Usługi 

GRP jest ważniejsze niż sankcje. Nowe technologie

Dyrektor IVT SB RAS Doktor nauk fizycznych i matematycznych Siergiej Grigoriewicz Czerny.

Dlaczego potrzebne jest szczelinowanie hydrauliczne (szczelinowanie), dlaczego trzeba je modelować, jaki jest zaawansowany model i kogo to interesuje – dyrektor Instytutu Technologii Obliczeniowych SB RAS, doktor nauk fizycznych i matematycznych Siergiej Grigorievich Cherny, odpowiada na te i inne pytania.

1. Dlaczego potrzebne jest szczelinowanie hydrauliczne?

Szczelinowanie hydrauliczne wynaleziono w celu zagospodarowania złóż kopalin i budowy konstrukcji podziemnych w trudnych warunkach geologiczno-fizycznych – gdy potrzebne są metody kontrolowanego niszczenia i rozładunku górotworów, tworzenia w nich systemów odwadniających, ekranów izolacyjnych i tak dalej. Szczelinowanie hydrauliczne zajmuje szczególne miejsce wśród metod intensyfikacji pracy odwiertów wydobywczych ropy i gazu oraz zwiększania zatłaczalności odwiertów zatłaczających. W latach 2015-2017 w Rosji przeprowadzano 14-15 tys. operacji szczelinowania hydraulicznego rocznie, w USA około 50 tys.

Metoda szczelinowania hydraulicznego polega na wytworzeniu w nienaruszonym górotworze szczeliny o wysokiej przewodności, zapewniającej dopływ gazu, ropy, ich mieszanin, kondensatu itp. na dno odwiertu.Technologia szczelinowania hydraulicznego polega na wpompowaniu płynu hydraulicznego do szczeliny dobrze przy użyciu potężnych pomp: żelu, wody lub rozcieńczonych kwasów. Ciśnienie wtrysku jest wyższe niż ciśnienie pękania formowania, w związku z czym powstaje pęknięcie. Aby zabezpieczyć ją w stanie otwartym, stosuje się propant, który propaguje pęknięcie, lub kwas, który powoduje korozję ścianek powstałego pęknięcia. Nazwa proppant pochodzi od angielskiego skrótu „propping agent” – proppant. W tym celu wykorzystuje się na przykład piasek kwarcowy lub specjalne kulki ceramiczne, które są mocniejsze i większe, a przez to bardziej przepuszczalne.

2. Dlaczego potrzebne jest modelowanie szczelinowania hydraulicznego?

Stworzenie technologii szczelinowania hydraulicznego wymaga modelowania jego procesu. Pozwala to przewidzieć geometrię szczeliny i zoptymalizować całą technologię szczelinowania hydraulicznego. W szczególności bardzo ważne jest zapewnienie prawidłowego kształtu pęknięcia na początkowym odcinku jego propagacji w sąsiedztwie odwiertu. Nie może posiadać ostrych załamań, które mogłyby spowodować zatykanie kanału tłoczącego wydobywaną ropą lub gazem. Naturalnie pojawia się pytanie: skąd wziąć dane geofizyczne dotyczące formacji niezbędnej do działania modelu, takie jak przepuszczalność, porowatość, ściśliwość, stan naprężeń i inne?

Pytanie to pojawiło się na długo przed rozwojem technologii szczelinowania hydraulicznego, a nauka zaproponowała wiele metod określania różnych parametrów problemu. Obejmuje to analizę rdzeni (próbek skał uzyskanych podczas wiercenia) oraz licznych czujników ciśnienia i naprężeń zainstalowanych w różnych częściach odwiertu, a także metody badań sejsmicznych, w których na podstawie czasu przemieszczania się fal sprężystych indukowanych z powierzchni Określane są granice różnych materiałów w skale i ich parametry, a nawet pomiary promieniotwórczości naturalnej, które mogą pokazać np. położenie warstw iłów.

Aby określić główne naprężenia występujące w nienaruszonym masywie, geofizycy posłużyli się sprawdzonymi technologiami, w tym opartymi na odwiertach polowych i pomiarach geofizycznych. Wykorzystywana jest również technologia miniszczelinowania, w której modele kalibruje się na podstawie parametrów uzyskanych podczas tworzenia małej szczeliny, aby przewidzieć zachowanie się większej szczeliny. Oczywiście żadne z podejść nie daje pełnego obrazu, dlatego metody pozyskiwania informacji o zbiorniku są stale udoskonalane, także w naszym instytucie. Przykładowo pokazaliśmy, że parametry pękania skały otaczającej odwiert można wyznaczyć rozwiązując problemy odwrotne w oparciu o modele filtracji płuczki wiertniczej i zmierzone zależności ciśnienia w odwiercie. Na podstawie wyników sondowań rejestracyjnych wyznaczamy także strukturę i parametry obszaru przyodwiertowego, rozwiązując zadanie odwrotne w oparciu o równania Maxwella.

3. Jak długo modelowano szczelinowanie hydrauliczne?

Stosunkowo dawno temu, bo już w latach 50. XX wieku, niemal natychmiast po szczelinowaniu hydraulicznym, zaczęto stosować metodę zwiększania produktywności odwiertów. Jednocześnie w 1955 roku zaproponowano jeden z pierwszych modeli szczelinowania hydraulicznego – model Christianowicza-Żeltowa, który otrzymał dalszy rozwój w pracach Geertsmy i de Klerka i znany na całym świecie jako model Christianovicha-Girtsmy-de Klerka (KGD). Nieco później powstały dwa bardziej znane i powszechnie stosowane modele: model Perkinsa-Kern-Nordgrena (PKN) oraz model pęknięć płasko-promieniowych. Te trzy modele reprezentują odpowiednio trzy podstawowe koncepcje geometryczne w różnych płaskich jednowymiarowych modelach:

  • prosta propagacja pęknięcia z liniowego źródła o nieskończonej wysokości;
  • prosta propagacja pęknięcia ze źródła liniowego o skończonej wysokości;
  • promieniowa symetryczna propagacja pęknięć ze źródła punktowego.

