Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Гидравлический разрыв пласта (ГРП) — метод интенсификации добычи нефти и газа, заключающийся в создании высокопроводимой трещины в продуктивном пласте путём нагнетания жидкости под давлением, превышающим прочность горной породы на разрыв. Трещина закрепляется проппантом (расклинивающим агентом), обеспечивая устойчивый приток флюида к стволу скважины.
Технология ГРП была предложена инженером Ф. Фэррисом (Stanolind Oil) в 1947 году — первый экспериментальный гидроразрыв проведён на месторождении Хьюготон (Канзас, США). Первая коммерческая операция выполнена 17 марта 1949 года компанией Halliburton в Оклахоме по лицензии Stanolind. В СССР метод применяется с 1952 года. На сегодняшний день ГРП является одним из наиболее эффективных методов повышения продуктивности скважин, особенно при разработке низкопроницаемых коллекторов.
Технология включает три основных этапа:
Напряжённое состояние горной породы на глубине определяется тремя главными напряжениями: вертикальным (литостатическим) σv и двумя горизонтальными σHmax и σhmin. Трещина ГРП раскрывается перпендикулярно направлению действия минимального главного напряжения.
Давление на забое, необходимое для инициации трещины (давление разрыва, breakdown pressure):
Pразр = σhmin + σт + ΔPnet
где: σhmin — минимальное горизонтальное напряжение (напряжение смыкания), МПа; σт — предел прочности породы на растяжение (0,5–6 МПа для осадочных пород); ΔPnet — чистое (нетто) давление, необходимое для поддержания и распространения трещины.
Минимальное горизонтальное напряжение σhmin (closure stress, давление смыкания) — ключевой параметр дизайна ГРП. Определяется экспериментально по результатам мини-ГРП (DFIT — Diagnostic Fracture Injection Test) или расчётом, например, по уравнению Итона:
σhmin = (ν / (1 − ν)) · (σv − Pпл) + Pпл + σтект
где: ν — коэффициент Пуассона породы; σv — вертикальное (литостатическое) напряжение; Pпл — пластовое давление; σтект — тектоническая составляющая напряжений.
Вертикальное напряжение определяется из интеграла плотности вышележащих пород (плотностной каротаж): σv = ∫ρ(z)·g·dz. Для предварительных оценок принимают градиент литостатического давления ~22,6 кПа/м (плотность пород ~2300 кг/м³).
Pуст = Pразр + Pтр − Pгидр
где Pтр — потери давления на трение в НКТ (зависят от расхода и диаметра), МПа; Pгидр — гидростатическое давление столба жидкости, МПа.
Для расчёта геометрии трещины ГРП (длины, ширины, высоты) разработаны аналитические и численные модели. Основные классические модели получены в 1950–1970-х годах:
Современные модели — Pseudo-3D (P3D) и Planar-3D — являются расширением PKN и учитывают реальную слоистость разреза, контрастность напряжений между слоями и рост трещины по высоте. Наиболее адекватной для условий Западной Сибири считается модель PKN и её расширение Pseudo-3D.
Жидкость ГРП выполняет несколько функций: создаёт и распространяет трещину, транспортирует проппант, минимизирует утечки в пласт. Выбор жидкости определяется температурой пласта, проницаемостью и требуемой геометрией трещины.
Проппант (расклинивающий агент) — гранулированный материал, заполняющий трещину и обеспечивающий её проводимость после снятия давления. Подбор проппанта определяется давлением смыкания трещины (σhmin).
ISP — Intermediate Strength Proppant; MSP — Medium Strength; HSP — High Strength; ULW — Ultra Lightweight; RCP — Resin Coated Proppant. Фракция меш (mesh) указывает размер зёрен: 20/40 = 0,42–0,84 мм; 16/20 = 0,84–1,19 мм.
Многостадийный гидроразрыв пласта (МГРП) — последовательное выполнение нескольких стадий ГРП в одном стволе горизонтальной скважины. Каждая стадия создаёт отдельную трещину, перпендикулярную стволу, что многократно увеличивает площадь контакта с пластом.
Проектирование ГРП включает следующие этапы:
1) Сбор исходных данных: геолого-физические свойства пласта (проницаемость, пористость, модуль Юнга, коэффициент Пуассона), профиль напряжений по разрезу (из данных ГИС и мини-ГРП), пластовое давление, температура.
