Гидравлический разрыв пласта

 
 
 
 
ǵǧdzȏȑȒȏȔȇdzǴdzȌȒȣȔȏȑȕȉ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ǪǯǫǷǧǩDzǯǾǬǸDZǯǰǷǧǮǷȂǩǶDzǧǸǹǧ 
 
 
 
ǺȞȌȈȔȕȌȖȕȘȕȈȏȌ
















dzȕȘȑȉȇǩȕȒȕȊȋȇ
ªǯȔțȗȇ-ǯȔȍȌȔȌȗȏȦ«
2024

 
 
УДК 622.276.66 
ББК 33.361 
М59 
 
 
 
Рецензент: 
начальник Управления проектирования и мониторинга разработки  
месторождений Республики Коми (г. Пермь) А. С. Токсубаева 
 
 
 
 
Миклина, О. А.  
М59  
Гидравлический разрыв пласта : учебное пособие / О. А. Миклина, 
М. Н. Мельников. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. – 144 с. : 
ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-1532-3 
 
Рассмотрены физические характеристики продуктивного пласта, применяемые рабочие жидкости и их состав. Подробно рассмотрена современная технология мероприятия, основные этапы и стадии для каждого. Отдельный раздел 
посвящен структуре и наполнению промысловых документов «Дизайн ГРП» и 
«Отчёт по ГРП». Приведен сценарий учебной деловой игры с правилами и последовательным проведением. Изложены материалы для изучения на старших 
курсах по теме «Методы интенсификации добычи нефти и увеличения нефтеотдачи продуктивного пласта». 
Для студентов, обучающихся по направлениям подготовки: 21.03.01 
«Нефтегазовое дело» (бакалавр), 21.05.05 «Нефтегазовые техника и технологии» 
(специализация «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений»). 
 
УДК 622.276.66 
 
ББК 33.361 
 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-1532-3 
” Миклина О. А., Мельников М. Н., 2024 
 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
 
2 

 
 
ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
Принятые сокращения и условные обозначения ..................................................... 5 
Введение ....................................................................................................................... 6 
 
1. СОВРЕМЕННЫЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАЗРЫВ ПЛАСТА. 
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ 
............................................................................... 8 
1.1. 
 Цель и задачи ГРП 
................................................................................................ 8 
1.2. 
 Современные технологии ГРП ........................................................................... 8 
1.3. 
 Физические свойства горных пород, влияющие  
на ориентацию трещины....................................................................................... 9 
1.4. 
 Рабочие жидкости, применяемые для проведения ГРП 
................................. 12 
1.4.1. Проппант ........................................................................................................ 12 
1.4.2. Химические реагенты, добавляемые к рабочим жидкостям .................... 16 
1.4.3. Рабочие жидкости ......................................................................................... 18 
 
2. ОСНОВНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ГРП ..................... 24 
2.1. 
 Основные организационные мероприятия по выбору скважин  
(скважины-кандидаты) для проведения ГРП ................................................... 24 
2.1.1. Обзор геолого-промысловой информации по месторождению ............... 24 
2.1.2. Выбор скважин-кандидатов для проведения ГРП 
..................................... 25 
2.2. 
 Проектные работы для проведения ГРП на скважине ................................... 26 
2.3. 
 Мероприятия на скважине до проведения ГРП .............................................. 27 
2.4. 
 Комплект оборудования скважины для проведения ГРП 
.............................. 27 
2.4.1. Подземное оборудование скважины ........................................................... 27 
2.4.2. Поверхностное оборудование скважины для проведения ГРП ............... 31 
2.5. 
 Опрессовка затрубного пространства скважины 
............................................ 33 
2.6. 
 Современная технология ГРП 
........................................................................... 34 
2.6.1. Современная технологий ГРП и её основные этапы 
................................. 35 
2.6.2. Этап «Нагнетательный тест» ....................................................................... 35 
2.6.3. Этап «Замещение»......................................................................................... 36 
2.6.4. Этап «Тестовая закачка» .............................................................................. 36 
2.6.5. Этап «Мини-ГРП» 
......................................................................................... 37 
2.6.6. Этап «Редизайн ГРП» ................................................................................... 39 
2.6.7. Этап «Основной ГРП» .................................................................................. 40 
2.7. 
 Обработка результатов ГРП 
.............................................................................. 41 
2.8. 
 Геометрия трещины ........................................................................................... 42 
 
3. ОСНОВНЫЕ ПРОМЫСЛОВЫЕ ДОКУМЕНТЫ ГРП ............................. 46 
3.1. 
 Состав основных промысловых документов .................................................. 47 
3.2. 
 Содержание промыслового документа «Дизайн ГРП» .................................. 51 
3.2.1. Сведения о скважине .................................................................................... 51 
3.2.2. Планируемые показатели ГРП пласта в документе «Дизайн ГРП» ........ 55 
 
