Full Text

Введение

Гидравлический разрыв пласта (далее- ГРП) является одним из важных инструментов повышения производительности скважин на месторождениях Атырауского региона. С каждым годом увеличивается не только число операций ГРП, объёмы жидкостей и расклинивающего агента (проппант), но и территориальный охват. Это связано с тем, что за десятилетия, прошедшие с момента внедрения данной технологии, роль ГРП в повышении добычи нефти, вероятно, уступает только бурению [1].

Постепенное увеличение количества объектов и месторождений, на которых внедряется технология ГРП, предопределяет работу с коллекторами различного геологического строения, коллекторских свойств и осложнениями. Следовательно, отличается и характер распространения трещин: в низкопроницаемых коллекторах формируется узкая и длинная трещина, а в высокопроницаемых коллекторах важнее добиться большой ширины [2]. Достижение целевой геометрии для эффективной работы трещины на практическом опыте обеспечивается путём изменения параметров закачки [3]. Однако последние достижения в данном направлении показывают, что и материалы, используемые в ходе ГРП способны влиять на производительность скважины [4].

В рамках работ, выполняемых на месторождениях Атырауского региона проппант рассматривается только как материал для закрепления трещин. Текущие условия проведения ГРП на месторождениях рассматриваемого региона (высокая обводненность, близость водо-газо-нефтяного контакта, низкий коэффициент извлечения нефти и т.д.) обязывают также рассматривать проппант как материал контроля производительности скважины. В рамках данной работы проведен обзор инновационных технологий и рассмотрены перспективы применения многофункциональных проппантов на месторождениях Атырауского региона.

Обзор проппантов нового поколения

Увеличивающийся спрос на энергию и истощение традиционных залежей углеводородов вызвали интерес в расширении функциональности проппантов. Авторы [5] представляют обзор последних достижений в области технологии расклинивания. В статье рассматриваются различные типы многофункциональных проппантов, в том числе предназначенные для повышения проводимости, коррозионной стойкости и регулирования расхода. В статье [6] представлены результаты более чем 30 полевых испытаний с использованием многофункционального проппанта с покрытием, в том числе проведенных в нетрадиционных коллекторах, таких как сланцевые и плотные газовые пласты. К примеру, в карбонатном коллекторе в округе Гарфилд, штат Оклахома, использование многофункционального проппанта с покрытием привело к повышению добычи нефти на 43% по сравнению с традиционными проппантами. Далее представлены наиболее значимые разработки в области проппантов.

Пропант с модифицированным покрытием

За последние десятилетия предпринимались постоянные усилия по улучшению формы и механической прочности проппанта для обеспечения высокой проницаемости в трещине. Однако изучение поверхностных свойств проппантов, таких как изменение их смачиваемости, оставалось незначительно исследованным. Большинство обычных проппантов вступают в реакцию с водой и имеют угол смачивания менее 90° [7]. Это обеспечивает диспергирование жидкостей гидроразрыва на водной основе в трещине, в результате чего они застревают в поровых каналах пропантной пачки. Разработка проппантов с гидрофобным покрытием стала важной областью исследований в нефтегазовой промышленности. Основной целью этой разработки является создание расклинивающего материала, который устойчив к сохранению проводимости нефти в присутствии воды. Для достижения этой цели исследователи сосредоточились на изменении химического состава и морфологии поверхности обычных проппантов путём покрытия их тонким слоем гидрофобного материала. Гидрофобное покрытие может отталкивать воду и предотвращать ее проникновение в трещину с проппантом, что может уменьшить объёмы закупорки водой. Авторы [8] провели лабораторные исследования для изучения влияния смачивания поверхностей керамических проппантов при различных условиях на характеристики потока нефти. Результаты этого исследования свидетельствуют о том, что смачиваемость поверхности проппантов может оказывать значительное влияние на характеристики потока жидкости при ГРП. Гидрофильные керамические проппанты могут быть более эффективными в стимулировании потока жидкости и увеличении добычи углеводородов из пластов.

В работе [9] представлены лабораторные и полевые испытания проппанта с нейтральной смачиваемостью. Согласно проведённым исследованиям нейтральная смачиваемость покрытия не способствует преимущественному захвату какой-либо жидкой фазы внутри трещины. Следовательно, потери давления из-за одновременного потока газа, нефти и воды уменьшены, что способствует улучшению относительной проницаемости нефти. Результаты полевых испытаний свидетельствуют об эффективности применения проппанта с покрытием: спустя год эксплуатации скважина, обработанная проппантом с покрытием, добыла на 13% больше газа и на 45% больше нефти по сравнению со скважиной с проппантом без покрытия (при идентичном дизайне ГРП).

