Применение программных комплексов для моделирования гидравлического разрыва пласта

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

Длительная разработка месторождений приводит к тому, что эффективная добыча нефти становится невозможна без применения геолого-технологических мероприятий. Одним из наиболее результативных мероприятий является гидравлический разрыв пласта (ГРП). Данный метод позволяет вовлечь в разработку залежи, обладающие низким коэффициентом проницаемости, путем создания высокопроводимой трещины. Наибольшую эффективность с точки зрения прироста дебита показывает применение многостадийного гидравлического разрыва пласта (МГРП) на горизонтальных участках скважин, ввиду уменьшения скин-фактора и увеличения площади дренирования залежи [1, 2].

В связи с широким распространением гидравлического разрыва пласта, возникла необходимость оценки ожидаемых результатов проведения операции. Для данной цели было создано большое количество программных продуктов, наибольшее распространение из которых получили: ПК “RN-GRID” – активно применяется в группе предприятий ПАО «НК

«Роснефть»; ПК “tNavigator” – распространен во многих нефтедобывающих компаниях, в том числе – в ПАО «Газпром нефть».

Программный комплекс “RN-GRID” разработан в 2017 г специалистами ООО «РН-БашНИПИнефть». Это симулятор, который позволяет детально описывать сложную геометрию трещины, образующуюся в породе при гидроразрыве пласта (ГРП) [3].

Симулятор выполняет все операции и инженерные расчёты, необходимые для проектирования ГРП. Он способен загружать и визуализировать большие объёмы исходных данных, создавать геомеханическую модель пласта, анализировать диагностические закачки, рассчитывать дизайн операций ГРП и анализировать уже проведённые операции с использованием обширной базы данных технологических жидкостей и пропантов для ГРП [4].

ПК “tNavigator” — единый программный пакет, который позволяет создавать геологические и динамические модели нефтегазовых месторождений, моделировать PVT свойства, строить поверхностную сеть, выполнять расчет модели, а также анализ неопределенностей в рамках единого интерфейса [5].

В программных продуктах, указанных выше, был смоделирован слабопроницаемый маломощный коллектор на основании реальных данных нефтяного месторождения. Характеристики моделируемого пласта и флюида представлены в Таблице 1. Параметры моделируемой скважины представлены в Таблице 2. Все данные также взяты по реально существующей скважине месторождения.

Таблица 1

ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОДУКТИВНОГО ПЛАСТА И ФЛЮИДА

Параметр	Значение
Глубина залегания, м	2872
Проницаемость, мД	15
Пористость, %	17
Пластовое давление, МПа	28
Продуктивная мощность пласта, м	7
Вязкость флюида, мПа*с	2,5
Плотность, кг/м3	905
ПАРАМЕТРЫ МОДЕЛИРУЕМОЙ СКВАЖИНЫ	Таблица 2
Параметр	Значение
Длина горизонтального участка, м	500
Количество портов ГРП, шт.	10
Плотность расположения портов, м/шт	50
Радиус скважины, м	0,108

Симуляция ГРП в ПК “RN-GRID”. Первым этапом моделирования ГРП в программном продукте “RN-GRID” являлось проектирование траектории скважины. Горизонтальный участок расположен на глубине 2875 м (Рисунок 1).

Расчет процесса МГРП проводился с учетом взаимовлияния создаваемых трещин. Закачка проппанта выполнялась рампом, то есть с постепенным увеличением концентрации проппанта на 1 м2. Масса проппанта на один порт составила 20,131 т. Результаты ГРП по созданному дизайну представлены в Таблице 3.

Таблица 3

Параметры	Полученные данные
Прирост дебита на один порт, м3/сут	3,71
Скин-фактор	-3,7096
Объем в продуктивной зоне, м3	1,7029
Высота трещины, м	6,277
Полудлина трещины, м	120,5948
Ширина трещины, мм	2,486

В результате расчета дизайна ГРП была получена трещины, карта раскрытия которой изображена на Рисунке 2. Форма созданной трещины близка к симметричной, что может свидетельствовать о равномерности её раскрытия относительно пласта коллектора.

Рисунок 2. Карта раскрытия трещины

Вывод: ПК “RN-GRID” позволяет учесть литолого-физические характеристики продуктивного пласта, задать траекторию скважины, объем и вид закачиваемого проппанта, а также дает возможность анализировать карты раскрытия трещины и концентрации проппанта. Однако в данном симуляторе невозможно спрогнозировать добычу нефти на определенный период.

Симуляция ГРП в ПК “tNavigator”. В ПК “tNavigator” была смоделирована скважина с горизонтальным участком, аналогично скважине в ПК “RN-GRID” (Рисунок 3). Указанные данные были созданы во вкладке «Дизайнер моделей». Время жизни трещины составляет порядка 365 дней (1 год).

Рисунок 3. Расположение скважины в моделируемом пласте

Используемые относительные фазовые проницаемости в проведении симуляции представлены на Рисунке 4.

Для дальнейших расчетов гидравлического разрыва пласта был выполнен экспорт гидродинамической модели во вкладку «Расчет». ГРП проводился сразу в момент вторичной перфорации скважины. Параметры для проведения операции были заданы аналогично параметрам в ПК “RN-GRID”. Расчет результатов был произведен на 5 лет вперед (период задан с 01.01.2020 по 01.01.2025) (Рисунок 5).

Рисунок 4. График относительных фазовых проницаемостей

Рисунок 5. Пластовое давление: а - начальное, б – через 5 лет от начала разработки

По итогам расчета были построены следующие карты: распределение нефтенасыщенности по итогам расчетного периода (Рисунок 6), массовая плотность нефти (Рисунок 7).

Рисунок 6. Распределение нефтенасыщенности через 5 лет разработки

Рисунок 7. Карта массовой плотности нефти

Помимо указанных карт, ПК “tNavigator” позволяет визуализировать графики основных показателей разработки, таких как дебиты по нефти, воде и газу, обводненность продукции. График сравнения показателей разработки без ГРП и с проведенным ГРП, за период работы скважины равный 1 году, приведен на Рисунке 8.

Рисунок 8. График сравнения основных показателей разработки с проведением ГРП и без него

На основании полученных данных можно провести сравнение технологический показателей до проведения операции многостадийного гидравлического разрыва пласта и после нее (Рисунок 9). Как видно, наибольшая разница по накопленным отборам была получена по истечению недели после проведения операции, а разница за весь наблюдаемый период является минимальной.

Рисунок 9. Сравнение данных моделирования в ПК “tNavigator”

Рисунок 10. Сравнение результатов моделирования в ПК “tNavigator” и ПК “RN-GRID”

ПК “tNavigator” позволяет создавать различные геологические и гидродинамические модели, гибко настраивать параметры продуктивного пласта, скважин и проводимых на них операций. Большим плюсом программы является возможность прогнозировать дальнейшую разработку на определенный период вперед, что позволяет в перспективе оценивать принятые решения и изменять вводимые данные для достижения наиболее эффективного результата.

На основании проведенных симуляций в программных продуктах “RN-GRID” и “tNavigator” проанализируем сходимость полученных результатов, учитывая, что задаваемые параметры скважины и проведения МГРП в просчитанных симуляциях идентичны. Сравнение показателей представлено на Рисунке 10.

Таким образом, можно сказать, что различие результатов в просчитанных моделях прослеживается минимально отклонение в полученных результатах (порядка 1%). Данное отличие является несущественным, на основании чего можно сделать вывод о практически полном соответствии результатов расчета гидравлического разрыва пласта в данных программных продуктах.