2) Определение давления смыкания: по результатам DFIT (мини-ГРП) — определяется ISIP (мгновенное давление при остановке закачки), Pcl (давление смыкания) и параметры утечек (leak-off).
3) Выбор жидкости и проппанта: на основе температуры пласта, давления смыкания, проницаемости и требуемой проводимости.
4) Расчёт геометрии трещины: моделирование в симуляторе ГРП (P3D или Planar-3D) для определения оптимальной длины, ширины и концентрации проппанта.
5) Оптимизация графика закачки: определение расхода, объёмов pad- и propping-стадий, концентрации проппанта (от 200–400 кг/м³ в начале до 800–1200 кг/м³ в конце).
6) Расчёт оборудования: подбор насосных агрегатов по давлению и расходу, компоновка наземного оборудования (блендер, песковоз, ёмкости).
Все симуляторы решают связанную задачу: упругость породы + фильтрация жидкости в трещине + утечки (модель Картера) + перенос проппанта. Входные данные включают профиль напряжений, упругие модули по разрезу, свойства жидкости и проппанта, график закачки.
Трещина ГРП раскрывается перпендикулярно направлению действия минимального главного напряжения. На глубинах более 600–1000 м минимальное напряжение обычно горизонтальное (σhmin), поэтому трещина вертикальная. На малых глубинах минимальным может быть вертикальное напряжение — тогда формируется горизонтальная трещина.
Давление смыкания (closure stress) определяется экспериментально по результатам мини-ГРП (DFIT). После остановки закачки давление снижается: точка перегиба на графике «давление — время» (или «давление — √t») соответствует давлению смыкания Pcl ≈ σhmin. Расчётные методы (уравнение Итона и др.) дают оценочные значения.
В модели PKN (Perkins-Kern-Nordgren) длина трещины значительно превышает высоту, сечение эллиптическое, градиент давления вдоль трещины значителен. В модели KGD (Христианович-Гиртсма-де Клерк) высота значительно превышает длину, сечение прямоугольное, давление в трещине практически постоянно. PKN применяется для длинных трещин в пластах ограниченной мощности, KGD — для коротких широких трещин.
При давлении смыкания 50 МПа кварцевый песок (прочность до 28–35 МПа) непригоден — он будет разрушаться. Необходим керамический проппант класса ISP или MSP с прочностью 55–69 МПа. При выборе учитывается требуемая проводимость: ISP 20/40 обеспечивает проводимость 2000–4000 мД·м при 50 МПа, MSP 20/40 — 4000–6000 мД·м.
МГРП (многостадийный гидроразрыв пласта) — последовательное создание нескольких трещин в горизонтальном стволе скважины. Применяется при разработке низкопроницаемых пластов и сланцевых формаций, где одиночная трещина не обеспечивает достаточного дренирования. Число стадий может достигать 15–100 и более.
При кислотном ГРП в карбонатный пласт закачивается соляная кислота (HCl 15–28%), которая растворяет породу, создавая систему каверн и каналов. Проппант не требуется, так как неравномерное растворение обеспечивает устойчивую проводимость. Проппантный ГРП применяется в терригенных (песчаных) коллекторах, где трещина без проппанта смыкается.
Безразмерная проводимость CfD = kf·w / (k·xf), где kf — проницаемость проппантной набивки, w — ширина закреплённой трещины, k — проницаемость пласта, xf — полудлина трещины. Оптимальное значение CfD = 1,6–2 (по Economides и Nolte). При CfD < 1 проводимость трещины недостаточна (требуется увеличение объёма проппанта или повышение его качества); при CfD > 10 — избыточна (целесообразнее увеличить длину трещины).
Устьевое давление при ГРП зависит от глубины, свойств породы, расхода и типа жидкости. Типичные значения: 30–70 МПа (300–700 атм) для глубин 2000–4000 м. В отдельных случаях давление может достигать 80–100 МПа. Насосные агрегаты обеспечивают рабочее давление до 100–140 МПа.
Отказ от ответственности. Данная статья носит исключительно ознакомительный и информационно-справочный характер. Приведённые формулы, параметры и рекомендации являются упрощёнными и не заменяют полноценного инженерного проектирования ГРП. Проектирование гидроразрыва пласта должно выполняться квалифицированными специалистами с использованием лицензионного программного обеспечения и данных промысловых исследований. Автор и редакция не несут ответственности за последствия использования информации из данной статьи.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.