее время является закачка 536 т проппанта, сопряженная с большой работой, проделанной как технологическими службами ООО «РН-Юганскнефтегаз», так и сервисной организацией. Необходимо отметить, что подобные обработки продиктованы геологическими условиями скважин (в основном это мощный и расчлененный пласт АС12 Приобского месторождения), и экономически оправданы как с точки зрения повышения дебита скважин и выравнивания темпов разработки пластов., так и сокращения времени ремонта скважин [3, 5]. - Азотные ГРП (частный случай ГРП с использованием пены). Были проведены в четырех скважинах в конце 2006 г. с целью снижения негативного действия на пласт в условиях низкого пластового давления. В ООО «РН-Юганскнефтегаз» проводятся и исследования геометрии трещин ГРП с использованием различных Рис. 6. Динамика дебита жидкости после ГРП и массы проппанта по отношению к подходов, однако приоритетными в настоящее время коллекторским свойствам интенсифицируемых скважин являются акустические исследования [6]. Установлено, что наряду с месторождениями, где реальная геометрия трещины мало отличается от планируемой в дизайне, есть место- Применение селективного пакера при ГРП с целью снижения рождения и пласты, где отмечается значительный рост трещины времени ремонта скважин в условиях интенсификации нескольв высоту. Превышение планируемой высоты трещины на 30 и ких пластов, следствием чего является повышение экономичедаже 50 м сопряжено с риском приобщения нежелательных плаского эффекта от ГРП. На настоящее время селективне пакеры стов, а также ведет к неэффективному размещению проппанта в были использованы при проведении ГРП в пяти скважинах. пласте. В связи с этим работы, направленные на дальнейшие Столь малое число операций обусловлено ограниченностью разисследования геометрии трещины ГРП, являются актуальными работанных технологий такого рода на российском рынке. Тольна всех приоритетных объектах ООО «РН-Юганскнефтегаз». ко три зарубежных подрядчика предлагают ГРП с использованиВыводы ем селективных пакеров, причем с разной степенью успешности. 1. ГРП является наиболее эффективным методом разработки - Использование проппанта крупных фракций (6/10), что низкопроницаемых коллекторов ряда крупнейших месторождесущественно увеличивает остаточную проницаемость трещины ний нефти ООО «РН-Юганскнефтегаз». (это подтверждает и анализ добычи). Однако на сегодня было 2. В ООО «РН-Юганскнефтегаз» накоплен большой опыт проведено лишь четыре операции ГРП с использованием данной применения ГРП, реализуются современные технологии опефракции в качестве основной. Это обусловлено ограниченным раций ГРП. числом скважин-кандидатов, удовлетворяющих условиям приме3. Прирост запасов нефти за счет комплексного и масштабнонения данного проппанта в ООО «РН-Юганскнефтегаз», в связи с го применения операций ГРП на месторождениях ООО «РНчем технология не является приоритетной. Определяющим параЮганскнефтегаз» оценивается более чем в 950 млн. т. метром в данном случае является низкая прочность указанной фракции, ограничивающая ее применение на глубине более 2000 м. - Применение щелевой перфорации под ГРП (в том числе ориентированная): проведенные 26 операций позволяют считать ее стандартной в скважинах, удовлетворяющих условиям ее реализации. Качественная гидрощелевая перфорация может улучшить связь ствола скважины с пластом и облегчить прохождение проппанта через отверстия в колонне по сравнению со стандартной кумулятивной перфорацией. При этом ориентирование Список литературы перфорации по направлению максимального горизонтального 1. Unified Fracture Design. Bridging the gap between theory and pracстресса в породе (определенного в ходе разработки или спеtice/M. Economides, R. Oligney, P. Valco. – 2002. циальными исследованиями) является критическим для сниже2. Большие дебиты после эффективного ГРП в России/Д. Мак, ния рабочего давления гидроразрыва и вероятности преждевреМ. Холодов, Дон Уолкотт, И. Хлестов//Рaper SPE. менной остановки (скринаута). 3. Reservoir Stimulation, second edition/Economides, M.J., Nolte, - Применение технологии J-Frac (Schlumberger) – реализована K.G., and et al, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New Jersey; Copyright при проведении 47 операций ГРП. Суть технологии заключается 1989, Schlumberger. 4. Гидроразрыв пласта как способ разработки низкопроницаемых в попытке ограничить неконтролируемое увеличение высоты коллекторов/С.И. Кудряшов, С.И. Бачин, И.С. Афанасьев, А.Р. трещины при отсутствии достаточной контрастности стрессов с Латыпов и др.//Нефтяное хозяйство. – 2006. - № 7. - С. 80-83. нижележащим/вышележащим пластом. Для этого в начальной 5. Pushing Fracturing Limits to Maximize Producibility in Turbidite стадии ГРП (так называемой «подушке») в жидкость разрыва в Formation in Russia/Rueda J., Match J.M., Wolcott D.S.//Paper SPE небольшом количестве добавляется смесь проппантов разных 91760. фракций и при минимальной концентрации. Осаждение смеси в 6. Дифференциальная акустическая анизотропия в обсаженных скважинах для оценки геометрии трещин ГРП в Западной Сибири, процессе развития трещины ограничивает ее рост в высоту. В Россия/А.Н. Никитин, А.Г. Пасынков, Г. Макарычев, Ж. Маньер и определенной степени данная технология близка к широко др.//Рaper SPE 102405. используемой в мире технологии Tip Screen Out (TSO). 7. Анализ эффективности и прогноз объемов применения техноло- Супер-ГРП. В то время как основная масса операций ГРП прогий гидроразрыва пласта БС4-5 Приразломного месторождеводится с использованием 200-300 т пропанта, в ООО «РН-Юганскния/Э.М Тимашев, Г.М. Еникеева, Р.Г. Нигматулина и др.//Нефтянефтегаз» в течение 2006 г. проведено шесть операций с массой ное хозяйство. – 2006. - № 9. - С. 40-42. проппанта более 400 т («Супер-ГРП»). Максимальной же в настоя-
НЕФТЯНОЕ ХОЗЯЙСТВО
03’2007
43