Гидроразрыв пласта остается одним из самых популярных методов интенсификации притока в России и Западной Сибири, в то же время оставаясь самым эффективным методом. В настоящее время в связи с переходом на преимущественное бурение горизонтальных скважин, в том числе и на низкопроницаемые пласты, активно применяется технология многостадийного гидроразрыва пласта (МГРП). Ввиду широкого применения МГРП на практике и в связи с большими затратами на проведение операций возрастает роль планирования массы закачки проппанта для достижения максимальной эффективности [2]. Масса закачиваемого проппанта – один из ключевых показателей, влияющий на параметры трещины и экономическую эффективность ГРП.
В эпоху запуска первых скважин с гидроразрывом пласта масса закачиваемого проппанта не превышала 5 т (90-е годы). Такие объемы ГРП были обусловлены техническим потенциалом и высокой стоимостью работ на тот момент. С каждым годом технологии проведения ГРП совершенствуются, снижается стоимость операций и, как следствие, увеличиваются объемы закачек проппанта в пласт. Масса проппанта при проведении ГРП ежегодно растет и достигает на сегодняшний день 100–120 т на одну стадию, в исключительных случаях закачивается до 250 т
проппанта — такие работы являются уникальными на сегодня.
В настоящий момент текущие параметры ГРП считаются оптимальными, как и 5–7 лет назад оптимальной считалась масса 40–60 т проппанта на стадию. Действующий опыт применения ГРП основан на имеющемся факте, но не предусматривает оценку предельных объемов закачки. Выполненный обзор литературы также указывает на отсутствие публикаций по поиску оптимальной массы проппанта, закачиваемого в пласт.
Учитывая тренды удешевления технологий, в работе поставлена задача поиска оптимальных предельных параметров ГРП, определяющих направление развития технологии ГРП на конкретном месторождении.

На сегодняшний день все скважины, вводимые на одном из месторождений Западной Сибири, предполагают вовлечение запасов с ГРП (МГРП), целевая масса проппанта не имеет предельного ограничения «сверху» — а ограничена лишь промысловым фактическим опытом.
Разрабатываемый объект ЮВ1 представлен двумя терригенными пластами (ЮВ1(1) и ЮВ1(2+3)) со сложным геологическим строением.

Горизонт ЮВ1 характеризуется резкой литологической изменчивостью, наклонными поверхностями ВНК, сложной морфологией ловушек и наличием дизъюнктивной тектоники, средняя проницаемость пласта составляет 4,7 мД, коэффициент нефтенасыщенности — 0,49 д. ед. Пласты ЮВ1(1) и ЮВ1(2+3) перекрываются на 60 % нефтенасыщенной площади, в зонах перекрытия выделяется три характерных вида разреза (рис. 2):
• чисто нефтяная зона (ЧНЗ) для объекта в целом;
• ЧНЗ по пласту ЮВ1(1) и водонефтяная зона (ВНЗ) по пласту ЮВ1(2+3);
• ЧНЗ по пласту ЮВ1(1) и водонасыщенный пласт ЮВ1(2+3).

Наибольшая по площади и запасам — зона № 2.
В действующем проектном документе на объекте была заложена однорядная система разработки с добывающими рядами горизонтальных скважин (ГС) и закачкой в наклонно направленные скважины (ННС).
В настоящее время оптимальная масса закачки проппанта остается неопределенной.
На объекте ЮВ1 утверждено бурение 1 030 скважин (из них 378 ГС с МГРП).
Гидроразрыв пласта на месторождении Западной Сибири вводится с 2005 года.
Первые операции были малообъемными, тоннаж составлял 5–30 т/операцию.
Далее, в процессе технологического совершенствования масса проппанта увеличивалась до 40, 50 и даже 100 т. Максимальная масса проппанта составила 149,5 т.

Для определения оптимальной массы проппанта на стадию предполагается следующий подход:
• определить аналитические зависимости;
• выполнить имитационные расчеты для различных зон, ограничивающих технологию;
• провести экономическую оценку в текущих макроусловиях;
• выбрать оптимальные целевые тоннажи ГРП в абсолюте (по технологии) и при текущих экономических параметрах.

В первую очередь требуется получить зависимость массы проппанта — параметра трещины ГРП.
В основу данного исследования легла методология проектирования М. Экономидеса — «Унифицированный дизайн ГРП» [1]. В которой утверждается: «Ключ к технической оптимизационной задаче состоит в том, что величина вскрытия трещины и безразмерная проводимость трещины соревнуются за один и тот же ресурс: расклиненный объем». Поскольку свойства пласта и проппанта, а также объем проппанта — величины фиксированные, то приходится искать оптимальный компромисс между шириной и длиной трещины. Но для принятия окончательного решения требуется оптимизация массы закачанного проппанта и необходима экономическая оценка.
Мы имеем средство проектировать и получать трещины, которые удовлетворяют условиям оптимума по безразмерному индексу продуктивности, приведенному на рисунках 3–4.