Trzy podstawowe koncepcje i ich modyfikacje dość dobrze opisują szczelinowanie hydrauliczne dla typowych orientacji odwiertów na konwencjonalnych polach naftowych i gazowych, obejmujących wiercenie pionowe lub pochyłe i jedno szczelinowanie hydrauliczne na odwiert. Modele te nie straciły na aktualności i ze względu na swoją prędkość są wykorzystywane w nowoczesnych symulatorach szczelinowania hydraulicznego, zarówno w celu uzyskania pierwotnych informacji o szczelinie, jak i optymalizacji parametrów szczelinowania hydraulicznego.

Jednak obecnie, w związku z wyczerpywaniem się tradycyjnych, łatwo wydobywalnych zasobów, rozwój złóż niekonwencjonalnych, które charakteryzują się większą złożona struktura formacje roponośne i gazonośne. Cechami charakterystycznymi takich zbiorników zbiornikowych są niska (gęsty piasek) i ultraniska (gaz i ropa łupkowa) lub odwrotnie, wyjątkowo wysoka (piaskowce z ciężką ropą) przepuszczalność utworów, obecność rozgałęzionego układu spękań, w których może znajdować się jedna lub więcej rodzin zorientowanych w różnych kierunkach i krzyżujących się ze sobą. Bardzo często zagospodarowanie takich niekonwencjonalnych złóż staje się nieopłacalne ekonomicznie bez takiej intensyfikacji wydobycia jak szczelinowanie hydrauliczne. Jednocześnie tradycyjne modele szczelinowania hydraulicznego nie opisują odpowiednio tych procesów i potrzebne są nowe, bardziej wyrafinowane (nowoczesne, zaawansowane, ulepszone) modele.

4. Czy IVT SB RAS jest w stanie rozwiązać problem modelowania szczelinowania hydraulicznego dla złóż niekonwencjonalnych?

Szczelinowanie hydrauliczne to złożona technologia, a opracowanie modelu całego procesu przekracza możliwości jednego instytutu, dlatego grupy naukowców na całym świecie koncentrują się na różnych elementach tej technologii. IVT ma duże doświadczenie w modelowaniu etap początkowy propagacja pęknięcia hydraulicznego: od jego powstania do rozmiarów sięgających kilku metrów. Na tym etapie, w przeciwieństwie do rozwiniętego pęknięcia, którego wymiary sięgają już setek metrów, krzywizna jest bardzo zauważalna i silnie na nią wpływa, co należy wziąć pod uwagę.

Dlatego też rozwijamy kierunek doskonalenia modeli pod kątem uwzględnienia trójwymiarowości procesu propagacji. Aby realistycznie opisać propagację czoła pęknięcia w dowolnym przypadku trójwymiarowym, konieczne jest zastosowanie trójwymiarowego kryterium znalezienia przyrostu czoła pęknięcia i wyboru kierunku jego propagacji, biorąc pod uwagę obciążenie mieszane we wszystkich trzy tryby stresu. Wśród istniejące dzieła, poświęconym trójwymiarowym modelom propagacji, ugięcie czoła pęknięcia wyznaczane jest jedynie przez drugą modę. Używają dwuwymiarowych płaskich kryteriów. Zbudowaliśmy i zweryfikowaliśmy nowy, w pełni trójwymiarowy model numeryczny propagacji pęknięć z wnęki pod wpływem ciśnienia wtryskiwanego płynu o złożonej reologii z trójwymiarowym kryterium propagacji. Umożliwiło to opisanie ewolucji pęknięcia od momentu jego powstania aż do osiągnięcia głównego kierunku, biorąc pod uwagę jego krzywiznę.

Jeszcze jeden osobliwość Model ten ma jednocześnie uwzględniać sam odwiert oraz zmienne obciążenie wywołane przepływem płynu w szczelinie rozchodzącej się od odwiertu. Zazwyczaj w przypadku modelowania 3D propagacji pęknięć odwiert nie jest uwzględniany w modelu. W najlepszym przypadku uwzględnia się zmienne obciążenie pęknięcia spowodowane pompowaniem do niego płynu Newtona ze źródła punktowego.

Należy także zaznaczyć, że rozwojowi technologicznemu złóż niekonwencjonalnych towarzyszy projektowanie nowych płynów szczelinujących i różnorodnych dodatków do nich (włókna, kłaczki itp.), które w istotny sposób zmieniają zachowanie reologiczne tych płynów. Na przykład rosnące zainteresowanie szczelnymi i ultraszczelnymi złożami niekonwencjonalnymi o dużej zawartości gliny doprowadziło do opracowania specjalnych receptur o dużej zawartości gazu i małej zawartości wody. Ciecze te nie pogarszają właściwości filtracyjnych skały i nie powodują jej fizycznego zniszczenia po zatłoczeniu.

W naszej monografii opublikowanej w 2016 roku podsumowujemy modele pęknięć opracowane przez IVT SB RAS. Zawiera wyniki opublikowane w prestiżowych czasopismach znajdujących się w bazach cytowań WoS i Scopus, takich jak „Engineering Fracture Mechanics”, „International Journal of Fracture” i inne.

