Курсовая работа (т): Проектирование комплекса оборудования для гидроразрыва пласта

Проектирование комплекса оборудования для гидроразрыва пласта

Курсовая работа

На тему Проектирование комплекса оборудования для гидроразрыва пласта

Содержание

Введение

. Применение гидравлического разрыва пласта на нефтяных и газовых месторождениях

1.1 Основные представления о механизме гидравлического разрыва пласта

.2 Выбор скважин для гидравлического разрыва пласта

.3 Технология проведения гидроразрыва пласта

2. Расчет гидравлического разрыва пласта

2.1 Определение расчетных показателей процесса ГРП

.2 Расчет потребного технического обеспечения процесса и обзор современного оборудования

2.2.1 Насосные агрегаты для гидроразрыва

.2.2 Бункеры для пропанта

3. Безопасность жизнедеятельности

3.1 Техника безопасности

.2 Охрана окружающей среды

4. Оценка экономической эффективности гидроразрыва

Заключение

Список используемых источников

Введение

Для обеспечения высокого уровня добычи нефти и газа, наряду с разведкой и освоением новых месторождений, особое внимание уделяется увеличению нефтеотдачи и интенсификации добычи нефти.

Предлагаемый вниманию курсовой проект посвящен одному из важнейших методов интенсификации разработки месторождений углеводородов - гидравлическому разрыву пласта. Опыт применения этой технологии насчитывает уже более пятидесяти лет, но именно в последние годы в связи с вовлечением в разработку трудно извлекаемых запасов нефти и газа проблема использования гидроразрыва стала особенно актуальной. В данной области имеются многочисленные публикации, в которых рассматриваются механизмы и математические модели возникновения и распространения трещины, различные технологии проведения гидравлического разрыва, методы оценки производительности скважин.

Гидравлический разрыв, воздействуя на пласты, повышает производительность скважин, одновременно ускоряет отбор нефти и увеличивает нефтеотдачу. Повышение производительности скважин и нефтеотдачи пласта обусловливает широкое применение метода при разведке и разработке нефтяных месторождений.

В настоящее время в разработку широко вовлекаются трудноизвлекаемые запасы углеводородов, приуроченные к низкопроницаемым, слабодренируемым, неоднородным и расчлененным коллекторам. Гидравлический разрыв пласта (ГРП) является одним из наиболее эффективных методов повышения производительности нагнетательных, нефтяных и газовых скважин, вскрывающих такие пласты. Гидроразрыв пласта был впервые применен в конце 1940-х годов для увеличения добычи из малодебитных скважин в Канзасе (рисунок 1.1). Вслед за взрывным ростом практического применения этого метода в середине 1950-х и значительным всплеском активности в середине 1980-х годов, массовый гидроразрыв перерос в доминирующий метод освоения, в первую очередь для низкопроницаемых коллекторов в Северной Америке. К 1993 году 40 процентов новых нефтяных скважин и 70 процентов газовых скважин в США обрабатывались гидроразрывом.

Рисунок 1.1 - Одна из первых операций ГРП, примерно 1949 г. (Источник: Halliburton)

В настоящее время около трети запасов углеводородов можно извлечь только с использованием этой технологии. Высоко проводящие трещины гидроразрыва позволяют увеличить дебит скважин в 2-3 раза и более.

Исследования и практика применения ГРП показывают, что эффект от проведения гидроразрыва неодинаково проявляется в работе отдельных скважин, поэтому необходимо рассматривать не только прирост дебита каждой скважины вследствие гидроразрыва, но и влияние их интерференции, неоднородности пласта, энергетических возможностей объекта и других факторов. Выбор скважин для обработок, оптимизация параметров трещин и оценка эффективности ГРП должны осуществляться не бессистемно, а на основе детального изучения гидродинамики процесса разработки участка пласта или месторождения в целом с целью обеспечения баланса между фильтрационными характеристиками пласта и трещины. Применение ГРП как элемента системы разработки, т.е. создание гидродинамической системы скважин с трещинами гидроразрыва, даст увеличение темпа отбора извлекаемых запасов, повышение коэффициента извлечения углеводородов за счет вовлечения в активную разработку слабодренируемых зон и пропластков и увеличения охвата заводнением, а также позволит вводить в разработку залежи с потенциальной производительностью скважин в 2-3 раза ниже уровня рентабельной добычи и, следовательно, переводить часть забалансовых запасов в промышленные.

Наиболее высокая эффективность гидравлического разрыва пласта обеспечивается при комплексном подходе к проектированию, основанном на учете таких факторов, как проводимость пласта, система расстановки скважин, механика трещины, характеристики жидкости разрыва и расклинивающего агента, технологические и экономические ограничения. Для реализации этого подхода помимо моделей трещинообразования необходимо создание моделей фильтрации в системе скважин, пересеченных трещинами гидроразрыва, изучение особенностей течения флюидов в окрестности трещины, в том числе в неоднородных и обводненных пластах.

