Выбор системы заканчивания горизонтальной скважины
Исламов Р.А., Андреев Е.Ю.,
Волков М.Г.


ООО «РН-БашНИПИнефть»,

ООО «РН-Технологии»

Добыча нефти из низкопроницаемых коллекторов с проницаемостью менее
10-15 м2 требует от специалистов разработки новых подходов по расчету динамики показателей эксплуатации горизонтальных скважин с многостадийным гидравлическим разрывом пласта. Должны учитываться неоднородные строение и распределение свойств пласта и перекрывающих интервалов неколлектора, траектория горизонтального участка скважины, интервалы инициации трещин и дизайн гидравлического разрыва, утечки технологической жидкости в пласт, интерференция с соседними скважинами. Разработанные ранее численные методы не позволяют учесть все перечисленные факторы, требуется их доработка. В статье описан метод для проектирования системы заканчивания горизонтальной скважины с проведением многостадийного гидравлического разрыва пласта. Метод учитывает распределение фильтрационно-емкостных и геомеханических свойств пласта, дизайн гидравлического разрыва, утечки жидкости гидроразрыва в пласт, интерференцию трещин соседних скважин. Метод реализован в гидродинамическом симуляторе и опробован на фактических данных по скважинам, пробуренным в низкопроницаемом коллекторе.
Введение
В настоящее время ведутся опытно-промышленные работы по выбору системы разработки низкопроницаемых коллекторов с проницаемостью меньше 10-15 м2. Высокую эффективность показала система с применением горизонтальных скважин с многостадийным гидравлическим разрывом пласта (МГРП) с ориентацией горизонтального участка поперек направления минимального горизонтального напряжения [1]. Длина горизонтального участка 1 200 м, количество стадий варьируется от 10 до 25. Спроектированы дизайны гидравлического разрыва пласта (ГРП), обеспечивающие высокую продуктивность скважин. Разработка ведется на упругом режиме. Анализ эксплуатации опытного участка показал, что при расстоянии между соседними скважинами более 400 м отсутствует интерференция. Для увеличения коэффициента охвата необходимо бурить уплотняющую скважину. При расстоянии менее 300 м наблюдается интерференция между скважинами: происходит резкий рост забойного давления и увеличение дебита нефти и жидкости в работающей скважине после проведения ГРП в новой скважине. Увеличение дебита объясняется повышением пластового давления за счет фильтрации технологической жидкости в пласт при проведении ГРП. Поставлена задача выбора оптимального с точки зрения экономической эффективности расстояния между соседними скважинами, количества стадий и интервалов расстановки портов ГРП для заданного дизайна гидроразрыва.
Необходимо разработать подход по расстановке портов ГРП для заданной траектории горизонтального ствола, оптимальный с точки зрения накопленной добычи нефти и дисконтированного потока наличности для новой и соседних скважин. Разработан и реализован метод, учитывающий распределение фильтрационно-емкостных и геомеханических свойств пласта в районе бурения скважины, расположение трещин ГРП соседних скважин, утечки технологической жидкости при проведении ГРП. Метод позволяет оптимизировать систему заканчивания горизонтальной скважины с МГРП, обеспечивая максимальную экономическую эффективность добычи нефти.
Учет утечек технологической жидкости ГРП в гидродинамическом симуляторе
Выполненные ГРП с применением сшитого боратного геля на гуаровой основе на рассматриваемом объекте разработки показали низкую эффективность из-за низкой остаточной проводимости трещины и образования непроницаемой корки на стенках трещины. Это привело к необходимости создания новых и модификации существующих дизайнов ГРП с применением маловязких жидкостей [2]. Высокую эффективность показали гибридные дизайны с использованием больших объемов жидкости гидроразрыва (от 600 до 1 200 м3 на одну стадию). Проведенные исследования показали [2–6], что на снижение продуктивности скважин с ГРП основное влияние оказывают два фактора:
1. Низкое забойное давление при выводе скважины на режим, что приводит к разрушению и вдавливанию пропанта, выносу пропанта из трещины и снижению гидравлической связности между трещиной и скважиной [2, 5];
2. Влияние технологической жидкости ГРП на снижение остаточной проводимости пропантной пачки, влияние утечек технологической жидкости в пласт на снижение проницаемости коллектора в зоне проникновения [3, 4, 6].