5. Dlaczego potrzebny jest zmodyfikowany model?

Mniej lub bardziej wiadomo, w jaki sposób będzie zlokalizowane rozwinięte pęknięcie. Istnieje termin preferowana płaszczyzna pęknięcia – płaszczyzna preferowanej propagacji pęknięcia. Jeśli znane są naprężenia (siły) ściskające skałę i ich kierunki (ich wyznaczenie też jest problemem, zajmują się tym geofizycy), to wyznaczenie tej płaszczyzny nie jest trudne. W nowoczesne modele a symulatory skupiają się na konfiguracji pęknięć w tej płaszczyźnie. Kiedy pęknięcie zaczyna się w studni, na jego położenie i kierunek wpływają nie tylko naprężenia w skale, ale także odwiert, obudowa i perforacje (dziury w skale), ich kształt i rozmiar. A kierunek pęknięcia na początku procesu nie zawsze pokrywa się z płaszczyzną, w której będzie leżało rozwinięte pęknięcie. Nieuchronnie pojawia się krzywizna pęknięcia, powodując ściskanie pęknięcia. Takie zaciśnięcie może nie tylko doprowadzić do zakleszczenia propantu, ale także spowodować znaczny spadek ciśnienia w odwiercie. Teraz w symulatorach ten spadek ciśnienia jest uwzględniany za pomocą współczynnika empirycznego - współczynnika skóry, ale niezbyt skutecznie. Nasz model pozwala nam dokładniej przewidzieć i opisać ten efekt.

6. Czy zmodyfikowany model szczelinowania hydraulicznego można zastosować bezpośrednio na polach?

Początkowo IVT nie skupiało się na wdrażaniu znane modele i rozwoju technologii, ale koncentrowała się na tworzeniu ich podstaw naukowych. Jednak takie podstawy mają również charakter bezpośredni praktyczne użycie. Na przykład na początku procesu szczelinowania hydraulicznego do zainicjowania szczeliny potrzebne jest większe ciśnienie niż do jej utrzymania. A określenie tego ciśnienia nie zawsze jest łatwe, a od tego zależy jego ilość i rodzaj niezbędny sprzęt. W literaturze światowej prezentowane są przybliżone szacunki analityczne, podejmowano próby obliczeń, lecz nie udało się znaleźć ostatecznego rozwiązania problemu. Opracowaliśmy model inicjacji pęknięć, który (model) na podstawie konfiguracji i naprężeń w skale przewiduje ciśnienie pękania, rodzaj powstałego pęknięcia i jego orientację.

Modelu tego nie można bezpośrednio zastosować w terenie. Obliczenia i konfiguracja zajmują trochę czasu. Dodatkowo wymagana jest dokładna znajomość kierunków naprężeń, ich wartości oraz kierunków perforacji. Zwykle nie ma takiej informacji, gdyż nie zawsze dokładność pomiarów jest wystarczająca; ze względu na wysoki koszt nie są mierzone wszystkie naprężenia w skale; nie można dokładnie określić kierunków perforacji, gdyż od miejsca osłona mocowana jest do perforacji.

Model pozwala jednak określić, które orientacje odwiertów są najbardziej niebezpieczne z punktu widzenia nieudanego szczelinowania hydraulicznego, z punktu widzenia powstania pęknięcia podłużnego (co jest niepożądane przy wieloetapowym szczelinowaniu hydraulicznym) oraz przedziałów ciśnień wymagane do rozpoczęcia szczelinowania hydraulicznego. Przykładowo takie badania przeprowadziliśmy na zlecenie Schlumbergera dla złoża w Omanie, które leży na głębokości ponad czterech kilometrów i jest silnie zagęszczone nie tylko w kierunku pionowym, ale i poziomym, dlatego też było tam mniej udanych prób szczelinowania hydraulicznego, połowa.

7. Jaka przyszłość czeka szczelinowanie hydrauliczne w kontekście „nowej ropy”?

Obecny stan tradycyjnych zasobów ropy i gazu można scharakteryzować słowem „wyczerpanie”. Coraz więcej wydobywa się ze złóż niekonwencjonalnych i trudnych do wydobycia. Przykładami są nośniki tzw. „ropy łupkowej” lub – używając prawidłowego określenia – „ropy ze złóż o niskiej przepuszczalności” w USA i Kanadzie czy formacja Bazhenov w Rosji. Ten ostatni, mimo że posiada ogromne rezerwy, jest znacznie trudniejszy do zagospodarowania. Skała ma wiele cech w porównaniu nie tylko z tradycyjnymi zbiornikami, ale także z popularnymi na kontynencie amerykańskim „łupkami”. Po pierwsze, przepuszczalność i porowatość są odpowiednio słabe setki i dziesiątki razy. Oznacza to, że zawiera mniej ropy i gorzej trafia do studni. Ropy z takich skał nie da się wydobyć bez zastosowania szczelinowania hydraulicznego.

Po drugie, skały tego typu charakteryzują się silnym uwarstwieniem i plastycznością, a raczej płynnością oraz wysokim ciśnieniem porowym, co komplikuje zarówno szczelinowanie hydrauliczne, jak i jego modelowanie. Z punktu widzenia tego ostatniego należy dodatkowo uwzględnić anizotropię naprężeń, materiału, efektów plastycznych przy opisie propagacji pęknięcia oraz nieliniowość odkształceń podczas zapadania się pęknięcia na propant. Zauważam, że oprócz samego szczelinowania hydraulicznego rozwój tej formacji wymaga rozwiązania wielu problemów naukowych i technologicznych, nad którymi pracują naukowcy w Skołkowie i Moskiewskim Uniwersytecie Państwowym, w Petersburgu i Nowosybirsku.