1. Применение гидравлического разрыва пласта на нефтяных и газовых месторождениях

.1 Основные представления о механизме гидравлического разрыва пласта

Гидравлический разрыв пласта представляет собой механический метод воздействия на продуктивный пласт, состоящий в том, что порода разрывается по плоскостям минимальной прочности под действием избыточного давления, создаваемого закачкой в скважину жидкости разрыва с расходом, который скважина не успевает поглощать. Флюиды, посредством которых с поверхности на забой скважины передается энергия, необходимая для разрыва, называются жидкостями разрыва. После разрыва под воздействием давления жидкости трещина увеличивается, возникает ее связь с системой естественных трещин, не вскрытых скважиной, и с зонами повышенной проницаемости. Таким образом, расширяется область пласта, дренируемая скважиной. В образованные трещины жидкостями разрыва транспортируют зернистый материал (пропант), закрепляющий трещины в раскрытом состоянии после снятия избыточного давления.

В результате ГРП кратно повышаются дебит добывающих или приемистость нагнетательных скважин за счет снижения гидравлических сопротивлений в призабойной зоне и увеличения фильтрационной поверхности скважины, а также повышается конечная нефтеотдача за счет приобщения к выработке слабодренируемых зон и пропластков.

Метод ГРП имеет множество технологических решений, обусловленных особенностями конкретного объекта обработки и достигаемой целью. Технологии ГРП различаются, прежде всего, по объемам закачки технологических жидкостей и проппантов и соответственно по размерам создаваемых трещин.

Наиболее широкое распространение получил локальный гидроразрыв как эффективное средство воздействия на призабойную зону скважин. При этом бывает достаточным создание трещин длиной 10-20 м с закачкой десятков кубических метров жидкости и единиц тонн проппанта. В этом случае дебит скважин увеличивается в 2-3 раза.

В последние годы интенсивно развиваются технологии создания высокопроводящих трещин относительно небольшой протяженности в средне- и высокопроницаемых пластах, что позволяет снизить сопротивление призабойной зоны и увеличить эффективный радиус скважины.

Проведение гидроразрыва с образованием протяженных трещин приводит к увеличению не только проницаемости призабойной зоны, но и охвата пласта воздействием, вовлечению в разработку дополнительных запасов нефти и повышению нефтеизвлечения в целом. При этом возможно снижение текущей обводненности добываемой продукции. Оптимальная длина закрепленной трещины при проницаемости пласта 0,01-0,05 мкм² обычно составляет 40-60 м, а объем закачки от десятков до сотен кубических метров жидкости и от единиц до десятков тонн пропанта.

Наряду с этим применяется селективный гидроразрыв, который позволяет вовлечь в разработку и повысить продуктивность низкопроницаемых слоев.

Для вовлечения в промышленную разработку газовых коллекторов со сверхнизкой проницаемостью (менее 10^-4 мкм²) в США, Канаде и ряде стран Западной Европы успешно применяют технологию массированного ГРП. При этом создают трещины протяженностью 1000 м и более с закачкой от сотен до тысяч кубических метров жидкости и от сотен до тысяч тонн пропанта.

Технология применения гидроразрыва в первую очередь основана на знании механизма возникновения и распространения трещин в горных породах, что позволяет прогнозировать геометрию трещины и оптимизировать ее параметры.

Математическое моделирование процесса трещинообразования базируется на фундаментальных законах теории упругости, физики нефтегазоносных пластов, фильтрации, термодинамики. Первую теоретическую модель распространения двумерной трещины, получившую всеобщее признание, предложили С.А. Христианович, Ю.П. Желтов и Г.И. Баренблатт (модель I). Несколько позже Т.К. Perkins, L.R. Kern была предложена вторая модель (модель II). Эти две основные двумерные теоретические модели распространения трещин гидроразрыва различаются физической постановкой задач (рисунок 1.2).

В обеих моделях высота вертикальной трещины постоянна, но в модели I вертикальное поперечное сечение трещины - прямоугольник, а в модели II - эллипс. Горизонтальное сечение вертикальной трещины в модели I - эллипс с заострениями на концах трещины, а в модели II - эллипс. Вертикальные продольные сечения трещин в обеих моделях - прямоугольники. Вертикальное поперечное сечение горизонтальной круговой в плане трещины гидроразрыва в модели II является эллиптическим, а в модели I - эллиптическим с заострениями на противоположных концах. Обе модели опираются на линейную теорию трещин в упругом теле. Различия в моделях приводят к различию в поведении давления в трещине и других параметров процесса гидроразрыва.

