РАЗРАБОТКА И ЭКСПЛУАТАЦИЯ НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ УДК 622.276.66
© Коллектив авторов, 2009
Комплексная система планирования и проведения гидроразрыва пласта на месторождениях ОАО «НК «Роснефть» А.Г. Загуренко, В.А. Коротовских, А.А. Колесников, А.В. Тимонов (ОАО «НК «Роснефть»), Д.В. Кардымон (ООО «РН-Юганскнефтегаз») Integrated approach to hydrofracturing planning and operations at OJSC Rosneft oil fields A.G. Zagurenko, V.A. Korotovskikh, A.A. Kolesnikov, A.V. Timonov (Rosneft Oil Company OJSC), D.V. Kardymon (RN-Yuganskneftegaz LLC) The article offers the review of different aspects of hydrofracturing planning and operations which takes into account economic criteria as well as technological and geological risks. The Integrated approach to hydrofracturing planning has allowed increasing efficiency of this technology in areas of Rosneft activity.
B
Ключевые слова: гидроразрыв пласта, комплексный подход к оптимизации, бизнес-планирование ГРП, принципы подбора скважин-кандидатов, оптимальная концентрация брейкера. Адрес для связи с авторами: a_zagurenko@rosneft.ru
В
настоящее время гидроразрыв пласта (ГРП) является наиболее результативным геолого-техническим мероприятием (ГТМ), обеспечивающим кратное увеличение добычи и повышение эффективности разработки низкопроницаемых коллекторов. В связи со значительным потенциалом и в то же время сложностью проведения данного вида ГТМ необходимо создание комплексной системы планирования и оптимизации бизнес-процесса ГРП. Одним из наиболее приоритетных направлений является оптимизация дизайна ГРП. Значительное число научных работ по этой проблеме посвящены оптимизации параметров трещины для создания минимального скин-фактора при заданной массе проппанта. Вместе с тем при выборе оптимального объема проппанта для ГРП чаще всего полагаются только на старый проверенный метод проб и ошибок, а разброс мнений специалистов варьирует в очень широком диапазоне – от консервативных дизайнов с минимальным объемом проппанта до агрессивных дизайнов на пределе возможностей современной технологии. Значительные масштабы, приоритетность и разнообразие условий при проведении ГРП обусловливают необходимость использования комплексного подхода при планировании этого вида ГТМ. В статье представлена комплексная система планирования и проведения ГРП, которая позволила значительно повысить его эффективность на месторождениях ОАО «НК «Роснефть». Масштабы и условия проведения ГРП в НК «Роснефть» Компания характеризуется широкой географией добывающих активов: от Сахалина до Чеченской Республики, в большей части которых проводятся ГРП. При этом геологические условия отличаются большим разнообразием: проницаемость изменяется от 0,001 до 0,2 мкм2; глубина – от 700 до 3500 м; температура пласта – от 25 до 135 °С; толщина пласта – от 3 до 100 м; пластовое давление – от 6 до 35 МПа. Для НК «Роснефть» ГРП – приоритетный вид ГТМ, обеспечивающий увеличение не только добычи, но и коэффициента извлечения нефти (КИН) на месторождениях с трудноизвлекаемыми запасами. Ежегодно проводится более 1200 ГРП. ГРП является универсальным методом повышения эффективности разработки, позволяющим не только выравнивать темпы выработки пластов и вовлекать в разработку гидродинамически не свя-
78
04’2009
Рис. 1. Влияние ГРП на коэффициент охвата Кохв при плотности сетки скважин 2000×2000 (1), 1000×1000 (2) и 500×500 (3) м
занные нефтенасыщенные прослои, но и разрабатывать малопродуктивные коллекторы, ввод в разработку которых без ГРП технологически не возможен. Результаты моделирования, представленные на рис. 1, показывают влияние ГРП на прирост коэффициента охвата для различной плотности сетки скважин. Одним из примеров улучшения показателей разработки за счет ГРП является Приобское месторождение, где осуществляется совместная разработка трех пластов: АС10, АС11, АС12. Средняя проницаемость по месторождению составляет 0,004 мкм2, средняя нефтенасыщенная толщина – 30 м, средний дебит нефти – 90 т/сут, число большеобъемных ГРП во всех скважинах – около 1600. Применение ГРП на месторождении позволит значительно увеличить долю вовлеченных в разработку запасов (от 39 до 100 %), при этом дополнительная добыча нефти составит 38 млн. т, а прирост КИН – 0,226. Бизнес-планирование процессов ГРП К основным элементам бизнес-процесса ГРП относятся следующие. 1. Расчеты и исследования: - выбор оптимальной стратегии проведения ГРП. 2. Система функционального распределения (Аппарат управления компании – дочернее акционерное общество (ДАО) – Корпоративный научно-исследовательский и проектный институт (КНИПИ)):
НЕФТЯНОЕ ХОЗЯЙСТВО
