Практические аспекты анализа гидроудара для определения коэффициента трения жидкости гидроразрыва в трубе и интервале перфорации

UDK: 622.276.66

DOI: 10.24887/0028-2448-2026-4-66-73

Ключевые слова: гидроудар (хаммер-эффект), моделирование гидроразрыва пласта (ГРП), карта трения, потери давления на трение, коэффициент гидравлического трения, формула Жуковского

Авт.: Г.А. Макеев, к.т.н. (ООО «РН-ТЕХНОЛОГИИ»); А.В. Пестриков (ПАО «НК «Роснефть»)

Гидроудар (хаммер-эффект) – колебания устьевого и забойного давления, возникающие после остановки насосов или резкого изменения скорости течения жидкости в стволе скважины в процессе гидравлического разрыва пласта (ГРП). Анализ гидроудара при ГРП обычно используется для качественной оценки связи скважины с трещиной, локализации положения интервала развития трещины, а также для возможности оценки геометрии и механических свойств трещины. Целью данной работы является моделирование гидроудара как акустических колебаний в стволе для анализа фактических данных давления, в частности, анализа применимости методики оценки потерь давления на трение в НКТ и в интервале перфорации по фактическим значениям давления гидроудара в процессе ГРП. В работе показано, как по высокочастотным фактическим значениям давления первой отрицательной фазы гидроудара на практике определять скорость распространения волны гидроудара, расстояние от устья до трещины и потери давления на трение в трубе и интервале перфорации. Представлена реализация методики в симуляторе ГРП «РН-ГРИД». Приведенные результаты апробации методики на реальных закачках показывают, что в тех случаях, когда насосы останавливались достаточно быстро для формирования четких фронтов волн гидроудара, полученные значения коэффициента гидравлического трения хорошо согласуются с фактическими данными. В работе также приведены ограничения предложенной методики и проблемы анализа данных гидроудара в целом, а также рассмотрены перспективы оценки с ее помощью забойного давления в процессе закачки в режиме реального времени.

Список литературы

1. Жуковский Н.Е. О гидравлическом ударе в водопроводных трубах // Собрание сочинений: в 7 томах. Т.3: Гидравлика. Прикладная механика. – М.-Л.: Гостехиздат, 1949. – С. 7–152.

2. Patzek T.W., Silin D.B. Lossy transmission line model of hydrofractured well dynamics // SPE-46195-MS. – 1998. – https://doi.org/10.2118/46195-MS

3. A review of water hammer theory and practice / M.S. Ghidaoui, M. Zhao, D.A. McInnis, D.H. Axworthy // Applied Mechanics Reviews. – 2005. – No. 58 (1). –

P. 49–76. – https://doi.org/10.1115/1.1828037

4. Wang X., Hovem K., Quan Y. Water hammer effects on water injection well performance and longevity // SPE-112282-MS. – 2008. –

https://doi.org/10.2118/112282-MS

5. Ляпидевский В.Ю., Неверов В.В., Кривцов А.М. Математическая модель гидроудара в вертикальной скважине // Сибирские электронные математические известия. – 2018. – Т. 15. – С. 1687–1696. – https://doi.org/10.33048/semi.2018.15.140. – EDN: YXSPBB

6. Carey M.A., Mondal S., Sharma M.M. Analysis of water hammer signatures for fracture diagnostics // SPE-174866-MS. – 2015. – https://doi.org/10.2118/174866-MS

7. Ильясов А.М. Новый подход к определению геометрических размеров трещины гидроразрыва пласта // Труды Института механики им. Р.Р. Мавлютова УНЦ РАН. – 2017. – Т. 12. – № 1. – С. 126–134. – https://doi.org/10.21662/uim2017.1.018. – EDN: ZXMJYL

8. К оценке геометрических параметров трещины гидроразрыва пласта / В.А. Байков, Г.Т. Булгакова, А.М. Ильясов, Д.В. Кашапов // Механика жидкости и газа. – 2018. – № 5. – С. 64–75. – https://doi.org/10.31857/S056852810001790-0. – EDN: YNQJYT

9. Шагапов В.Ш., Башмаков Р.А., Чиглинцева А.С. Затухающие собственные колебания жидкости в скважине, сообщающейся с пластом // Прикладная механика и техническая физика. – 2020. – Т. 61. –№ 4. – С. 136–146. – https://doi.org/10.15372/PMTF20200401. – EDN: SYVRJT

10. Dunham E.M., Zhang J., Moos D. Constraints on pipe friction and perforation cluster efficiency from water hammer analysis // SPE-212337-MS. – 2023. – https://doi.org/10.2118/212337-MS

11. Dunham E.M. Building well and fluid-specific pipe friction curves, monitoring perforation cluster efficiency during stimulation, and measuring near-wellbore tortuosity using acoustic friction analysis // Proceedings of Unconventional Resources Technology Conference (URTeC). – 2024. – https://doi.org/10.15530/urtec-2024-4044718

12. McFall R., De La Garza J., Khan M. Using real-time acoustic friction analysis for completions design evaluation // Proceedings of the 2025 Unconventional Resources Technology Conference. – 2025. – https://doi.org/10.15530/urtec-2025-4264923

13. Корпоративный симулятор гидроразрыва пласта «РН-ГРИД»: от программной реализации к промышленному внедрению / А.А. Ахтямов, Г.А. Макеев, К.Н. Байдюков [и др.] // Нефтяное хозяйство. – 2018. – № 5. – С. 94–97. – https://doi.org/10.24887/0028-2448-2018-5-94-97. – EDN: XNSWYH

14. Макеев Г.А., Фаттахова А.Ф. Анализ трений в НКТ при ГРП по данным устьевого и забойного манометра // PROНЕФТЬ. Профессионально о нефти. – 2024. – № 9 (1). – С. 95–105. – https://doi.org/10.51890/2587-7399-2024-9-1-95-105. – EDN: XDLWPK

15. Макеев Г.А. Определение гидравлического трения жидкости по фактическим данным давления гидроудара // СИИТ. – 2026. – Т. 8. – № 2 (26). –

С. 57–72. – https://doi.org/10.54708/SIIT-2026-no2-p57. – EDN: VIFEIR

16. Rouleau W.T. Pressure surges in long pipelines carrying viscous liquids // Journal of Basic Engineering. – 1960. – V. 82. – No. 4. – P. 915–920. – https://doi.org/10.1115/1.3662800