Статья [10] описывает новый подход к модификации проппантов путём нанесения олеофобных компонентов на поверхность материала. В ходе лабораторных исследований доказано улучшение извлечения и текучести стимулирующих жидкостей за счёт устойчивости поверхности проппанта к воде и нефти: при поверхностной модификации проппанта было извлечено 90,4 % нефти против 78,2%. Авторы обнаружили, что у проппантов с изменённой смачиваемостью угол контакта с водой должен быть близок к 90°, а не к 100°, чтобы обеспечить хорошие дисперсионные свойства в жидкости для ГРП без агрегации. В работе [11] представлены результаты внедрения проппантов с нейтральной смачиваемостью на месторождениях Мексиканского залива. Результаты показывают, что все стимулирующие жидкости, закачанные при ГРП, были извлечены в конце обработки, а также время освоения и получения первой добычи нефти сократилось на 43%.

В работе [7] изменили свойства традиционного проппанта: фенольные гидроксильные группы обычных песчаных проппантов, покрытых смолой, размером 40/70 меш¹, взаимодействовали с макромолекулярным модификатором для обеспечения нейтральной смачиваемости. Полевые испытания показали снижение производства воды на 40% в течение первых девяти месяцев. В ходе полевых испытаний использование гидрофобных проппантов увеличило дебит нефти на 30% по сравнению со скважиной, в которой использовались необработанные проппанты [12]. Проведённые лабораторные исследования и полевые испытания показали, что применение гидрофобных и нейтральных покрытий проппанта представляет собой развивающееся направление для улучшения производительности скважин и сокращения расходов при ГРП.

Маркированный проппант

В настоящее время с помощью проппанта можно выполнить диагностику разрушения породы в процессе ГРП путём добавления «интеллекта» в расклинивающий агент [13]. Под «интеллектом» рассматривается покрытие проппанта, которое позволяет отслеживать перемещение материала внутри скважины и пласта. Определение интервалов, в которые поступает проппант, и точная оценка высоты трещины вблизи ствола скважины являются ценными данными при оптимизации стратегий стимулирования. Для оценки эффективности ГРП применяются радиоактивные индикаторы. В этом методе жидкость для ГРП и проппанты помечаются радиоактивными изотопами. Для определения высоты трещины регистрируется гамма-излучение с помощью гамма-спектроскопии в интервале проведения ГРП [14]. Нерадиоактивные проппанты были разработаны в качестве альтернативы радиоактивным индикаторам с целью преодоления ограничений применения последних: (1) радиоизотопы имеют относительно короткий период полураспада, что требует проведение исследований вскоре после ГРП; (2) проблемы, связанные с обращением, транспортировкой, перекачкой и обратным потоком радиоактивных материалов, представляют менее экологичный и логистически не удобный метод; (3) существует риск радиоактивного загрязнения пластовых вод, оборудования и скважинной площадки [15].

Статья [16] описывает результаты первых практических испытаний, проведенных с использованием маркированного проппанта, не содержащего радиоактивных элементов, для оптимизации ГРП в Алжире. Авторы сообщили, что применение технологии импульсного нейтронного каротажа позволяет определить геомеханические свойства ограничивающих слоев сланца: напряжение смыкания и модуль Юнга тонких слоев сланца над перфорированным интервалом были значительно увеличены по сравнению со значениями, использованными на этапе проектирования.

Производство не радиоактивного проппанта имеет преимущества перед традиционным методом получения радиоактивных материалов. Маркирующий материал наносится на каждое зерно, обеспечивая обнаружение местоположения каждого проппанта. Не радиоактивный маркер содержится в очень малых концентрациях в каждой грануле, что позволяет избежать “ложноположительные результаты”, которые могут наблюдаться при использовании традиционной технологии, когда присутствие всего лишь нескольких высокорадиоактивных частиц вблизи ствола скважины может неверно свидетельствовать о наличии значительной трещины [17].

Статья [18] представляет результаты исследований по оценке высоты трещин, образованных при проведении ГРП в Аргентине. В работе описываются методы определения высоты трещин: не радиоактивный маркированный проппант, акустические исследования и технологию микросейсмического мониторинга. Методы, применяемые в околоскважинной зоне, эффективно обнаруживают присутствие проппанта и изменения звуковых свойств породы из-за гидравлического воздействия, что позволяет оценить вертикальное распространение трещины. Микросейсмические данные показывают события для всех стадий, кроме стадии № 1 (рис. 1). Распределение событий не соответствовало результатам, полученным с помощью других методов, и не отражало оценённый минимальный профиль напряжений. Авторы отмечают, что в рассматриваемых условиях микросейсмический мониторинг не является эффективным методом для оценки высоты трещины.