РАЗРАБОТКА И ЭКСПЛУАТАЦИЯ НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ - компания – определение стратегии развития и постоянный аудит текущей ситуации; - ДАО – реализация мероприятий, постоянное взаимодействие с подрядчиками, принятие оперативных решений; - КНИПИ – методическая поддержка, анализ эффективности проведенных ГРП, предложение скважин-кандидатов на основе анализа разработки месторождений. 3. Технологическое обучение и мониторинг кадров: - система совершенствования технических и менеджерских компетенций сотрудников. 4. Система распространения знаний: - создание корпоративной базы знаний; - привлечение экспертов мирового уровня; - постоянный обмен опытом внутри компании. 5. База данных ГРП: - единая база данных по всем ГРП, проводимым в компании. 6. Система технологического аудита ГРП: - ежемесячный аудит всех проводимых мероприятий и оперативная корректировка. 7. Рабочая группа Системы Новых Технологий (СНТ) по направлению ГРП: - накопление лучшего мирового и отечественного опыта в области технологий ГРП (работа с корпоративными НИПИ и ведущими мировыми исследовательскими центрами); - подготовка и реализация пилотных проектов по испытанию новых технологий ГРП; - формирование единого пространства ГРП в компании; - постоянный контакт с лучшими сервисными компаниями. Для решения основных проблем в области ГРП (закон убывающей отдачи, сложные геологические условия, снижение числа скважин-кандидатов) внедрена СНТ, в рамках которой проводятся оптимизация существующих и внедрение новых технологий по следующим наиболее приоритетным направлениям. 1. ГРП в условиях тонких перемычек: - применение технологий: «Недосшитый гель», ClearFrac; - по 10 скважинам, в которых выполнены ГРП, текущая дополнительная добыча нефти превысила 35 тыс. т; - ГРП проводится еще в 10 скважинах. 2. ГРП в горизонтальных скважинах: - применение технологий SurgiFrac, «Слепой» ГРП»; - ГРП проведены в четырех скважинах, текущая дополнительная добыча нефти превысила 30 тыс. т; - планируется выполнение ГРП в восьми горизонтальных скважинах. 3. Комплексные исследования геометрии трещины ГРП: - разработана собственная методика интерпретации результатов комплексных акустических исследований; - по данным акустических и пассивных сейсмических исследований геометрии трещины ГРП выполняется оптимизация дизайнов ГРП. Расчеты и исследования Одним из наиболее важных процессов для эффективной работы системы являются инженерные расчеты и исследования на каждом этапе: от планирования до анализа эффективности выполненных ГРП. Данный процесс состоит из следующих подпроцессов (рис. 2). 1. Подбор скважин-кандидатов исходя из особенностей пласта, запасов и др.: - оценка скважин-кандидатов с учетом не только моментального прироста добычи нефти, но и влияния на систему разработки и поверхностного обустройства в перспективе. 2. Дизайн ГРП: - выбор оптимального дизайна на основе технико-экономической оптимизации;
Рис. 2. Основные этапы комплексного подхода к планированию и проведению ГРП
- оптимизация жидкости ГРП (определение концентрации гелланта, брейкеров и других химических добавок, объемов подушки и скорости закачки); - использование оптимального проппанта (работа со всем спектром производителей, применение различных технологий закрепления проппанта). 3. Реализация. 4. Анализ результатов и оптимизация дизайна ГРП с учетом постоянно обновляющихся геологических и гидродинамических моделей. Подбор скважин-кандидатов и дизайн ГРП Процесс подбора скважин-кандидатов для проведения ГРП можно разделить на три основных этапа. 1. Уточнение текущих параметров работы скважин, предварительный расчет эффекта от ГРП и создание ранжированного списка скважин-кандидатов: - проведение специальных исследований; - подбор планируемой компоновки оборудования и определение целевого забойного давления после ГРП; - предварительный расчет эффекта от ГРП относительно целевого забойного давления; - ранжирование скважин-кандидатов по эффекту от ГРП; - выделение лучших скважин-кандидатов исходя из текущей ситуации по данному региону, с учетом экономической эффективности. 2. Анализ текущего состояния разработки по каждой скважинекандидату: - исключение рискованных скважин-кандидатов по геологическим причинам (риск прорыва в водо- или газонасыщенный горизонт, близкое расположение контура водонефтяного контакта, возможность прорыва нагнетаемой воды и др.); - корректировка прогнозного прироста по отдельным скважинам (если это необходимо), которая учитывает ограничения применения технологии ГРП; - оценка остаточных извлекаемых запасов, приходящихся на скважину с учетом системы разработки; исключение скважин-кандидатов с низкими остаточными запасами; - анализ текущей и накопленной компенсации, оценка возможностей оптимизации системы ППД и поверхностного обустройства с целью увеличения эффективности ГРП. 3. Анализ технического состояния скважин и системы поверхностного обустройства, оценка необходимого оборудования после проведения ГРП:
НЕФТЯНОЕ ХОЗЯЙСТВО
04’2009
79
РАЗРАБОТКА И ЭКСПЛУАТАЦИЯ НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ - анализ технического состояния скважины с точки зрения проведения ГРП (определение интервала перфорации, глубины посадки пакера и др.); - формирование комплекса мероприятий по подготовке скважин к ГРП; - оптимизация дизайна ГРП с точки зрения максимальной экономической эффективности с учетом геологических и технических ограничений [1-4]; - окончательный подбор скважинного оборудования и определение эффекта от ГРП. Результатом является ранжированный по эффекту от ГРП список скважин-кандидатов. На следующем этапе осуществляется оптимизация параметров ГРП по этому списку. Пример выбора оптимальной концентрации брейкера Комплексный подход к планированию ГРП позволяет оптимизировать каждый элемент (параметр) системы, значительно влияющий на эффективность ГРП. Одним из них является остаточная проводимость трещины, зависящая не только от качества проппанта, но и от эффективности брей- Рис. 5. Динамика проницаемости керной системы, которая разлагает гель в трещине. Зависимость параметра Jd после ГРП от остаточной проницаемоJd после ГРП в среднем по скважине на 5-7 % [5-7]. В дальнейшем сти трещины для различной проницаемости коллектора предпланируется повышение концентрации брейкера до 1,2 кг/м3. ставлена на рис. 3. Для этого проводятся специальные лабораторные исследования Остаточная проницаемость трещины в свою очередь значипо определению стабильности геля при данной концентрации тельно зависит от количества и качества используемой брейкербрейкера, а также анализ технических ограничений. ной системы. В компании проводятся постоянный мониторинг и Выбор оптимальной концентрации брейкера и использование оптимизация брейкерных систем, применяемых различными подновых типов проппантов позволили за 8 лет увеличить остаточрядчиками, с целью увеличения остаточной проводимости трещиную проницаемость упаковки проппанта в 25 раз (рис. 5). ны и соответственно параметра Jd. Рассчитанная зависимость Таким образом, ГРП – универсальный инструмент повышения добычи и управления разработкой месторождения, но для остаточной проницаемости трещины и Jd от концентрации брейполной реализации потенциала месторождений необходима кера на основе персульфата аммония представлена на примере оптимизация существующих и внедрение новых технологий брейкерной системы одной из сервисных компаний (рис. 4). По ГРП. Роль данного вида ГТМ как инструмента эффективного результатам проведенных расчетов концентрация брейкера была вовлечения запасов в разработку будет возрастать за счет увеповышена от 0,4 до 0,8 кг/м3, что позволило увеличить параметр личения добычи из низкопроницаемых и сильно расчлененных коллекторов. Комплексная система планирования и выполнения ГРП позволяет осуществлять постоянный мониторинг и оптимизацию данного бизнес-процесса на качественном уровне.
Список литературы
Рис. 3. Зависимость параметра Jd от остаточной проницаемости упаковки проппанта в трещине при разной проницаемости коллектора k
Рис. 4. Зависимость фактора остаточной проницаемости упаковки проппанта от концентрации полимера в трещине и концентрации брейкера Сб
80
04’2009
1. Warenbourg P.A., et al. Fracture Stimulation Design and Evaluation//SPE 14379. – 1985. 2. Britt L.K. Optimized Oilwell Fracturing of Moderate Permability Reservoirs//SPE 14731. – 1985. 3. Meng H.Z. Coupling of Production Forecasting, Fracture Geometry Requirements and Treatment Scheduling in the Optimum Fracture Design//SPE/DOE 16435. – 1987. 4. Balen R.M., Meng H.Z., Economides M.J. Application of the Net Present Value (NPV) in the Optimization of Hydraulic Fractures//SPE 18541. – 1991. 5. Encapsulated Breaker for Aqueous Polymeric Fluids/Gulbis, Janet, King, M.T., G.W. Hawkins, H.D. Brannon//SPE 19433-PA. – 1992. – P. 9-14. 6. Increased Breaker Concentration in Fracturing Fluids Results in Improved Gas Well Performance/J. Elbel, J. Gulbis, M.T. King, J. Maniere//SPE 21716-MS presented at SPE Production Operations Symposium, 7-9 April 1991, Oklahoma City, Oklahoma. 7. Brannon H.D., Pulsinelli R.J. Breaker Concentrations Required To Improve the Permeability of Proppant Packs Damaged by Concentrated Linear and Borate-Crosslinked Fracturing Fluids//SPE 21583-PA, SPE Production Engineering, November 1992. – Р. 338-342.
НЕФТЯНОЕ ХОЗЯЙСТВО