Гидравлический разрыв пласта: сущность технологии, зарубежный и отечественный опыт применения.

Гидравлический разрыв пласта – это механический метод воздействия на продуктивный пласт, заключающийся в том, что порода разрывается по плосткостям минимальной прочности под действием избыточного давления, создаваемого закачкой в скважину жидкости разрыва с расходом, который скважина не успевает поглощать. [1]

После образования трещины под воздействием давления жидкости разрыва происходит её увеличение, возникает её сообщение с системой не вскрытых скважиной естественных трещин, происходит захват не дренируемых ранее скважиной областей пласта с повышенной проницаемостью.

После успешно проведенного ГРП происходит повышение дебитов добывающих скважин, так как снижаются гидравлические сопротивления призабойной зоны скважины, происходит увеличение фильтрационной поверхности скважины, происходит конечное повышение нефтеотдачи в связи с приобщением к выработке слабодренируемых зон и пропластков.

Наиболее широко распространен локальный гидравлический разрыв пласта, обладающий значительной эффективностью воздействия на призабойную зону скважин. При таком разрыве обычно достаточно создания трещин длиной 10-20 м с закачкой десятков кубометров жидкости и единиц тонн проппанта.

Для увеличения охвата пласта и волечения в разработку дополнительных не разрабатываемых ранее зон производят гидравлический разрыв с образованием  протяженных трещин. Оптимальное значение длины трещины составляет 40-60 м, а объем закачки  - от десятков до сотен кубометров жидкости и от единиц до десятков тонн проппанта.

В ряде стран Западной Европы, США, Канаде успешно применяется технология массированного ГРП для вовлечения в разработку газовых коллекторов со сверхнизкой проницаемостью (менее 10^-4 мкм²). Длина трещин при таков типе ГРП составляет 1000 м и более, а закачка жидкости – от сотен до тысяч кубометров, проппанта – от сотен до тысяч тонн.

В нефтяной практике впервые гидравлический разрыв пласта был произведен в США в 1947 г. [1] Технология и теоретические представления о процессе ГРП были описаны в работе J.B. Clark [2] в 1949 г., после чего данная технология получила широкое распространение. К концу 1955 г. в США было произведено более ста тысяч ГРП [3].

Первыми жидкостями разрыва были жидкости на нефтяной основе, однако с конца 50-х гг. стали применяться жидкости на водной основе.

Наиболее широко применяемые жидкости на водной основе – гуаровая смола и гидроксипропилгуар. [1]

Помимо наиболее широко распространенного материала для закрепления трещин – песка, в США применяется так называемый суперпесок – кварцевый песок, зерна которого покрыты специальными смолами, которые повышают прочность и препятствуют выносу частиц раскрошившегося проппаната из трещин. Используются также синтетические смолопокрытые проппанты. [1]

Согласно недавним исследованиям, проведенным в США установлено, что применение проппантов средней прочности  экономически эффективно и на глубинах менее 2500 м, поскольку повышенные затраты связанные с их более высокой стоимостью по сравнению с обычным песком перекрываются выигрышем в дополнительной добыче нефти за счет создания в трещине гидроразрыва упаковки проппанта более высокой проводимости [4].

Ввиду наличия большого разнообразия присутствующих на американском рынке жидкостей разрыва и проппантов Американским нефтяным институтом (API) разработаны стандартные методики для определения  свойств этих материалов (API RP39; Prud’homme, 1984, 1985, 1986 – для жидкостей разрыва и API RP60 – для проппантов). [5]

Благодаря совместным усилиям Американского газового исследовательского института (GRI) и крупнейших нефтяных и газовых компаний США (Mobil Oil Co., Amoco Production Co., Schlumberger и др.) разработан новый технологический комплекс, который включает в себя мобильное оборудование GRI позволяющее тестировать и контролировать качество операции ГРП, агрегат GRI для иследования реологии, трехмерную компьютерную программу для «дизайна» трещины FRACPRO, приборы способные определять профиль напряжения в пласте и микросейсмическую технику для определения высоты и азимута трещины. [6, 7]

Впервые эксперимент по созданию нескольких трещин в наклонной скважине был проведен компанией Mobil в 60-х гг. [8]

ГРП производились в нефтяных горизонтальных скважинах на месторождениях в датской части Северного моря (Нидерланды) [9].