3 

 
 
3.2.2.1. Планирование объёмов рабочих жидкостей  
в документе «Дизайн ГРП» ............................................................................ 55 
3.2.2.2. Планируемые технологические показатели и параметры ГРП 
.............. 60 
3.2.2.3. Планируемая геометрия трещины 
............................................................. 60 
3.2.2.4. Расчёт прироста дебита скважины после ГРП 
......................................... 62 
3.3. 
 Промысловый документ «Отчёт по ГРП» формата PDF или DOC.  
Структура и наполнение 
..................................................................................... 63 
3.3.1. Структура промыслового документа «Отчёт по ГРП» ............................. 63 
3.3.2. Основное содержание промыслового документа «Отчёт по ГРП».  
Основные работы и приложения ..................................................................... 65 
3.4. 
 Содержание документа «Отчёт по ГРП» формата EXL 
................................. 77 
 
4. ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ ....... 79 
4.1. 
 Примеры заданий в тестовой форме ................................................................ 79 
4.1.1. Инструкция к выполнению заданий в тестовой форме различного  
уровня сложности 
.............................................................................................. 79 
4.1.2. Задания порогового уровня сложности....................................................... 82 
4.1.3. Задания высокого уровня сложности .......................................................... 92 
4.2. Задания повышенного уровня сложности ..................................................... 104 
4.3. Контрольные вопросы...................................................................................... 111 
 
5. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ............................................................................ 112 
5.1. 
 Методический материал .................................................................................. 112 
5.2. 
 Условия постановочных задач по теме «Расчет технологических  
показателей или параметров ГРП» 
.................................................................. 112 
5.3. 
 Условия постановочных задач по теме «Единицы измерений  
технологических параметров или показателей, рассчитываемых  
для проектирования ГРП» ................................................................................ 117 
 
6. МАТЕРИАЛЫ К УЧЕБНОЙ ДЕЛОВОЙ ИГРЕ «ГРП.  
ПРОМЫСЛОВЫЕ ДОКУМЕНТЫ «ДИЗАЙН ГРП»  
И «ОТЧЁТ ПО ГРП» ....................................................................................... 120 
6.1. 
 Учебная деловая игра 
....................................................................................... 121 
6.1.1. Сценарий учебной деловой игры. Основные этапы ................................ 122 
6.2. 
 Финал учебной деловой игры ......................................................................... 126 
 
Библиографический список 
.................................................................................... 127 
Приложение А 
.......................................................................................................... 132 
Приложение Б .......................................................................................................... 134 
Приложение В 
.......................................................................................................... 136 
Приложение Г .......................................................................................................... 137 
Приложение Д 
.......................................................................................................... 139 
Приложение Е .......................................................................................................... 139
4 

 
 
ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 
 
HSP – тип проппанта 
ISIP – instantaneous shut-in pressure 
ISP – тип проппанта 
RCP – тип проппанта (Resin Coated Proppant) 
БД – база данных 
ВКР – выпускная квалификационная работа 
ВНК – водонефтяной контакт 
ГДИС – гидродинамические исследования скважин  
ГИС – геофизические исследования скважин 
ГРП – гидравлический разрыв пласта 
ГТМ – геолого-технические мероприятия 
КГРП – кислотный гидравлический разрыв пласта 
КП – курсовой проект 
КРС – капитальный ремонт скважин 
ЛВД – линия высокого давления 
МГРП – многостадийный гидравлический разрыв пласта 
МДОЗ – мгновенное давление остановки закачки 
НКТ – насосно-компрессорные трубы 
Обознач. – обозначение параметра или показателя в выполнении практической части 
ОК – общекультурные компетенции 
ОЭК – обсадная эксплуатационная колонна 
ПАВ – поверхностно-активные вещества 
ПВР – прострелочно-взрывные работы 
ПК – профессиональные компетенции 
ППУ – передвижная паротепловая установка 
ПЗП – призабойная зона пласта 
ПЗС – призабойная зона скважины 
Разм. – размерность параметра или показателя в выполнении практической 
части 
РГР – расчётно-графическая работа 
РИР – ремонтно-изоляционные работы 
СКО – соляно-кислотная обработка призабойной зоны скважины или пласта 
ТП НГП – Тимано-Печорская нефтегазоносная провинция 
УДИ – учебная деловая игра 
ФЕС – фильтрационно-емкостные свойства 
 
 
 
5 

 
 
