Квазистационарная модель развития трещины гидроразрыва пласта при переводе скважины после обработки в нагнетательный фонд

Введение. Промысловый опыт разработки месторождений со скважинами, имеющими трещины гидроразрыва пласта, показывает, что после выработки нефти из прилегающих участков пласта эти скважины нередко переводятся под закачку воды. Повышение забойного давления в процессе нагнетания воды и его превышение над давлением разрыва пласта может приводить к росту трещины и снижению области охвата пласта. В этом случае трещину называют трещиной автогидроразрыва. Классические модели для прогнозирования роста трещины не учитывают различие характерных масштабов процессов. Целью работы является расчёт динамики развития трещины автогидроразрыва с использованием квазистационарной модели.

Материалы и методы. Предлагается квазистационарная концепция развития трещины автогидроразрыва пласта, когда происходит фильтрация суспензии в пласт, засорение частицами зоны вблизи трещины гидроразрыва пласта и снижение проницаемости этой зоны во временных масштабах (от нескольких месяцев до нескольких лет). На основе этого подхода сформулирована новая модель развития такой трещины, позволяющая прогнозировать ее рост и изменение приемистости скважин в зависимости от объема прокачки воды. Описывается установление давления в трещине на основе модели «глубокого» проникновения суспензии. Поток суспензии по трещине рассчитывается на основе законов сохранения массы и импульса в рамках гомогенного приближения. Превышение расхода поступающей в трещину суспензии над ее оттоком вызывает рост трещины.

Результаты. Рассчитана динамика развития трещин автогидроразрыва пласта и соответствующее относительное увеличение приемистости для двух скважин одного из российских месторождений; определена корреляционная зависимость коэффициента повреждения породы от проницаемости пласта. Заключение. Расчетные прогнозы по предложенной модели позволяют определить динамику развития трещин автогидроразрыва пласта в зависимости от фильтрационно-емкостных свойств породы, системы разработки. Эти прогнозы позволят развить теорию разработки для низкопроницаемых коллекторов с учетом образования трещин автогидроразрыва пласта.

1. Закиров С.Н., Закиров Э.С., Закиров И.С., Баганова М.Н., Спиридонов А.В. Новые принципы и технологии разработки месторождений нефти и газа. М.: Институт проблем нефти и газа РАН, 2004. — 520 с.

2. Янин А.Н., Янин К.Е., Биккулов М.М. Анализ истории развития системы ППД с целью выбора устьевого давления закачки воды на нефтяных объектах Западной Сибири // Науки о Земле. — 2023. — №12. — С. 28–41.

3. Афанасьева А.В., Горбунов А.Т., Шустеф И.Н. Заводнение нефтяных месторождений при высоких давлениях нагнетания. М., «Недра», 1975. — 215 с.

4. Bedrikovetsky P., Zeinijahromi A., Siqueira F.D., Furtado C.A., de Souza A.L.S. Particle detachment under velocity alternation during suspension transport in porous media // Transport in Porous Media. — 2012. — Vol. 91. — P. 173–197. https://doi.org/10.1007/s11242-011-9839-1

5. Narr W., Schechter D.W., Thompson L.B. Naturally fractured reservoir characterization. Richardson: Society of Petroleum Engineers, 2006. — 112 p.

6. Nordgren R.P. Propagation of a vertical hydraulic fracture // SPE Journal. — 1972. — Vol. 12. — № 4. — P. 306–314. https://doi.org/10.2118/3009-PA

7. Rodriguez E., Bryant S.L. Straining of fine particles in gaps in porous media // Society of Petroleum Engineers Conference Paper SPE-110425-MS presented and the SPE Annual Technical Conference and Exhibition, Anaheim, USA, 11–14 November 2007. — 2007. — P. 1–16. https://doi.org/10.2523/110425-ms

8. Vaz A., Bedrikovetsky P., Fernandes P.D., Badalyan A., Carageorgos T. Determining model parameters for non-linear deep-bed filtration using laboratory pressure measurements // Journal of Petroleum Science and Engineering. — 2017. — Vol. 151. — P. 421–433. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2017.01.001

9. Herzig J.P., Leclerc D.M., Goff P.L. Flow of suspensions through porous media — application to deep filtration // Industrial and Engineering Chemistry. — 1970. — Vol. 62. — P. 8–35.

10. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. Ч. 1. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1987. — 464 с.

11. Анурьев Д.А., Федоров К.М., Гильманов А.Я., Шевелёв А.П., Морозовский Н.А., Торопов К.В. Анализ возможности блокирования трещин автоГРП суспензионной системой // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. — 2023. — № 84. — С. 36–51. https://doi.org/10.17223/19988621/84/4

12. Fedorov K.M., Gilmanov A.Ya., Shevelev A.P., Kobyashev A.V., Anuriev D.A. A theoretical analysis of profile conformance improvement due to suspension injection // Mathematics. — 2021. — Vol. 9. — No. 15. — P. 1727–1741. https://doi.org/10.3390/math9151727

13. Черный С.Г., Лапин В.Н., Есипов Д.В., Куранаков Д.С. Методы моделирования зарождения и распространения трещин. Новосибирск: Издательство СО РАН, 2016. — 312 с.

14. Хабибуллин И.Л., Хисамов А.А. Моделирование нестационарной фильтрации в системе пласт–трещина гидроразрыва // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. — 2022. — № 77. — С. 158–168. https://doi.org/10.17223/19988621/77/12

15. Geertsma J., de Klerk F. A rapid method of predicting width and extent of hydraulically induced fractures // Journal of Petroleum Technology. — 1969. — № 12. — P. 1571–1581.

16. Zhang Z., Clarkson C., Williams-Kovacs J.D., Yuan B., Ghanizadeh A. Rigorous estimation of the initial conditions of flowback using a coupled hydraulic-fracture/dynamic-drainage-area leakoff model constrained by laboratory geomechanical data // SPE Journal. — 2020. — Vol. 25. — № 6. — P. 3051–3078. https://doi.org/10.2118/201095-PA

17. Wang W., Yuan B., Su Y., Wang K., Jiang M., Moghanloo R.G., Rui Z. Nanoparticles adsorption, straining and detachment behavior and its effects on permeability of Berea Cores: analytical model and lab experiments // Society of Petroleum Engineers Conference Paper SPE-181285-MS presented and the SPE Annual Technical Conference and Exhibition, Dubai, UAE, 26–28 September 2016. — 2016. — P. 1–18. https://doi.org/10.2118/181285-MS

18. Фёдоров К.М., Шевелёв А.П., Кобяшев А.В.. Захаренко В.А., Кочетов А.В., Неклеса Р.С., Усольцев А.В. Определение фильтрационных параметров суспензии по экспериментальным данным // Society of Petroleum Engineers, Статья с конференции SPE-202018-RU, представленная на Российской нефтегазовой технической конференции SPE в Москве, Россия, 26–29 октября 2020. — 2020. — С. 1–16. https://doi.org/10.2118/202018-RU

19. Экономидис М., Олайни Р., Валько П. Унифицированный дизайн гидроразрыва пласта М.: ПетроАльянс Сервисис Компани Лимитед, 2004. — 316 с.

20. Mahadev K.A., Haldipur P., Tinker S.J., Stewart C., Roy A.M. The importance of clean off-plane perforations in all phases of a deepwater well and its productivity impact // SPE Drilling and Completion. — 2019. — Vol. 34. — № 4. — P. 372–381. https://doi.org/10.2118/191456-PA