100 RUR bonus za pierwsze zamówienie

Wybierz typ pracy Praca dyplomowa Praca na kursie Streszczenie Praca magisterska Sprawozdanie z praktyki Artykuł Raport Recenzja Test Monografia Rozwiązywanie problemów Biznes plan Odpowiedzi na pytania Praca twórcza Esej Rysunek Eseje Tłumaczenie Prezentacje Pisanie na maszynie Inne Zwiększanie niepowtarzalności tekstu Praca doktorska Praca laboratoryjna Pomoc online

Poznaj cenę

Szczelinowanie hydrauliczne składa się z trzech podstawowych operacji:

1. tworzenie sztucznych pęknięć w zbiorniku (lub rozszerzanie się naturalnych);

2. wtrysk płynu z wypełniaczem pękającym przez rurkę do CCD;

3. wciśnięcie płynu z wypełniaczem w pęknięcia w celu ich zabezpieczenia.

Do tych operacji trzy kategorie płynne:

  • płyn pękający,
  • płynny nośnik piasku
  • wyciskanie płynu.

Agenci pracy muszą spełniać następujące wymagania:

1. Nie powinien zmniejszać przepuszczalności CCD. Jednocześnie w zależności od kategorii odwiertu (wydobycie; zatłaczanie; wydobycie przerobione na zatłaczanie wody) stosuje się płyny robocze o różnym charakterze.

2. Kontakt cieczy roboczych z formacjami skalnymi lub płynami złożowymi nie powinien powodować negatywnych reakcji fizykochemicznych, z wyjątkiem przypadków zastosowania specjalnych środków roboczych o kontrolowanym i celowym działaniu.

3. Nie powinien zawierać znacznej ilości obcych zanieczyszczeń mechanicznych (tzn. ich zawartość jest regulowana dla każdego środka roboczego).

4. W przypadku stosowania specjalnych środków roboczych, np. emulsji olejowo-kwasowej, produkty reakcji chemicznych muszą być całkowicie rozpuszczalne w produkcie formacji i nie zmniejszać przepuszczalności strefy złożowej.

5. Lepkość stosowanych płynów roboczych musi być stabilna i mieć niską temperaturę krzepnięcia w okresie zimowym (w przeciwnym razie proces szczelinowania hydraulicznego należy prowadzić z wykorzystaniem ogrzewania).

6. Muszą być łatwo dostępne, niedrogie i niedrogie.

Technologia szczelinowania hydraulicznego :

  • Dobre przygotowanie- badanie dopływu lub wtryskiwania, które pozwala uzyskać dane do oszacowania ciśnienia rozrywającego, objętości płynu rozrywającego i innych cech.
  • Dobrze się rumienię- studnię płucze się płynem płuczącym z dodatkiem określonych odczynników chemicznych. W razie potrzeby przeprowadza się leczenie dekompresyjne, torpedowe lub kwasowe. W takim przypadku zaleca się stosowanie rur pompowo-sprężarkowych o średnicy 3-4" (rury o mniejszej średnicy są niepożądane ze względu na duże straty tarcia).
  • Wtrysk płynu szczelinującego– tworzy to, co niezbędne do pęknięcia głaz ciśnienie powodujące powstawanie nowych i otwieranie istniejących pęknięć w CCD. W zależności od właściwości CCD i innych parametrów stosuje się ciecze filtrowalne lub niskofiltracyjne.

Pęknięcie płynu:

w studniach produkcyjnych

Odgazowany olej;

Zagęszczony olej, mieszanina oleju i oleju opałowego;

Hydrofobowa emulsja kwasu naftowego;

Hydrofobowa emulsja olejowo-wodna;

Emulsja kwasowo-naftowa itp.;

w studniach wtryskowych

Czysta woda;

Wodne roztwory kwasu solnego;

Woda zagęszczona (skrobia, poliakryloamid – PAA, wywar gorzelniany siarczynowo-alkoholowy – SSB, karboksymetyloceluloza – CMC);

Zagęszczony kwas solny (mieszanina stężonego kwasu solnego z SSB) itp.

Przy wyborze płynu szczelinującego należy wziąć pod uwagę i zapobiegać pęcznieniu iłów poprzez wprowadzenie do niego odczynników chemicznych stabilizujących cząstki iłów podczas zwilżania (hydrofobizacja iłów).

Jak już wspomniano, ciśnienie rozrywające nie jest wartością stałą i zależy od wielu czynników.

Wzrost ciśnienia dennego i osiągnięcie wartości ciśnienia rozrywającego jest możliwe, gdy prędkość wtrysku przekracza prędkość wchłaniania płynu przez formację. W skałach o niskiej przepuszczalności ciśnienie rozrywające można osiągnąć stosując płyny o niskiej lepkości jako płyny szczelinujące przy ograniczonej szybkości wstrzykiwania. Jeśli skały są wystarczająco przepuszczalne, wówczas przy stosowaniu płynów iniekcyjnych o niskiej lepkości wymagana jest większa szybkość wtrysku; Gdy szybkości wtrysku są ograniczone, konieczne jest zastosowanie płynów szczelinujących o dużej lepkości. Jeśli CZ jest zbiornikiem o wysokiej przepuszczalności, należy zastosować duże dawki wtrysku i płyny o dużej lepkości. W tym przypadku należy wziąć pod uwagę miąższość horyzontu produkcyjnego (międzywarstwy), która decyduje o zatłaczalności odwiertu.

Ważnym zagadnieniem technologicznym jest określenie momentu powstania pęknięcia i jego oznak. Moment powstania pęknięcia w zbiorniku monolitycznym charakteryzuje się przerwaniem zależności „objętościowe natężenie przepływu płynu wtryskowego – ciśnienie wtrysku” i znacznym spadkiem ciśnienia wtrysku. Otwarcie pęknięć, które już istniały w CZ, charakteryzuje się płynną zmianą zależności przepływ-ciśnienie, ale nie obserwuje się spadku ciśnienia wtrysku. W obu przypadkach oznaką otwarcia pęknięcia jest wzrost współczynnika zatłaczalności odwiertu.