Рисунок 1. Результаты исследования высоты трещин ГРП. [18]

В статье [19] представлен метод оценки высоты гидравлических трещин на основе проппанта, смешанного с оксидом гадолиния (). Авторами также выявлены недостатки использования маркированного проппанта: методы, требующие проведение исследований до и после ГРП, чувствительны к газонасыщенности коллектора. Результаты экспериментов показали, что с изменением газонасыщенности тепловые нейтроны изменяются более остро, чем гамма-излучение. Следовательно, когда газонасыщенность изменяется после проведения ГРП, методы нейтронного каротажа ограничены для оценки высоты трещины. Точная оценка высоты трещины вблизи ствола скважины имеет первостепенное значение как для оценки эффективности обработки, так и для прогнозирования эксплуатационных характеристик скважины.

Проппант с самозагеливающимся покрытием

Осаждение проппанта является распространенной проблемой, возникающей при проведении ГРП [20]. Все более актуальными становятся исследования, направленные на создание технологий поддержания проппанта во взвешенном состоянии. В качестве решения предложен метод получения проппантов с тонким покрытием, способный набухать при контакте с водой и образовывать рабочую жидкость, обеспечивающую необходимую песконесущую способность. Проппанты должны оставаться взвешенными в жидкости ГРП, чтобы гарантировать их эффективную транспортировку к трещине и желаемое размещение. Вязкость является важным параметром для транспортировки проппанта в гуаро-боратных системах, однако высокие концентрации полимера может привести к загрязнению пласта, что значительно понижает проводимость трещины [21]. Концепция технологии самосуспендирующегося проппанта была впервые представлена в 2013г [22]. Исследователи предложили использовать проппанты с удельным весом, близким к удельному весу жидкости для ГРП, что позволяет проппанту оставаться взвешенным в жидкости без необходимости в гелеобразующих агентах. Авторы представили модифицированные проппанты, которые проявляют улучшенные транспортные свойства за счёт самосуспендирования в воде. Технология получения самосуспендирующегося проппанта включает нанесение тонкого слоя высокомолекулярного гидрогелевого полимера на поверхность проппанта. Авторы утверждают, что новый тип проппанта (SSP) может привести к значительному увеличению эффективности ГРП.

Рисунок 2. Тестирование потока проппанта: кварцевый песок [23]

Рисунок 3. Тестирование потока проппанта: самосуспендирующийся проппант [23]

В статье [23] отмечено, что самосуспендирующийся проппант оказывает положительное влияние на длину, высоту трещины и плотность упаковки проппанта, таким образом увеличивая стимулируемый объем пласта. Также в статье представлены результаты эмпирического тестирования с использованием аппарата с горизонтальной ячейкой, исследования подтверждают теорию равномерного распределения проппанта по всей трещине (рис. 2,3). Полевые испытания показали увеличение кумулятивной добычи нефти на 45% за 18 месяцев в сравнении со скважиной, на которой был проведён традиционный ГРП. Авторы [24] представили механизм суспендирования проппанта, основанный на повышении вязкости рабочей жидкости при растворении покрытия проппанта. В ходе исследования подтверждено, что проппант полностью суспендировался за 120 секунд, а осаждение не происходило ранее 200 минут (таблица 1). Согласно результатам полевых испытаний, использование самосуспендирующегося проппанта позволило сократить объем жидкости и время, необходимое для проведения ГРП.

Таблица 1. Результаты лабораторных исследований [24]

Соотношение песка (%)	Температура
	80 °C		150 °C
	Время суспендирования, сек	Время осаждения,  мин	Время суспендирования, сек	Время осаждения,  мин
10	55	56	77	36
20	41	109	55	85
30	24	277	39	254
40	13	384	25	334

Технология самосуспендирующегося проппанта стала многообещающим подходом к повышению эффективности операций ГРП. Инновационный проппант обеспечивает равномерное распределение проппанта по всему объёму трещины, снижает потребность в дополнительных добавках, которые могут быть дорогостоящими и потенциально вредными для окружающей среды. Наконец, SSP уменьшает количество проппанта, необходимого для каждой операции ГРП, что может привести к значительной экономии средств.