ВВЕДЕНИЕ 
 
Материалы учебного издания предназначены для студентов направления 
21.03.01 «Нефтегазовое дело» (квалификация «бакалавр») профиля «Эксплуатация и обслуживание объектов добычи нефти» и студентов программы специалитета 21.05.06 «Нефтегазовые техника и технологии» при изучении профессиональных дисциплин старших курсов, например, дисциплины «Скважинная добыча нефти». Профессиональные дисциплины относятся к базовой части рабочих учебных планов и занимают важное место в системе подготовки бакалавров 
и специалистов. 
К рассматриваемым вопросам профессиональных дисциплин относятся методы интенсификации добычи нефти (СКО, ГРП и пр.), с помощью которых довольно существенно увеличивается производительность или продуктивность 
скважины. В частности, современная технология ГРП позволяет создать в продуктивной части пласта трещину, что увеличивает дебит на некоторых скважинах в разы. Большая длина трещины, иногда до 150 м, и образовавшиеся микротрещины способствуют вовлечению в систему дренирования удалённых от 
стенки скважины участков пласта, поэтому данную технологию ГРП или мероприятие относят к методам повышения нефтеотдачи пласта.  
Данное учебное издание посвящено изучению современной технологии гидравлического разрыва пласта, применяемого на нефтегазовых промыслах ТП 
НГП, и его материалы позволят студентам ознакомиться с современной технологией, применяемыми рабочими жидкостями, с содержанием промысловых документов «Дизайн ГРП» и «Отчёт по ГРП» и их назначением. 
В результате освоения учебного материала по теме «Современная технология ГРП. Документы «Дизайн ГРП» и «Отчёт по ГРП» студент должен: 
знать: основной комплект оборудования для проведения ГРП (скважинное 
и поверхностное); технологию современного ГРП, основные этапы, их последовательность и их назначение; названия жидкостей, применяемых при ГРП, их 
назначение и состав; состав документов «Дизайн ГРП» и «Отчёт по ГРП»; 
уметь: работать в команде для выполнения задач, поставленных преподавателем; собирать данные для выполнения работ по проектированию ГРП с целью 
увеличения нефтеотдачи пласта, пользуясь имеющимся документами «Дизайн 
ГРП» и «Отчёт по ГРП»; оценить значения технологических показателей ГРП и 
параметров трещины по документам «Дизайн ГРП» и «Отчёт по ГРП»; объяснить динамику основных технологических показателей в процессе ГРП; 
владеть: знаниями о структуре документов «Дизайн ГРП» и «Отчёт по 
ГРП»; методами анализа содержательной части состава документам «Дизайн 
ГРП» и «Отчёт по ГРП»; знаниями о технологии современного ГРП; 
быть способным: объяснить по этапам современную технологию ГРП и их 
назначение; анализировать состав документов «Дизайн ГРП» и «Отчёт по ГРП»; 
анализировать отечественную и зарубежную научно-техническую информацию 
по вопросам применения современных технологий ГРП. 
 
6 

 
 
Наполнение разделов учебного издания позволит студентам изучить и понять современную технологию ГРП, основные её этапы, применяемое скважинное оборудование. Отдельный раздел посвящен структуре основных промысловых документов «Дизайн ГРП» и «Отчёт по ГРП», в которых отображаются основная информация по планированию мероприятия и её результаты. Краткий 
сценарий учебной деловой игре окажет помощь студентам в закреплении полученных знаний о современной технологии ГРП и структуре промысловых документов. Материалы четвертого и пятого разделов помогут преподавателю подготовиться к учебной деловой игре. 
В материалах данного учебного издания используется промысловый материал документов ГРП. При ссылке на данные документы название месторождения, номера скважин, обозначения рабочих жидкостей и химических реагентов 
изменены. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7 

 
1. СОВРЕМЕННЫЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАЗРЫВ ПЛАСТА. 
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ 
 
1.1. Цель и задачи ГРП 
 
Технология гидравлического разрыва пласта представляет собой процесс 
нагнетания жидкости в продуктивный пласт с давлением, под действием которого пласт расщепляется в сторону наименьших горизонтальных сопротивлений 
горных пород [3, 12-14, 17, 22, 24, 35, 40, 42-43, 45-46, 51-55]. Основной целью 
ГРП является увеличение нефтеотдачи пласта за счёт увеличения зоны дренирования и создание гидродинамической связи пласт-скважина. Для достижения поставленной цели выполняются следующие задачи: 
 создание трещины; 
 удержание трещины в раскрытом состоянии; 
 удаление жидкости разрыва; 
 повышение продуктивности пласта. 
 
Проведение первого в мире ГРП приписывается компании Halliburton, выполнившей его в США в 1949 году. В качестве рабочей жидкости (жидкости разрыва) в тот момент использовалась техническая вода, в качестве расклинивающего агента – речной песок. 
 