Влияние низкого забойного давления на снижение продуктивности скважины было минимизировано путем применения «щадящего» режима при выводе скважины на режим. Суть заключается в медленном снижении забойного давления в течение первых двух-трех месяцев после запуска скважины, с последующей эксплуатацией на рабочем давлении (40–50 атм.). Это позволяет минимизировать разрушение и вынос проппанта из трещин, продлить период стабильной работы скважины без перевода в режим автоматического повторного включения (АПВ) и достичь большей накопленной добычи нефти за время эксплуатации [2].
Влияние технологической жидкости на снижение продуктивности изучается в лабораториях путем проведения фильтрационных экспериментов. С целью определения кольматирующих свойств жидкостей ГРП в ООО «РН-БашНИПИнефть» проведены лабораторные эксперименты для определения остаточной проводимости пропантной пачки и коэффициента восстановления проницаемости кернового материала, а также долгосрочные эксперименты по определению остаточной проводимости пропантной пачки под воздействием напряжения [6]. Согласно результатам лабораторных исследований, коэффициент восстановления проницаемости после фильтрации жидкости гидроразрыва через керн меняется от 0,15 до 0,87 в зависимости от проницаемости керна и рецептуры жидкости ГРП. Остаточная проводимость пропантной пачки меняется от 0,32 до 0,94 в зависимости от рецептуры жидкости ГРП. Результаты экспериментов были использованы для проведения гидродинамических расчетов.
Для решения задачи учета утечек в гидродинамическом симуляторе необходимо:
  • использовать в расчетах остаточную проводимость пропантной пачки, полученную по результатам лабораторных экспериментов;
  • согласовывать распределение утечек в симуляторе гидроразрыва, полученных при расчете свойств трещины ГРП, и утечек, моделируемых в гидродинамическом симуляторе;
  • в гидродинамическом симуляторе в зонах проникновения технологической жидкости использование коэффициент восстановления проницаемости, соответствующий лабораторным исследованиям.
В симуляторе гидроразрыва «РН-ГРИД» [7] для моделирования утечек используются стационарная и динамическая модели. Коэффициенты утечек в стационарной модели определяются по результатам интерпретации мини-ГРП. Утечки жидкости рассчитываются по всей поверхности моделируемой трещины. При использовании динамической модели для расчета утечек необходимо определить коэффициенты фильтрации, коркообразования и пьезопроводности, зависящие от свойств породы пластового флюида и жидкости гидроразрыва. Коэффициенты можно рассчитать по данным кубов свойств в гидродинамической модели и результатам лабораторных исследований жидкости гидроразрыва. Для выполнения корректных расчетов утечек следует учесть, что неколлектор в гидродинамическом симуляторе по факту обладает фильтрационно-емкостными свойствами. Для расчета динамических утечек необходимо использовать кубы пористости и проницаемости, полученные по результатам поточечной интерпретации геофизических исследований скважин (ГИС) без привязки к коллектору. Рассчитанные коэффициенты нормируются на интегральный коэффициент утечек, определенный по результатам интерпретации мини-ГРП.
После расчета параметров и свойств трещины ГРП в симуляторе гидроразрыва «РН-ГРИД» карта свойств и объем утечек передаются в гидродинамический симулятор ПК «РН-КИМ» [8]. Метод учета влияния утечек на снижение продуктивности трещины ГРП и динамику обводненности включает:
  • моделирование трещины ГРП методом измельчения, ячейки мельчатся до размера ширины трещины, рассчитанной в симуляторе гидроразрыва (ПК «РН-КИМ» позволяет выполнять гидродинамические расчеты на сетках с размером ячеек менее 1 мм);
  • задание карт свойств трещины (пористость, проницаемость, ширина), которые привязываются к интервалу перфорации [9] (рис. 1а);
  • моделирование на дату проведения ГРП закачки в трещину объема жидкости, равного рассчитанному в симуляторе гидроразрыва объему утечек, который фильтруется через стенки трещины в пласт (рис. 1б);
  • в зоне проникновения фильтрата через 24 часа после окончания закачки задание понижающего множителя на проницаемость, равного коэффициенту восстановления проницаемости из лабораторных экспериментов.
Рис. 1. Результаты моделирования трещины ГРП и утечек жидкости ГРП в гидродинамическом симуляторе:
а — карта проводимости трещины,
б — распределение технологической жидкости вблизи трещины после проведения ГРП