Облегчённый пропант

Традиционные проппанты, изготовленные из таких материалов, как песок, керамика или бокситы, эффективны при создании и поддержании трещин, обеспечивая поступление углеводородов из пласта в ствол скважины. Однако высокая скорость оседания традиционных проппантов приводит к миграции частиц ко дну трещины, что является причиной снижения производительности скважин [25]. В связи с проблемой высокой скорости осаждения проппанта и ограничениями применения традиционных проппантов в глубоких скважинах возникла потребность в разработке более легких проппантов. Использование обычных проппантов меньшего размера не так эффективно в снижении скорости осаждения материала, как уменьшение удельного веса частиц [26]. Разработка проппанта исторически была направлена на повышение прочности, чтобы обеспечить возможность его применения в условиях повышенных нагрузок. Авторами [27] представлен облегчённый проппант с удельным весом 1,05, обладающий механическими свойствами, позволяющими успешно функционировать при давлении закрытия до 544 атм и пластовой температуре, превышающей 135°С. Применение облегчённых проппантов способствует более равномерному распределению и глубокому переносу проппанта, что приводит к увеличению площади закреплённой трещины. В работе [28] представлена статистика более 500 выполненных ГРП с использованием облегчённого проппанта, также при моделировании ГРП в сланцевом пласте получено увеличение добычи на 30% при использовании облегчённого проппанта.

Авторы [29] провели сравнение геометрии трещин при использовании ультра-лёгких проппантов с удельным весом 1,25 и традиционных проппантов. Геометрия трещин для обеих скважин была определена на основе картирования с применением микросейсмической визуализации и сопоставления давлений с использованием 3D-симулятора ГРП. В ходе исследования было выявлено, что применение ультра-лёгких проппантов способствует увеличению длины трещин в полтора раза и повышению их проводимости более чем в 6 раз (таблица 2).

Таблица 2. Сравнение геометрии трещины ГРП [29]

Сравнение геометрии трещины ГРП		Облегчённый проппант		Традиционный проппант
		Симулятор ГРП	Микросейсмическая визуализация	Симулятор ГРП	Микросейсмическая визуализация
Clearfork	Длина, м	364,5	320,0	180,4	198,1
	Высота, м	98,8	91,4	107,9	106,7
Glorietta	Длина, м	338,9	289,6	223,1	182,9
	Высота, м	117,3	121,9	45,4	61,0

В статье [30] представлена оптимальная комбинация облегчённого проппанта в сочетании с низковязкой жидкостью в условиях низкопроницаемого коллектора. Реализация предложенной технологии ГРП позволила уменьшить рост высоты трещины на 40-50% и увеличить полудлину трещины на 30-40%, что привело к снижению обводненности и увеличению совокупной добычи углеводородов.

На сегодняшний день существуют три основных подхода к получению проппанта низкой плотности: (1) первая стратегия заключается в создании полой или пористой структуры для традиционного проппанта, что позволяет уменьшить кажущуюся плотность [5]; (2) второй подход включает органическое покрытие для традиционного проппанта, которое не толькоснижает плотность, но также улучшает механическую прочность, сферичность, гидрофобность и коррозионную стойкость материала [31]; (3) третий подход заключается в разработке проппанта с очень низкой плотностью с использованием органического полимера, при этом модификация с помощью неорганического наполнителя всегда необходима для улучшения механических и тепловых свойств [32].

Авторы [33] представили новый вид сверхлёгкого проппанта- химически модифицированный и армированный композитный проппант (CMRCP), полученный из возобновляемых ресурсов. Авторы сообщают, что проппант обладает высокой стойкостью к раздавливанию и может выдерживать нагрузку более 400 атм без значительного разрушения. На нижеприведённом рисунке представлена градация существующих облегчённых расклинивающих материалов, проведённый литературный обзор позволил определить тенденции развития данного направления. Особый акцент ориентирован не только на улучшение транспортабельности проппанта за счёт снижения плотности, но и повышение прочности материала с целью достижения наилучшего экономического эффекта.