1.2. Современные технологии ГРП 
 
В настоящее время современную технологию ГРП можно отнести к одному 
из самых применяемых методов по увеличению нефтеотдачи продуктивного 
пласта [12, 51]. Современная технология и техника позволяет провести разрыв 
пласта при давлениях, доходящих до 100 МПа с большим расходом жидкости 
для получения трещины, длина которых может достигать более 100 м. 
На нефтегазодобывающих скважинах применяют различные виды ГРП, к 
которым можно отнести локальный ГРП, гидроразрыв с образованием протяженных трещин, селективный ГРП, массированный ГРП [12, 24, 51].  
На нефтяных месторождениях ТП НГП в настоящее время нашли широкое 
применение следующие виды ГРП: 
 проппантный ГРП по стандартной технологии, применяемый в вертикальных или наклонных скважинах;  
 многостадийный (МГРП), проводимый на скважинах с горизонтальным 
стволом в продуктивном нефтяном пласте в несколько стадий (до 20 стадий); 
 модификации ГРП в виде кислотного гидравлического разрыва пласта 
(КГРП) – в качестве жидкости разрыва закачивается кислотный состав 
(для карбонатных продуктивных коллекторов); 
 проппантный ГРП в карбонатных коллекторах (кислотный ГРП) с последующим закреплением трещины проппантом. 
 
8 

 
На сегодняшний день на месторождениях Западной Сибири применяются 
такие модификации современного ГРП, как проппантный ГРП с каналами 
(HiWAY),  предполагающий создание высокопроводящих каналов в трещине,  
заполненной 
проппантом. 
Данная 
технология 
разработана 
компанией 
Schlumberger [18]. 
 
1.3. Физические свойства горных пород,  
влияющие на ориентацию трещины 
 
Напряжение горных пород определяет ориентацию создаваемой трещины, а 
также ее азимут. Напряжение горных пород можно разбить на три составляющие: одно вертикальное напряжение (Vz) и два горизонтальных (Vу, Vх) (рисунок 
1.1). Результирующее напряжение – это сумма всех трех составляющих горного 
напряжения и порового давления (пластовое давление). Давление в поровом пространстве способно компенсировать горные напряжения, которое обусловлено 
присутствием в порах флюидов и давлением вышележащих пород. Для создания 
трещины необходимо преодоление предела прочности породы на разрыв. Трещина способна развиваться в направлении перпендикулярно наименьшему горному напряжению (минимальному напряжению) [37]. Если горное напряжение 
ıх (горизонтальное напряжение) будет наименьшее, чем вертикальное напряжение, тогда можно предполагать, что образуется вертикальная трещина (см. рисунок 1.1). Производственная практика показывает, что горизонтальные трещины 
образуются на небольших глубинах, т. к. давление вышележащих горных пород 
(min ız, вертикальное напряжение) меньше горизонтальных (ıх , ıy). 
Упругие свойства продуктивных пород в дизайне для каждого пропластка 
(зоны) характеризуются модулем Юнга и коэффициентом Пуассона с точки зрения способности сопротивляться воздействующей разрушающей нагрузке при 
одноосном сжатии пласта, влияющие на геометрию трещины. 
Коэффициентом Пуассона (Q, безразмерный параметр) описываются изменения в образце породы после приложения к нему давления и он определяется 
как отношение поперечного сжатия к продольному удлинению при одноосном 
растяжении среды [10]: 
 
 

,
1
2
2

˜

 
J
J
J
Q
 
 (1.1) 
 
где 
р
V
V
 
J
 – отношение скоростей продольных (Vр) и поперечных (Vs) упругих 
s
колебаний. 
 
В проведении лабораторных исследований этим коэффициентом оценивается изменение размеров образца породы в продольном и поперечном направлении, который может быть определён по формуле: 
 
9 

 
 
,
d
d
l
l
'
˜
'
˜
 
Q
 
(1.2) 
где l – длина исследуемого образца, м; 
'l – уменьшение размеров исследуемого образца при максимальной 
нагрузке, м; 
d – диаметр поперечного сечения исследуемого образца, м; 
'd – увеличение размера поперечного сечения исследуемого образца, м. 
Коэффициент Пуассона горной породы зависит от природы её материала 
[52]. 
 
 
 
ız min 
ız  
трещина 
ıу  
ıх min 
ıу  
трещина 
ı
 
 
скважина 
скважина 
ız min 
трещина 
трещина 
ıх min 
Трещина горизонтальная (min ız) 
Pгв<Pг 
Трещина вертикальная (min ıх) 
Pгв>Pг 
Рисунок 1.1 
 – Основные напряжения горных пород и виды создаваемых трещин 
 
Модуль Юнга (Е, Па или МПа) является коэффициентом пропорциональности между напряжением и деформацией, которые связаны по закону Гука [10]. 
Модуль Юнга – это мера жесткости породы или параметр, описывающий 
10