Учитывая накопленный опыт проведения МГРП на пласте (более 700 операций), построены зависимости объема, полудлины и ширины трещины от массы проппанта, которые используются в дальнейшем для прогноза параметров трещины и применялись при создании ГРП в моделях. Технологические параметры проведения операций гидроразрыва (скорость закачки, давления и расход), а также размерность зерен проппанта приняты неизменными для всех выполненных операций, т.к. применены стандартные технологии (ГРП на водной основе) (фракция проппанта 20/40), работы выполнены одним подрядчиком. Возможное влияние изменения технологии проведения ГРП на дизайн и параметры трещин в данной работе не учтено.
Полученные зависимости (рис. 5) соответствуют оптимальным значениям параметров трещины. Отмечается разброс параметров трещин для одного значения Мпроппанта. Предположительно, он связан с неоднородностью геологического строения пласта и изменчивостью распространения коллектора по площади. Несмотря на изменчивость в построенных зависимостях прослеживается тренд с высокой степенью корреляции, т.е. полученные параметры будут характеризовать «среднюю» скважину рассматриваемого пласта.

В рамках данного исследования рассматриваются неразбуренные зоны, где изменения пластового давления еще не произошли. Необходимо дальнейшее изучение для определения оптимальной массы проппанта в зонах с изменением пластового давления.
В случае активного повторного ГРП или ГРП в зонах пониженного пластового давления, необходим учет изменения напряжений.

Далее необходимо выполнить серию имитационных расчетов с различной массой проппанта на стадию ГРП, определить предельную величину массы проппанта – с позиции экономической эффективности, то есть определить технологический предел увеличения массы проппанта.
Для каждой из трех выделенных на рисунке 2 зон определены типовые участки (секторные модели) и проведены многовариантные расчеты для оценки технологического эффекта от увеличения трещин ГРП/повышения массы проппанта (табл. 1). Каждый выделенный сектор содержал промысловые данные по добыче, позволившие предварительно настроить модель на продуктивность и динамику обводненности по фактическим скважинам.

В дальнейшем на построенных секторных моделях отключены фактические скважины и проведены расчеты со следующими параметрами сетки скважин и ГРП:
• добывающие скважины — ГС 1 000 м с восьмистадийным ГРП (исключено возможное смыкание трещин ГРП), угол поворота трещин соответствует линии максимального напряжения 10 град.,
Рзаб = 110 атм;
• нагнетательные скважины — ННС с ГРП (1 стадия), Рзаб = 250 атм, целевая компенсация закачкой 100 %.

По результатам расчетов на гидродинамических моделях выполнена экономическая оценка показателей работы скважин, выбраны варианты с максимальной экономической эффективностью. Для каждой из зон обоснована рекомендуемая масса проппанта, основным критерием для определения оптимальной массы являлся накопленный NPV.
В основу экономического расчета заложены удельные показатели стоимости проведения ГРП с линейным удорожанием стоимости проведения операций и неизменной стоимостью 1 т проппанта, удельной стоимостью транспортировки 1 т проппанта до места проведения ГРП и т.д.
Для геологической зоны № 1 (ЧНЗ по обоим пластам) увеличение массы проппанта имеет незначительный прирост накопленной добычи и максимальную прибыль при применении ГРП с массой проппанта 120–160 т/операцию (рис. 6–8, табл. 2).

Выполненная экономическая оценка позволяет оптимизировать параметры ГРП для 58 проектных добывающих скважин (оптимальные параметры трещины должны составить: полудлина трещины — 175-200 м, высота — 50–53 м, ширина — 4,58–5,37 мм, масса проппанта — 120–170 т). Предварительная оценка результатов оптимизации массы закачиваемого проппанта позволит повысить охват запасов по площади и интенсивность их выработки и обеспечить дополнительные 1,1 млрд рублей прибыли.
По результатам расчетов зоны № 2, представленным на рисунках 9–10, накопленная добыча, так же как и по зоне № 1, при увеличении объема проппанта стремится к асимптоте. В таблице 3 видно, что при увеличении массы проппанта трещина распространяется в воду. Оценка высоты трещины и возможности ее развития в водонасыщенные пропластки рассмотрена для используемой в настоящее время технологии проведения ГРП и не предполагает изменения технологии и, соответственно, зависимости Мпроппанта от высоты трещины.
Прогноз добычи нефти трещины указывает на необходимость проведения экономического расчета для выявления предела рентабельности количества заканчиваемого проппанта.

Прогноз добычи нефти трещины указывает на необходимость проведения экономического расчета для выявления предела рентабельности количества заканчиваемого проппанта.
Выполненная экономическая оценка (рис. 11) позволяет оптимизировать параметры ГРП для 227 добывающих ГС с МГРП (оптимальные параметры трещины должны составить: полудлина трещины — 150 м, высота — 43 м, ширина — 3,8 мм, масса проппанта — 70 т). Предварительная оценка результатов оптимизации массы закачиваемого проппанта позволит повысить охват запасов по площади и интенсивность их выработки и обеспечить дополнительные 3,3 млрд рублей прибыли.

По результатам расчетов зоны № 3, представленным на рисунках 12–13 и в таблице 4, накопленная добыча при увеличении объема проппанта не изменяется. Необходимо создание трещины с большей проводимостью.

В таблице 4 видно, что при увеличении массы проппанта трещина, как и в зоне № 2
распространяется в воду. Оценка высоты трещины и возможности ее развития в водонасыщенные пропластки рассмотрена для используемой в настоящее время технологии проведения ГРП и не предполагает изменения технологии и, соответственно, зависимости Мпроппанта от высоты трещины.

Выполненная экономическая оценка (рис. 14) позволяет оптимизировать параметры ГРП для 93 проектных добывающих скважин (оптимальные параметры трещины составляют: полудлина трещины — 75 м, высота — 15 м, ширина — 2,56 мм, масса проппанта — 10 т).