Рисунок 4. Сравнение плотности расклинивающего материала [34, 27, 35, 28, 36, 37, 33, 38]

В последние годы значительное внимание привлекли проппанты со сверхнизким весом как многообещающее решение для повышения производительности операций ГРП. Данный вид расклинивающего материала обладает рядом преимуществ:

• лёгкие проппанты обеспечивают улучшенную стимуляцию пласта за счёт создания более длинных и широких трещин. Меньшая плотность расклинивающего агента обеспечивает лучшую транспортировку и распределение внутри трещин;
• в сравнении с традиционными проппантами, облегчённые проппанты имеют более низкую скорость оседания, что означает меньшую вероятность их уплотнения на дне трещины.
• облегчённые проппанты требуют более низкого давления закачки, что снижает потери на трение во время операций ГРП. Это приводит к экономии энергии, снижению затрат и повышению общей эффективности.

Моделирование: перспективы применения многофункциональных проппантов на месторождениях Атырауского региона

Опыт проведения ГРП на месторождениях Атырауского региона показывает, что функциональность используемого проппанта ограничивается созданием и поддержанием проводимости трещины. При проведении ГРП использовались проппанты фракций 30/50, 20/40, 16/20 и 12/18 меш с максимальной концентрацией от 700 до 1300 кг/ (рис.5). Также применялись комбинированные системы, состоящие из разных фракций проппанта. Опыт проведения ГРП на территории Атырауского региона свидетельствует о том, что комбинированные системы превосходят по эффективности использование проппанта одной фракции. В таблице 3 отражена общая статистика показателей эффективности проведенных ГРП с проппантами различных фракций.

Рисунок 5. Распределение используемых проппантов по фракциям и производителям

Таблица 3. Показатели эффективности ГРП, проведенных с использованием проппантов различных фракций и комбинированных систем

Система фракций	Кол-во ГРП	Эффективность, %	Прирост успешных скважин, т/сут	Прирост неуспешных скважин, т/сут
Комбинированная система фракций	48	60,4	15,6	1,2
Один тип фракций	44	45,5	14,2	0,9

 

На сегодняшний день зарубежный опыт доказывает возможность повышения эффективности ГРП с применением многофункциональных проппантов. Учитывая сложные геологические условия, постепенное ухудшение фонда скважин, рост обводненности на месторождениях, актуализируется задача оптимизации ГРП. Автором рассмотрены возможности улучшения эффективности ГРП на месторождениях А и Б путем моделирования ГРП с использованием облегчённых проппантов. На примере изменения плотности проппанта показаны методы увеличения дебита нефти после проведения ГРП:

• снижение доли воды в добываемой продукции в результате контроля вертикального роста трещины и увеличение притока нефти за счет создания более длинной и проводящей трещины
• повышение объема закрепленной трещины при закачке идентичной массы проппанта.

 Месторождение А: ограничение высоты и увеличение длины трещины с применением облегченных проппантов

На месторождении А с 2018г проводятся геолого-технические мероприятия по ГРП, в качестве объекта для проведения был выбран горизонт Ю-II. При выполнении работ не выявлено технологических отклонений, плановый объем проппанта размещен в полном объеме. Однако по результатам анализа эффективности за скользящий год с момента запуска скважины после ГРП, средний прирост дебита нефти составил всего 2,3 т/сут, только одна скважина из восьми является успешной с приростом в 5,2 т/сут. Основным фактором недостижения плановых показателей является рост обводненности после проведения работ по ГРП. Причиной увеличения обводненности на данном месторождении могут являться прорывы трещин ГРП в близкорасположенный ВНК. Подбор технологий по ограничению вертикального роста трещины является актуальной проблемой для месторождения А.

Рисунок 6. Динамика показателей добычи после проведения ГРП на скважине №1

На скважине №1 ГРП проведен 01.06.2022г, закачено 7т керамического проппанта фракции 16/20 и 12/18 меш с плотностью 2,88  и 2,85, соответственно. Получен отрицательный эффект в виде двукратного увеличения обводненности с 41 до 90% (рис.6). Причиной увеличения обводненности скважины является прорыв трещины в водонасыщенные пропластки, расположенные в кровельной части целевой зоны (рис.8-1). При планировании работ по ГРП на скважине №1 с целью минимизации риска прорыва было принято решение об ограничении тоннажа до 7т. Однако проведение малотоннажного ГРП не обеспечило достижение поставленной цели.

Применение облегченных проппантов в комбинации с низковязкой жидкостью предложено в качестве решения задачи контроля высоты трещины ГРП. Использование низковязких жидкостей направлено на получение большей полудлины трещины и недопущение приобщения водонасыщенных пропластков, в свою очередь, применение облегченного проппанта исключает его осаждение и обеспечивает лучшие показатели проводимости трещины. В программном обеспечении FracPro построена модель геомеханических и фильтрационных свойств пласта с планируемым размещением трещины в интервалах горизонта Ю-II для скважины №1. Для оценки моделирования распространения трещины ГРП по высоте и латерали спроектирован аналогичный дизайн ГРП фактически проведенному на скважине №1.