  • Wtrysk płynu nośnego piasku. Piasek lub inny materiał wpompowany do pęknięcia służy jako wypełniacz pęknięcia, pełniąc w nim rolę ramy i zapobiegając zamykaniu się pęknięcia po usunięciu (zmniejszeniu) ciśnienia. Ciecz nośna piasku pełni funkcję transportową. Główne wymagania dotyczące cieczy zawierającej piasek to wysoka zdolność zatrzymywania piasku i niska filtrowalność.

Wymagania te podyktowane są warunkami skutecznego wypełnienia pęknięć wypełniaczem i wykluczeniem ewentualnego osiadania wypełniacza w poszczególnych elementach system transportowy(głowica odwiertu, rura, otwór denny), a także przedwczesna utrata ruchliwości wypełniacza w samej szczelinie. Niska filtrowalność zapobiega przedostawaniu się płynu zawierającego piasek do ścian szczeliny, utrzymując stałe stężenie wypełniacza w szczelinie i zapobiegając zatykaniu szczeliny przez wypełniacz na jej początku. W przeciwnym razie stężenie wypełniacza na początku pęknięcia wzrasta w wyniku filtracji płynu nośnego piasku do ścianek pęknięcia i przeniesienie wypełniacza w pęknięcie staje się niemożliwe.

Jako płyny przenoszące piasek w szybach produkcyjnych stosuje się lepkie ciecze lub oleje, najlepiej o właściwościach strukturalnych; mieszaniny oleju i oleju opałowego; hydrofobowe emulsje olejowo-wodne; zagęszczony kwas solny itp. W studniach zastrzykowych stosuje się roztwory SSB jako płyny przenoszące piasek; zagęszczony kwas solny; hydrofilowe emulsje olejowo-wodne; roztwory alkaliczne skrobi; zneutralizowany czarny kontakt itp.

Aby zmniejszyć straty tarcia, gdy płyny z wypełniaczem przemieszczają się przez rurkę, stosuje się specjalne dodatki (depresory) - roztwory na bazie mydła; polimery o dużej masie cząsteczkowej itp.

  • Wstrzykiwanie płynu wyporowego – spychając ciecz niosącą piasek na dno i wciskając ją w szczeliny. Aby zapobiec tworzeniu się zatyczek z wypełniacza, musi być spełniony następujący warunek:

gdzie jest prędkością ruchu płynu przenoszącego piasek w rurociągu, m/s;

Lepkość płynu nośnego piasku, mPa·s.

Z reguły jako płyny do wyciskania stosuje się ciecze o minimalnej lepkości. Studnie produkcyjne często korzystają z własnego odgazowanego oleju (w razie potrzeby rozcieńcza się go naftą lub olejem napędowym); studnie zatłaczające korzystają z wody, zazwyczaj wody handlowej.

Jako wypełniacz pęknięć można zastosować:

Sortowany piasek kwarcowy o średnicy ziaren 0,5 +1,2 mm i gęstości około 2600 kg/m3. Ponieważ gęstość piasku jest znacznie większa niż gęstość cieczy przenoszącej piasek, piasek może osiadać, co determinuje duże prędkości pliki do pobrania;

Kulki szklane;

Aglomerowane ziarna boksytu;

Kulki polimerowe;

Specjalny wypełniacz – propant.

Podstawowe wymagania dotyczące wypełniacza:

Wysoka wytrzymałość na ściskanie (zgniatanie);

Geometrycznie poprawny kształt kulisty.

Oczywistym jest, że wypełniacz musi być obojętny w stosunku do produktów powstawania i nie zmieniać długo swoich właściwości. W praktyce ustalono, że stężenie wypełniacza waha się od 200 do 300 kg na 1 m3 cieczy zawierającej piasek.

  • Po wpompowaniu wypełniacza do pęknięć studnia pozostawiony pod presją. Czas przetrzymywania musi być wystarczający, aby układ (CCD) przeszedł ze stanu niestabilnego do stanu stabilnego, w którym wypełniacz zostanie trwale osadzony w pęknięciu. W przeciwnym wypadku, w procesie wywoływania dopływu, zagospodarowania i eksploatacji odwiertu, wypełniacz przeprowadza się ze szczelin do odwiertu. Jeżeli odwiert jest eksploatowany metodą pompowania, usunięcie wypełniacza prowadzi do awarii jednostki głębinowej, nie mówiąc już o tworzeniu się korków wlewowych na dnie. Jest to niezwykle ważny czynnik technologiczny, którego zaniedbanie drastycznie zmniejsza skuteczność szczelinowania hydraulicznego, aż do wyniku ujemnego.
  • Wzywam napływ, zagospodarowanie odwiertów i badania hydrodynamiczne. Przeprowadzenie badania hydrodynamicznego jest obowiązkowym elementem technologii, ponieważ jego wyniki służą jako kryterium efektywności technologicznej procesu.

Schemat zaprezentowano sprzęt do szczelinowania hydraulicznego Ryż. 5.5. Podczas szczelinowania hydraulicznego ciąg rur musi być uszczelniony i zakotwiczony.

Ważnymi kwestiami podczas szczelinowania hydraulicznego są: określenie lokalizacji, orientacji przestrzennej i wielkości pęknięć. Takie definicje powinny być obowiązkowe przy przeprowadzaniu szczelinowania hydraulicznego w nowych regionach, ponieważ pozwól nam się rozwijać najlepszą technologię proces. Wymienione problemy rozwiązano w oparciu o metodę monitorowania zmian natężenia promieniowania gamma ze szczeliny, do której wpompowuje się część wypełniacza aktywowanego izotopem promieniotwórczym, np. kobaltem, cyrkonem, żelazem. Istotą tej metody jest dodanie odpowiedniej porcji aktywowanego wypełniacza do czystego wypełniacza i przeprowadzenie rejestracji promieniami gamma bezpośrednio po powstaniu pęknięć i wstrzyknięcie porcji aktywowanego wypełniacza w pęknięcia; Porównując wyniki rejestracji promieni gamma, ocenia się liczbę, lokalizację, orientację przestrzenną i wielkość powstałych pęknięć. Badania te prowadzą wyspecjalizowane terenowe organizacje geofizyczne.