Области применения для каждой из этих моделей указаны в работе R.P. Nordgren: в рамках модели I описывается распространение вертикальной трещины в горизонтальной плоскости, а в рамках модели II - ее рост в вертикальном направлении. На ранней стадии распространения трещины, когда ее длина много меньше высоты, применима модель I; на поздней стадии, когда длина трещины значительно превышает высоту, применима модель II. В настоящее время в нефтепромысловой практике распространение получили псевдотрехмерные модели, представляющие собой совокупность двух известных двумерных моделей, описывающих рост трещины и течение жидкости в ней в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Рисунок 1.2 - Модели распространения вертикально трещины

Возможность образования вертикальной или горизонтальной трещины зависит от распределения тектонических напряжений. На малых глубинах вертикальное напряжение может оказаться значительно меньше горизонтальных эффективных напряжений, что благоприятствует образованию горизонтальной трещины. Считается, что в нормальных условиях горизонтальные трещины образуются на глубинах до 200 м, а вертикальные - на глубинах свыше 400 м. На промежуточных глубинах, где главные напряжения примерно равны, ориентация трещин определяется другими факторами, например анизотропией. Поскольку нефтяные и газовые пласты, разрабатываемые в настоящее время, в основном приурочены к значительным глубинам, в большинстве теоретических исследований рассматриваются вертикальные трещины.

1.2 Выбор скважин для гидравлического разрыва пласта

При выборе скважин для гидравлического разрыва пласта руководствуются прежде всего гидродинамическими характеристиками пласта, призабойной зоны и скважины. При этом в случае многопластового объекта разработки параметры определяются для каждого пласта или пропластка, вскрытого скважиной, в отдельности посредством ее исследований методом установившихся отборов и проведения замеров профилей притока или закачки на каждом режиме.

Для гидроразрыва предпочтительны слабопроницаемые сцементированные, крепкие породы, т.е. гидроразрыву в первую очередь следует подвергать скважины, в которых породы пластов при опробовании или эксплуатации не разрушаются и в которых не наблюдаются песчаные пробки.

В скважинах, где отмечаются разрушение пород и вынос пластового песка на забой с образованием песчаных пробок, проводятся процессы, которые также называют «гидравлический разрыв». Однако его основная задача - заполнение крупнозернистым песком каверн и каналов в призабойной зоне, созданных при эксплуатации скважины. При полном насыщении призабойной зоны крупнозернистым песком он выполняет роль фильтра, препятствующего поступлению пластового песка на забой скважины, и тем самым предотвращает пробкообразование.

Рекомендуется избегать разрывов в глинистых зонах, хотя наличие глинистых линз не может существенно влиять на результат этого процесса.

Отмечается закономерность изменения результатов гидроразрыва от степени выработанности горизонтов и по месторождениям в целом. Лучшие результаты гидроразрывов в добывающих скважинах наблюдаются по пластам с высоким давлением, меньшей степенью дренированности и более высокой нефтенасыщености.

По горизонтам, которые разрабатываются с поддержанием пластового давления, эффективность гидравлического разрыва оказывается выше, чем по тем, которые эксплуатируются без поддержания пластового давления. Вместе с тем гидравлический разрыв нецелесообразно проводить в добывающих скважинах, расположенных вблизи очагов или линии нагнетания, а также водонефтяного контура, так как при этом может произойти резкое увеличение притока воды и уменьшение притока нефти.

Гидравлический разрыв может планироваться по скважинам, работающим с высоким газовым фактором, с целью его снижения. Уменьшение газового фактора вследствие гидравлического разрыва достигается в скважинах, имеющих небольшую разгазированную область вокруг забоя, т. е. снижение высокого газового фактора за счет гидроразрыва возможно в тех скважинах, где большой приток газа не связан с прорывом его из повышенной газонасыщенной части пласта или прорывом от газонагнетательных скважин. Гидравлический разрыв в последних двух случаях проводить не следует, так как это может привести к еще большему увеличению притока газа.

Считается, что разрыв пласта в скважинах с открытым забоем менее благоприятен, чем в обсаженных и перфорированных скважинах.

Предпочтительная толщина продуктивной части пласта, подвергаемого разрыву, составляет 2-15 м. В скважинах, вскрывших многопластовые залежи или пласты толщиной более 15 м, проводят многократные или поинтервальные гидроразрывы.

Гидравлический разрыв не рекомендуется осуществлять в технически неисправных скважинах (с нарушенной фильтровой частью, со сломом или смятием колонны, при недостаточной высоте подъема цемента или плохом состоянии цементного кольца за колонной). В скважинах, где в результате разрушения цементного камня или неудовлетворительной цементировки за колонной возникла циркуляция жидкости, необходимо провести цементировку для исправления кольца, а затем уже планировать гидравлический разрыв. В скважинах, имеющих приток пластовой воды, гидравлический разрыв целесообразно проводить после предварительной изоляции ее притока.