В моделировании использовалась жидкость разрыва WG-35 на водной основе и облегченный проппант фракции 16/20 и 12/18 с плотностью 1,2  и 1,4. Данные системной библиотеки проппантов и жидкостей в программном обеспечении FracPro позволяют установить соответствие параметров используемых материалов пластовым условиям рассматриваемого месторождения. На рисунке 8-2 представлен профиль трещины ГРП по модели с применением облегченного проппанта. Согласно результатам моделирования применение проппанта с низкой плотностью позволило избежать прорыва в водонасыщенные пропластки с увеличением эффективной полудлины трещины. Параметры геометрии смоделированной трещины представлены в таблице 4. Интервал охвата трещины ГРП составил 1376-1392м, закрепленная проппантом высота трещины уменьшилась на 10м, полудлина увеличилась почти в полтора раза с 30 до 42 м, при этом ширина трещины увеличилась в 1,8 раз. В результате проводимость трещины ГРП с применением облегченного проппанта оказалась на порядок выше, что оказывает положительное влияние на дебит нефти.

Таблица 4. Сравнение геометрии трещины ГРП

Параметры геометрии трещины ГРП	Традиционный проппант		Облегчённый проппант
	Дизайн	Фактические показатели	Дизайн
Полудлина, м	32,0	30,0	42,0
Высота, м	31,0	26,0	16,0
Средняя ширина трещины, мм	2,1	3,1	5,6
Вертикальная глубина до верхней границы трещины, м	1370,0	1372,0	1376,0
Вертикальная глубина до нижней границы трещины, м	1401,0	1397,0	1392,0
Безразмерная проводимость	0,8	3,1	10,9

 

Эффективность применения метода ГРП на скважине №1 месторождения А доказывает фактический прирост дебита жидкости с 6 до 22  (рис.7). Однако, как упоминалось ранее, прорыв в водонасыщенные пропластки является причиной текущей высокой доли воды в добываемой продукции. Используя результаты моделирования проведен расчет дебита нефти. Данная методология основана на расчёте коэффициента продуктивности скважины в зависимости от изменения фильтрационного сопротивления призабойной зоны пласта. Для расчета прогнозного дебита используется информация о пласте и скважине, а также результаты моделирования, а именно параметры геометрии, суммарной проводимости и давления трещины:

$q=\frac{k\cdot h}{18,41\cdot \mu \cdot \beta }\cdot \frac{P_2-P_1}{ln\frac{R_e}{R_w}-0,75+S}=\frac{k\cdot h}{18,41\cdot \mu \cdot \beta }\cdot \frac{P_2-P_1}{(ln\frac{R_e}{R_w}+(P_D-ln\frac{R_e}{R_w}\left)\right)}$(1)

где $k$ – проницаемость пласта, $h$ – эффективная мощность, $\mu$ – вязкость нефти,$\beta$  – объемный коэффициент нефти,  $P_2$– пластовое давление,$P_1$ – забойное давление,$R_e$  – радиус дренирования, $R_w$ – радиус ствола скважины, $S$ – фильтрационное сопротивление,$P_D$  – безразмерное давление, определяемое по корреляционной зависимости безразмерного времени и проводимости трещины. Безразмерное время и проводимость трещины рассчитывается в зависимости от параметров трещины, полученных в результате моделирования. По результатам расчёта прогнозный дебит по нефти составляет 10,2 т/сут. При сохранении показателя обводненности на уровне 50% и текущих значениях дебита жидкости прогнозная кумулятивная добыча нефти за год достигнет 3920,9т нефти (рис.9). Что сопоставимо с рассчитанным дебитом нефти на основе моделирования.

Рисунок 7. Сравнение фактической и прогнозной добычи нефти

Рисунок 8. Сопоставление моделей трещин ГРП на скважине №1: 1- профиль трещины ГРП по модели фактической проведенной операции; 2- профиль трещины ГРП по модели с облегченным проппантом

 

Месторождение Б: повышение стимулируемого объема трещины при закачке идентичной массы проппанта

Впервые ГРП на месторождении Б проведен в августе 2022г, в качестве объекта для проведения определены юрские горизонты. На текущий момент на месторождении успешно выполнены две работы по ГРП, средний прирост дебита нефти составляет 30 т/сут. В условиях месторождения А задача оптимизации ГРП состояла в ограничении вертикального роста трещины- минимизации риска прорыва вверх и вниз. В данном случае применение легких проппантов направлено на повышение стимулируемого объема закреплённой трещины, что позволит добиться большего дополнительного объема добычи нефти. На примере скважины № 2 месторождения Б рассмотрено повышение продуктивности при применении облегченных проппантов с закачкой идентичной массы, как и в ходе ранее проведенной обработки.