С появлением новых прочных синтетических проппантов в конце 70-х гг. начался подъем в области применения ГРП на нефтяных и газовых месторождениях Западной Европы, которые приурочены к плотным песчаникам и известнякам и расположены на больших глубинах.

В Европе массированный ГРП проводится преимущественно на месторождениях Германии, Нидерландов и Великобритании в Северном море.

Локальные ГРП распространены на месторождениях Норвегии в Северном море, а также во Франции, Италии, Австрии и странах Восточной Европы.

В Китае для производства ГРП используют бокситный проппант собственного производства.

В отечественной практике гидравлический разрыв пласта стали применять с 1952 г. Пиковый период проведения ГРП в СССР пришелся на 1958-1962 гг., где количество операций ГРП превышало 1500 в год, а в 1959 г. достигло 3000 операций. [10]

В это же время проходили теоретические и промыслово-экспериментальные исследования по изучению механизма ГРП и его влияния на производительность скважин.

Массированный ГРП не проводился в бывшем СССР.

После освоения крупных месторождений  Западной Сибири характеризующихся высокими дебитами гидравлический разрыв пласта практически перестал применяться. В промышленных масштабах ГРП не применялся в период с 70-х по 80-е гг.

Возобновление применения отечественного ГРП началось в конце 80-х гг.

В качестве основного проппанта в России до недавнего времени использовался натуральный песок, что было обусловлено небольшой глубиной залегания коллекторов, высококачественные синтетические проппанты не применялись.

В настоящее время интерес к использованию ГРП в России растет в связи с ростом в структуре запасов нефти доли запасов в низкопроницаемых коллекторах.

Более 40% запасов приурочены к коллекторам с проницаемостью менее 0,05 мкм², около 80% из них расположены в Западной Сибири. [1]

В период с 1988 по 1995 гг. в Западной Сибири провели более 1600 операций ГРП. [12] В данный период ГРП проводился в 50-80% добывающего фонда. [1]

Значительный опыт ГРП получен в АО «Юганскнефтегаз» посредством анализа эффективности более 700 ГРП, выполненых СП «ЮГАНСКФРАКМАСТЕР» в период с 1989 по 1994 гг. на 22 пластах 17 месторождений АО «Юганскнефтегаз» [11]

В 1992 г. на крупнейшем Самотлорском месторождении началось проведение широкомасштабного ГРП. К началу 1997 г. проведено 432 операции при успешности – 94%, дополнительная добыча от проведения ГРП составила более 4 млн. тонн нефти. [12]

В ТПП «Когалымнефтегаз» ООО «ЛУКОЙЛ-Западная Сибирь» на Повховском месторождении был получен опыт ГРП прерывистых пластов, которые были представлены преимущественно отдельными линзами коллектора. [1]

В 1993 г. на месторождениях ОАО «Ноябрьскнефтегаз» начали проводить опытно-промышленные работы по ГРП. ГРП проводили  в скважинах с низкими дебитами и низкой степенью обводненности. В результате проведения ГРП дебит нефти вырос  в 7,7 раз, жидкости – в 10 раз. Обводненность после операций увеличилась до 25%.

Большое значение имеют работы по ГРП на наших месторождениях фирмы «Dowell Schlumberger», которой был запроектирован первый советско-канадский эксперимент по проведению массированного ГРП на Салымском месторождении. [13]

В 1994 г. фирмой «Dowell Schlumberger» было произведено несколько десятков ГРП на следующих месторождениях: Ново-Пурпейское, Тарасовское и Харампурское. Рузультатом применения ГРП явилась добыча дополнительных 222,7 тыс. тонн нефти. [1]

ОАО «Варьеганнефтегаз» накоплен опыт проведения ГРП в частично истощенных юрских пластах нефтяных месторождений, для которых характерным является – низкие темпы добычи с их быстрым падением, неэффективное заводнение, а также низкий текущий коэффициент извлечения нефти. [14]

Согласно анализу данных по внедрению ГРП на месторождениях Западной Сибири данный метод как правило применяется в одиночно выбираемых добывающих скважинах. [15]

На Астраханском газоконденсатном месторождении был получен опыт проведения кислотного ГРП, коллекторы которого характеризуются наличием плотных пористо-трещиноватых известняков с низкой проницаемостью и пористостью. ГРП на Астраханском месторождении показал высокую эффективность при условии правильного выбора технологических параметров обработки и скважин. [1]