Для оценки влияния утечек технологической жидкости при проведении ГРП и снижения проницаемости пласта в зоне проникновения выполнены гидродинамические расчеты:
  • с учетом утечек и снижением проницаемости в зоне проникновения;
  • с учетом утечек и без снижения проницаемости в зоне проникновения,
  • без учета утечек;
Контроль работы скважины задан по дебиту жидкости. В качестве параметров для адаптации выбраны забойное давление и обводненность. Результаты расчетов представлены на рисунке 2 и таблице 1. Сравнение результатов расчетов позволяет сделать следующие выводы:
  • учет утечек в гидродинамическом симуляторе позволяет корректно моделировать динамику обводненности новых скважин;
  • задание коэффициента восстановления проницаемости позволяет корректно учитывать снижение продуктивности трещины ГРП.
Рис. 2. Сравнение динамики показателей эксплуатации скважины с учетом и без учета утечек жидкости ГРП: а — динамика забойного давления, б — динамика обводненности

Табл. 1. Сравнение средней абсолютной ошибки (MAPE) для гидродинамических расчетов с учетом и без учета утечек жидкости ГРП
Метод расстановки портов ГРП в горизонтальной скважине
Выбор интервалов установки портов в горизонтальной скважине для проведения многостадийного гидравлического разрыва пласта является неоднозначной задачей. Существуют разные подходы, основанные на результатах интерпретации кривых ГИС. Выбираются интервалы с максимальными фильтрационно-емкостными свойствами или интервалы с минимальным горизонтальным напряжением. Сделать оценку эффективности расстановки портов ГРП на этапе проектирования сложно. Задача осложняется в случае возможного пересечения траекторий трещин ГРП в соседних скважинах [1], т.к. необходим учет интерференции трещин и фильтрации технологической жидкости гидроразрыва в пласт.
Для увеличения эффективности расположения портов ГРП вдоль горизонтального ствола разработан и реализован метод, который учитывает неоднородность распределения свойств продуктивного пласта, дизайн ГРП и интерференцию трещин в соседних скважинах. Метод основан на применении нейронной сети «РН-КИМ.Нейросети» [10], которая была доработана для решения данной задачи. Метод включает:
  • уточнение постоянно действующей геолого-гидродинамической модели по результатам интерпретации ГИС в пробуренной горизонтальной скважине;
  • создание секторной гидродинамической модели, включающей пробуренную скважину и ближайшие скважины, с которыми возможна интерференция;
  • создание в симуляторе гидроразрыва «РН-ГРИД» проекта графика закачки при проведении ГРП для расчета карт распределения свойств в трещинах;
  • восстановление кубов геомеханических свойств по данным из кубов свойств в гидродинамической модели, расчет геометрии и карт свойств трещины для каждой стадии ГРП;
  • моделирование трещин ГРП в гидродинамическом симуляторе осуществляется методом измельчения [11];
  • учет утечек технологической жидкости при моделировании трещин ГРП в гидродинамическом симуляторе ПК «РН-КИМ»;
  • запуск «РН-КИМ.Нейросети» для поиска интервалов размещения портов ГРП, обеспечивающих максимальную добычу нефти из всех скважин в секторной модели.
Апробация разработанного метода выполнена на участке залежи с низкопроницаемым глинизированным коллектором. Рядом с действующей скважиной ХХХ1 на расстоянии 230 м была пробурена скважина ХХХ2. Для обеспечения высокой продуктивности скважины был разработан большеобъемный дизайн ГРП на основе линейного геля, который обеспечивал закрепленную полудлину трещины более 200 м. Это гарантировало интерференцию трещин ГРП скважин ХХХ1 и ХХХ2, что наблюдалось в процессе и после проведения гидроразрыва пласта. Из постоянно действующей гидродинамической модели был вырезан сектор, который включал 2 скважины, выполнена адаптация на данные фактической эксплуатации скважин (расчетные и фактические значения накопленной добычи и продуктивности скважин отличались менее чем на 5 %). В опорной наклонно-направленной скважине с расширенным комплексом ГИС и результатам интерпретации данных ГРП восстановлены зависимости для расчета геомеханических свойств пласта из кубов свойств гидродинамической модели [11].
В симуляторе гидроразрыва пласта «РН-ГРИД» создан проект фактического графика закачки при проведении ГРП для расчета карт распределения свойств трещин в скважине ХХХ2.
В «РН-КИМ.Нейросети» выполнены расчеты по двум вариантам:
1. Размещение 16 портов ГРП (равно фактическому количеству) с применением фактического графика закачки при проведении гидроразрыва;
2. Поиск оптимального количества стадий ГРП и размещение портов вдоль горизонтального ствола, что обеспечит максимальную добычу нефти и максимальный дисконтированный поток наличности (NPV).
Контроль работы скважин задавался по забойному давлению, равному среднему значению за фактический период эксплуатации. Трещины гидроразрыва в скважине ХХХ1 моделировались методом источников, параметры каждой трещины были уточнены в «РН-ГРИД» и на этапе адаптации секторной гидродинамической модели. Трещины гидроразрыва в скважине ХХХ2 моделировались методом измельчения с расчетом карт распределения свойств для каждой трещины в «РН-ГРИД» (рис. 3).
Рис. 3. Размещение портов ГРП в скважине ХХХ2:
а — вариант размещения 16 портов,
б — вариант размещения 25 портов