Скважине №2 переведена из нижележащего горизонта, ГРП проведен 23.05.2023г, закачено 50т керамического проппанта фракции 16/20 и 12/18 меш с плотностью 2,8 . Основной ГРП выполнен успешно с размещением запланированного объема проппанта. Пусковой дебит нефти составил 37 т/сут, накопленная добыча после проведения ГРП- 3883т, по состоянию на 01.09.2023г, учитывая фактическое время работы в 79 суток, проведение ГРП на скважине №2 является экономически рентабельным. Однако, согласно данным проведенной операции, трещина ГРП не охватывает все продуктивные пропластки целевой зоны. В данном случае необходимо увеличение эффективной площади разрыва. Как правило, данная задача решается за счет проведения более крупных обработок, что приводит к дополнительным расходам на выполнение ГРП. Для увеличения стимулируемого объема закрепленной трещины на скважине №2 рассмотрено применение легких проппантов анологичной массы. Улучшенная транспортабельность облегченных проппантов позволяет распределять их по гораздо большей части создаваемой зоны разрыва.

Рисунок 9. Динамика показателей добычи после проведения ГРП на скважине №2

В программном обеспечении FracPro построена модель геомеханических и фильтрационных свойств пласта для скважины №2 месторождения Б. Спроектирован аналогичный дизайн ГРП фактически проведенному при замене традиционного проппанта облегченным : закачка 50т проппанта фракции 16/20 и 12/18 меш с плотностью 1,2  и 1,4с максимальной концентрацией 1200 . На рисунке 11-2 представлен профиль трещины ГРП по модели с применением облегченного проппанта.

Таблица 5. Сравнение геометрии трещины ГРП

Сравнение геометрии трещины ГРП	Традиционный проппант		Облегчённый проппант
	Дизайн	Фактические показатели	Дизайн
Полудлина, м	64,0	58,0	89,0
Высота, м	41,0	48,0	61,0
Средняя ширина трещины, мм	6,7	6,1	4,3
Вертикальная глубина до верхней границы трещины, м	2288,0	2281,0	2 280
Вертикальная глубина до нижней границы трещины, м	2330,0	2329,0	2 341
Безразмерная проводимость	4,2	4,9	2,4

Согласно результатам моделирования при применении проппанта с более низкой плотностью интервал охвата трещины ГРП составил 2280-2341м, что позволило включить продуктивный пропласток на глубине 2332,5-2335м в обработку (рис.10). Помимо этого, изменение скорости осаждения проппанта способствовало увеличению эффективной полудлины трещины на 50%. Сравнение геометрии трещины при применении традиционного и облегченного проппанта при одинаковых параметрах графика закачки представлено в таблице 5.

По результатам моделирования дебит нефти при использовании облегченных проппантов был рассчитан согласно уравнению (1). Прогнозный дебит по нефти составляет 57,6 т/сут, что превышает осредненный фактический дебит на 10,8 т/сут. Такие факторы, как приобщение нижнего продуктивного интервала, равномерное распределение проводимости трещины и увеличение закрепленной проппантом длины трещины, способствовали росту показателей добычи нефти.

Рисунок 10. Сопоставление моделей трещин ГРП на скважине №2: 1- профиль трещины ГРП по модели фактической проведенной операции; 2- профиль трещины ГРП по модели с облегченным проппантом

Экономическое обоснование применения облеченных проппантов

Применение облегченных проппантов направлено на получение экономического эффекта от возможно более полного извлечения нефти и получения прибыли за счет дополнительной добычи. Экономическая эффективность ГРП выражается в расчете прибыли от дополнительной добычи нефти, при этом учитываются статьи затрат на подготовительные работы и проведение ГРП (таблица 6). Как было указано выше, моделирование осуществлялось в соответствии с графиком закачки ранее выполненного ГРП на скважинах № 1 и 2. Таким образом, единственным изменяемым параметром является стоимость проппанта пониженной плотности. Основываясь на рыночном анализе, стоимость легкого проппанта на 10-25% выше стоимости традиционного.