Ryż. 5.5. Schemat ideowy wyposażenia odwiertu do szczelinowania hydraulicznego:

1 - formacja produkcyjna; 2 - pęknięcie; 3 - trzon; 4 - pakowacz; 5 - kotwica; 6 - obudowa; 7 - kolumna z rurkami; 8 - wyposażenie głowicy odwiertu; 9 - płyn pękający; 10 - ciecz przenosząca piasek; 11 - płyn do wyciskania; 12 - manometr.

Problemy stosowania szczelinowania hydraulicznego. ASS występuje tam, gdzie obok formacji produkcyjnej znajdują się warstwy zawierające wodę. Mogą to być warstwy wodonośne, jeśli występują wody denne. Ponadto w pobliżu formacji poddanej obróbce mogą znajdować się zalane formacje.

W takich przypadkach pionowe pęknięcia powstające podczas szczelinowania hydraulicznego tworzą hydrodynamiczne połączenie odwiertu ze strefą wodonośną. W większości przypadków strefa wodonośna ma większą przepuszczalność w porównaniu z formacją produktywną, w której przeprowadza się szczelinowanie hydrauliczne. Dlatego szczelinowanie hydrauliczne może doprowadzić do całkowitego podlania studni. Na starych polach wiele studni jest w złym stanie. Prowadzenie szczelinowania hydraulicznego w takich warunkach prowadzi do zerwania ciągu produkcyjnego. Teoretycznie w takich studniach stosuje się paker do zabezpieczenia struny, jednak ze względu na wgniecenia struny i korozję, to właśnie w takich studniach paker nie spełnia swojej roli. Ponadto w wyniku szczelinowania hydraulicznego kamień cementowy może zostać zniszczony.

Podczas szczelinowania hydraulicznego powstają pęknięcia w warstwach o różnej przepuszczalności, ale bardzo często łatwiej jest rozerwać warstwę o wysokiej przepuszczalności niż warstwę o niskiej przepuszczalności. W warstwie o większej przepuszczalności pęknięcie może być dłuższe. W przypadku tej opcji po szczelinowaniu hydraulicznym zwiększa się wydobycie ropy z odwiertu, ale w przypadku odwiertu zwiększa się ubytek wody. Dlatego przed i po szczelinowaniu hydraulicznym konieczna jest analiza wydobywającej się wody, aby dowiedzieć się, skąd wzięła się ona w odwiercie.

W przypadku szczelinowania hydraulicznego, podobnie jak w przypadku innych metod stymulacji, zawsze pojawia się pytanie o kompensację dużych wydobyć poprzez zatłaczanie.

Należą do nich nowe płyny szczelinujące, środki powierzchniowo czynne, środki hydrofobowe i dodatki.

Firma TagraS-RemService zaprezentowała nowość rozwiązania technologiczne do szczelinowania hydraulicznego (szczelinowania) w trudnych warunkach geologiczno-technicznych.

Firma zaczęła stosować nowy płyn szczelinujący o niskiej lepkości i dobrych właściwościach przenoszenia piasku. Korzystanie z tego produktu pozwala na:

1. Równomiernie rozmieścić propant (podsadzkę) wzdłuż wysokości i długości formacji produkcyjnej.

2. Kontrolować wzrost wysokości pęknięcia (przeprowadzanie szczelinowania hydraulicznego na formacjach o słabej barierze dla wody)

3. Zmniejszyć uszkodzenie pakietu propantu po całkowitym zniszczeniu żelu (utrzymać przewodność szczelinową).

TagraS-RemService pracuje nad badaniami laboratoryjnymi nowego materiału mocującego – piasku modyfikowanego. Produkt ten pomaga ograniczyć ruch wody wzdłuż szczeliny hydraulicznej, w szczególności podczas operacji szczelinowania hydraulicznego w studniach silnie wycinanych wodą. Piasek ma właściwości hydrofobowe, jest równomiernie rozłożony na całej wysokości pęknięcia i umożliwia zmniejszenie lepkości płynu szczelinującego.

Nowa technologia kombinowanego szczelinowania hydraulicznego kwasowo-propantowego na bazie kwasu zżelowanego środkami powierzchniowo czynnymi (surfaktantami) skraca proces zagospodarowania odwiertu i wprowadzenia odwiertu do trybu pracy, a także zmniejsza ryzyko wymuszonego zatrzymania procesu. Zastosowanie nowych odczynników chemicznych zapobiega przedostawaniu się polimeru do formacji. Jednocześnie zmniejsza się ilość cieczy pompowanej do zbiornika dzięki wyeliminowaniu cyklu pompowania wodnego żelu polisacharydowego z propantem.

„TagraS-RemService” udoskonala także technologię hydropiaskowej perforacji strumieniowej z dalszym szczelinowaniem hydraulicznym. Główną zaletą nowego rozwiązania technicznego jest możliwość ukierunkowanego oddziaływania na formację bez wycinania innych odstępów perforacji tj. wstępne utworzenie pęknięcia podczas hydropiaskowania. Perforacja. Operacje można również wykonywać na studniach z kamieniem cementowym niskiej jakości za kolumną. Technologia ta pozwala na wielostrefowe szczelinowanie hydrauliczne w odwiertach z zasypaniem poziomym.