Гидродинамические расчеты выполнялись на 5 лет. Сравнение результатов расчетов для вариантов 1 и 2 с базовым (фактическое размещение портов ГРП) представлено на рисунке 4 и в таблице 2.
Рис. 4. Сравнение добычи при фактическом размещении портов с размещением по вариантам 1 и 2: а — дебит нефти, б — накопленная добыча нефти

Табл. 2. Сравнение технико-экономических показателей по вариантам 1 и 2 с базовым вариантом

По результатам расчетов сделаны выводы:
  • применение разработанного метода при расстановке портов ГРП в скважине ХХХ2 позволило бы увеличить накопленную добычу нефти на 2,5 тыс. т и увеличить NPV на 28 млн руб. за 5 лет добычи;
  • оптимальное количество портов ГРП в скважине ХХХ2 составляло 25 шт., применение такой компоновки позволило бы увеличить добычу нефти на 6,4 тыс. т и увеличить NPV на 30 млн руб. за 5 лет добычи, дальнейшее увеличение количества портов ГРП привело бы к снижению NPV;
  • дополнительная добыча нефти в скважине ХХХ1 составила 96 тонн для случая фактического размещения портов в скважине ХХХ2, по анализу динамики фактического дебита дополнительная добыча нефти составила 107 тонн;
  • разработанный метод можно рекомендовать для проведения опытно-промышленных испытаний.
Исламов Р.А., Андреев Е.Ю., Волков М.Г.

ООО «РН-БашНИПИнефть» (ОГ ПАО «НК «Роснефть»), Уфа, Россия
ООО «РН-Технологии» (ОГ ПАО «НК «Роснефть»), Москва, Россия

islamovra@bnipi.rosneft.ru
Для решения задачи в работе предлагается:
• использование нейронной сети для выбора интервала инициации трещины гидравлического разрыва;
• расчет геометрии и распределения свойств каждой трещины в симуляторе гидроразрыва;
• согласование распределения утечек в гидродинамическом симуляторе и симуляторе гидроразрыва;
• в гидродинамическом симуляторе в зонах проникновения технологической жидкости использование коэффициента восстановления проницаемости.
горизонтальная скважина, гидравлический разрыв пласта, нейронная сеть, низкопроницаемый пласт, гидродинамическое моделирование, геомеханическое моделирование
Исламов Р.А., Андреев Е.Ю., Волков М.Г. Выбор системы заканчивания горизонтальной скважины с многостадийным гидроразрывом пласта //
Экспозиция Нефть Газ. 2024. № 2. С. 34–38. DOI: 10.24412/2076-6785-2024-2-34-38
04.04.2024
УДК 622.276.3
DOI: 10.24412/2076-6785-2024-2-34-38

Рекомендуемые статьи
© Экспозиция Нефть Газ. Научно-технический журнал. Входит в перечень ВАК
+7 (495) 414-34-88