Таблица 6. Сравнение стоимости работ по ГРП ²

Статья затрат при проведении ГРП	Скважина №1	Скважина №2	Традиционный проппант	Облегченный проппант
	Количество
Ставка подготовки скважины, скв.операция	1,0	1,0	Фиксированная сумма
Освоение скважины, скв.операция	1,0	1,0	Фиксированная сумма
Сервисная ставка ГРП, операция	1,0	1,0	Фиксированная сумма
Материалы для ГРП в том числе:
Проппант, т	50,0	7,0	X	1,25X
Линейная жидкость ГРП,	34,0	22,7	Фиксированная сумма
Сшитая жидкость ГРП,	121,0	28,3	Фиксированная сумма
Мобилизация ГРП, скв.операция	2,0	2,0	Фиксированная сумма

По грубой экономической оценке (без учета затрат на сбор и транспортировку нефти, условно-переменных и условно-постоянных расходов на обслуживание скважин, налогов), а также при условии реализации нефти по 60$ за баррель и обменном курсе 460 тенге за доллар, выходит что разница дохода в дополнительной добыче нефти для скважины №2 на 01.09.2023г ( фактическое отработанное время- 79 суток) составляет 121,7 млн. тенге. Для скважины №1 прогнозная годовая добыча превышает фактическую в 4,5 раза, что приводит к увеличению доходности на 617,7 млн. тенге. Таким образом, применение облегченных проппантов безусловно экономически рентабельно с более ранним сроком окупаемости проведения ГРП (рис.11).

Рисунок 11. Сравнение фактической и расчетной кумулятивной добычи

 Заключение

Данное исследование посвящено изучению потенциала применения многофункциональных проппантов в качестве инструмента оптимизации ГРП на месторождениях Атырауского региона. В ходе работы проведено и установлено:

• анализ результатов ГРП, проведенного в 179 скважинах, показал, что функциональные возможности используемых проппантов ограничиваются выполнением требований по закрытию трещин и регулированию проводимости;
• проведен обширный литературный обзор существующих проппантов. Лабораторные исследования и практический опыт применения проппантов нового поколения показали их многофункциональность и эффективность;
• моделирование ГРП с применением проппантов низкой плотности было проведено на примере месторождений А и Б. Результаты моделирования показали, что изменение типа расклинивающего материала возможно использовать для контроля геометрии трещины;
• выполнен расчет прогнозных дебитов нефти после проведения ГРП с применением облегченных проппантов, результаты которого продемонстрировали повышение эксплуатационных характеристик скважины;
• расчет экономической эффективности ГРП с применением облегченных проппантов, несмотря на их более высокую стоимость, показывает конкурентоспособность и более раннюю окупаемость проведенной обработки за счет увеличения приростов дебитов нефти, что в свою очередь достигается путем увеличения длины трещин, сокращения высоты и ограничения водопритока, а также увеличения проводимости и общего объема трещин ГРП.

 

¹ Меш – внесистемная единица измерения, равная количеству отверстий на 1 линейный дюйм.

² В связи с конфиденциальностью данных эксплуатационные затраты не разглашаются

About the authors

Aidana Nurlanovna Bukharbayeva

Atyrau branch LLP «KMG Engineering»

Author for correspondence.
Email: a.bukharbayeva@kmge.kz
ORCID iD: 0009-0001-3861-7888

Старший инженер службы интенсификации добычи нефти и повышения нефтеотдачи пластов

Kazakhstan, Atyrau, Kazakhstan

Karim Balkhashevich Assanov

Атырауский филиал ТОО «КМГ Инжиниринг»

Email: K.Asanov@kmge.kz

Руководитель службы интенсификации добычи нефти и повышения нефтеотдачи пластов

г. Атырау, Казахстан

Adilbek Aitkalievich Bashev

Атырауский филиал ТОО «КМГ Инжиниринг»

Email: A.Bashev@kmge.kz

Директор департамента по разработке

Kazakhstan, г. Атырау, Казахстан

Talgat Sainovich Jaxylykov

Атырауский филиал ТОО «КМГ Инжиниринг»

Email: T.Jaxylykov@kmge.kz

Первый заместитель директора филиала по геологии и разработке

г. Атырау, Казахстан

Altynbek Suleimenovich Mardanov

Атырауский филиал ТОО «КМГ Инжиниринг»

Email: A.Mardanov@kmge.kz

Директор Атырауского Филиала ТОО «КМГ Инжиниринг»

г. Атырау, Казахстан

References

Supplementary files