W celu regulacji lepkości płynu hydraulicznego „w locie” w zależności od frakcji i stężenia propantu proponuje się zastosowanie nowego odczynnika – dodatku antysedymentacyjnego, który pozwala na:

1. Rozprowadź równomiernie propant wzdłuż pionowej szczeliny.

2. Zwiększyć zdolność przenoszenia piasku przez płyn do szczelinowania hydraulicznego.

3. Zmniejsz obciążenie środkiem żelującym.

Firma TagraS-RemService zaprezentowała niedawno te rozwiązania na targach Oil. Gaz. Petrochemia” w ramach Tatarstanskiego Forum Petrochemicznego. Ze stoiskiem firmy zapoznał się Prezydent Tatarstanu Rustam Minnikhanov.

Rodzaje szczelinowania hydraulicznego

Obecnie w światowej praktyce wydobycia ropy naftowej stosuje się trzy główne rodzaje szczelinowania hydraulicznego: konwencjonalne szczelinowanie hydrauliczne (HF), głębokopenetrujące szczelinowanie hydrauliczne (GHF) i masowe szczelinowanie hydrauliczne (MSHF). Każdy z tych typów ma swój własny obszar zastosowania.

Szczelinowanie hydrauliczne wykorzystuje się jako metodę zwiększania przepuszczalności strefy formacji przyodwiertowej. Stosuje się go z reguły w odwiertach indywidualnych z zanieczyszczoną strefą denną w celu przywrócenia ich naturalnej produktywności, charakteryzującej się zastosowaniem niewielkiej ilości materiału mocującego (5-10 ton).

Szczelinowanie hydrauliczne jest jedną z najskuteczniejszych metod zwiększania wydajności odwiertów odwadniających utwory niskoprzepuszczalne (o przepuszczalności mniejszej niż 0,05 µm 2). Proces ten charakteryzuje się wykorzystaniem dużych ilości materiału mocującego – 10-50 ton i płynów szczelinujących – 150-200 m3. W tym przypadku powstają pęknięcia lub układ pęknięć o znacznej długości (50-100 i więcej metrów). , obejmujący nie tylko strefę denną, ale także znaczną część warstwy. Na tym polega główna różnica między GGRP a konwencjonalnym szczelinowaniem hydraulicznym. Zakresem stosowania szczelinowania hydraulicznego są zbiorniki niskoprzepuszczalne lub ich poszczególne odcinki, w szczególności w celu osiągnięcia opłacalności zagospodarowania tych złóż. Technologia szczelinowania hydraulicznego ma na celu oddziaływanie na niewyczerpane (niezagospodarowane) złoża ropy naftowej, gdzie formacje produkcyjne reprezentowane są przez złoża terygeniczne (piaszczyste).

Wieloetapowe szczelinowanie hydrauliczne to masowe szczelinowanie hydrauliczne, które stosowane jest w praktyce w słabo przepuszczalnych złożach złóż gazu. Główną cechą tego procesu jest powstawanie w bardzo dużym stopniu sztucznych pęknięć. Do tych celów wykorzystuje się duże ilości materiału mocującego.

Nowe technologie szczelinowania hydraulicznego

Wiąże się to ze znacznym rozpowszechnieniem stosowania szczelinowania hydraulicznego i wzrostem liczby operacji w ciągu ostatniej dekady intensywny rozwój technologie przetwarzania. Do nowych skutecznych metod zalicza się technologię osadzania propantu na końcu szczeliny lub przesiewania wierzchołkowego szczeliny (TSO), która pozwala na celowe zwiększenie jej szerokości, zatrzymując przyrost długości, a tym samym znacznie zwiększyć przewodność (iloczyn przepuszczalności i szerokość). Aby ograniczyć ryzyko przedostania się szczeliny do poziomów wodno-gazonośnych, a także zintensyfikować zagospodarowanie złóż warstw niskoprzepuszczalnych, stosuje się technologię selektywnego szczelinowania hydraulicznego. Stale powstają nowe materiały do ​​szczelinowania hydraulicznego. Aby zapobiec usunięciu propantu ze szczeliny, stworzono technologię PropNET, która polega na wstrzyknięciu do formacji jednocześnie z propantem specjalnego, elastycznego włókna szklanego, które wypełniając szczeliny pomiędzy cząstkami propantu, zapewnia maksymalną stabilność pakiet propantu. Aby zmniejszyć stopień zanieczyszczenia resztkowego szczeliny, opracowano niskopolimerowe płyny szczelinujące LowGuar oraz system dodatków do destruktora CleanFLOW. Stosowany jest niezanieczyszczający płyn ClearFrac, który nie wymaga destruktora.

Ulepszanie baza informacyjna przeprowadzanie szczelinowania hydraulicznego. Głównymi źródłami informacji są badania geologiczne, geofizyczne i petrofizyczne, laboratoryjne analizy rdzeni oraz eksperyment terenowy polegający na mikro- i miniszczelinowaniu hydraulicznym przed głównym szczelinowaniem hydraulicznym. W ten sposób wyznacza się rozkład naprężeń w formacji, wyznacza się efektywne ciśnienie pękania i ciśnienie zamykania szczeliny, wybiera się model rozwoju pęknięcia oraz oblicza się jego wymiary geometryczne. Specjalne przyrządy pozwalają określić wysokość i azymut pęknięcia. Za pomocą specjalne programy Biorąc pod uwagę cele szczelinowania hydraulicznego, szczelina jest „projektowana”.

Zastosowanie nowych technologii umożliwia dobór płynu szczelinującego i propantu najlepiej spełniającego określone warunki, kontrolę otwarcia i propagacji szczeliny, transportu propantu w zawiesinie wzdłuż całej szczeliny i pomyślne zakończenie operacji. W ostatnich latach rozwinęła się technologia zintegrowane podejście do projektowania szczelinowania hydraulicznego jako elementu systemu zagospodarowywania. Podejście to opiera się na uwzględnieniu wielu czynników, w tym przewodności i potencjału energetycznego formacji, sposobu rozmieszczenia odwiertów produkcyjnych i zatłaczających, mechaniki pękania, właściwości płynu szczelinującego i propantu, ograniczeń technologicznych i ekonomicznych.

Ostatnio przy wydobyciu ropy naftowej coraz częściej stosuje się szczelinowanie hydrauliczne (szczelinowanie). Jednym z nich jest szczelinowanie hydrauliczne najskuteczniejsze metody wpływ na strefę denną studni. Pierwsze doświadczenia ze szczelinowaniem hydraulicznym w rejonie Kogalym przeprowadzono w 1989 roku na polu Powchowskoje. Od tego momentu minęło sporo czasu, wprowadzono różne technologie szczelinowanie hydrauliczne, a proces ten stał się integralną częścią pracy wszystkich dziedzin przedsiębiorstwa. O ile wcześniej głównym zadaniem szczelinowania hydraulicznego było przywrócenie naturalnej produktywności złoża, pogarszającej się w trakcie wiercenia i eksploatacji odwiertów, o tyle obecnie priorytetem jest zwiększenie wydobycia ropy ze złóż na złożach znajdujących się w późnej fazie zagospodarowania, zarówno poprzez polegający na zagospodarowaniu słabo odwodnionych stref i odstępów w obiektach o dużym stopniu zagospodarowania złóż, a także udział w zagospodarowaniu obiektów o niskiej przepuszczalności, silnie rozdrobnionych. Dwa najważniejsze obszary rozwoju wydobycia ropy naftowej w ciągu ostatnich 15 lat to szczelinowanie hydrauliczne i wiercenie odwiertów poziomych. To połączenie ma bardzo duży potencjał. Odwierty poziome można wiercić prostopadle lub wzdłuż azymutu rozwoju szczeliny. Prawie żadna technologia w przemyśle naftowo-gazowym nie zapewnia tak wysokich zysków ekonomicznych. Przekonali się o tym pracownicy pola Tewlinsko-Russkinskoje, testując metodę interwałowego szczelinowania hydraulicznego na odwiercie 1744G. O udane doświadczenie Opowiedział nam o tym Jurij Miklin, wiodący inżynier działu ulepszonego odzyskiwania ropy.

W dobie wysokich cen energii spółki wydobywcze dążą do maksymalnego wydobycia ze swoich aktywów, wydobywając tyle węglowodorów, ile jest to ekonomicznie uzasadnione – mówi Jurij, w tym celu często angażują się w zagospodarowanie wydłużonych interwałów złożowych poprzez odwierty poziome. Wyniki tradycyjnego szczelinowania hydraulicznego w takich odwiertach mogą być niezadowalające ze względów ekonomicznych i technologicznych. Metoda interwałowa lub, jak mówią, metoda wieloprzedziałowa szczelinowanie hydrauliczne, jest w stanie zapewnić bardziej wydajną produkcję zasobów ropy poprzez zwiększenie powierzchni styku pęknięcia z formacją i utworzenie wysoce przewodzących ścieżek ruchu ropy. Pogarszające się właściwości zbiornikowe złóż zmuszają przedsiębiorstwa wydobywcze do poszukiwania coraz bardziej opłacalnych ekonomicznie sposobów budowy odwiertów w celu dalszej stymulacji interesujących nas złóż z wykorzystaniem najnowszych osiągnięć nauki i techniki. Zdając sobie z tego sprawę, firmy dążą do ograniczenia czasu, a co za tym idzie, kosztów dodatkowych operacji dźwigowych i pracy załogi wyremontować studnie przy użyciu specjalnego sprzętu, który staje się część integralna studnie.

Jednym z wyjść jest uzupełnienie odwiertu zakończeniem poziomym wykładziną z zaworami cyrkulacyjnymi na zespole, które służą do zatłaczania mieszaniny cieczy i proppanitu. Układ ten obejmuje pęczniejące podkładki przeznaczone do mocowania wykładziny i stabilizowania jej w otwartym otworze.

Proces szczelinowanie hydrauliczne Formacje te polegają na tworzeniu sztucznych i rozszerzaniu istniejących pęknięć w skałach strefy przyodwiertowej pod wpływem zwiększonego ciśnienia cieczy zatłaczanej do odwiertu. Cały ten system pęknięć łączy odwiert z produktywnymi częściami formacji oddalonymi od dna. Aby zapobiec zamykaniu się pęknięć, wprowadza się do nich gruboziarnisty piasek, który dodaje się do płynu wtryskiwanego do odwiertu. Długość pęknięć może sięgać kilkudziesięciu metrów.

W tym miejscu należy wziąć pod uwagę, że odległość między miejscami instalacji zaworów cyrkulacyjnych, a zatem miejscami, w których rozpoczynają się pęknięcia w poziomym odwiercie, będą miały wpływ na wydajność każdej sekcji, zauważa Jurij, to znaczy konieczne jest wybranie optymalną odległość pomiędzy rysami w oparciu o geometrię projektowanych pęknięć. Musimy w jak największym stopniu chronić się przed przecięciem pęknięć w formacji produkcyjnej, co może powodować komplikacje podczas szczelinowania hydraulicznego. W idealnym przypadku maksymalne natężenie przepływu jest możliwe, gdy odległość między pęknięciami jest równa promieniowi drenażu. Warunek ten jest niemożliwy do spełnienia ze względu na konstrukcję odwiertu 1744G, dlatego też lokalizację pęknięć należało dobrać z zachowaniem możliwie największej odległości od siebie.

Biorąc pod uwagę nachylone występowanie warstw, studnie poziome Najlepszym sposobem zwiększyć powierzchnię kontaktu z formacją produktywną. Przeprowadzanie szczelinowanie hydrauliczne przy użyciu technologii „Zone Select”. w następujący sposób: wyprodukowano jako pierwsze szczelinowanie hydrauliczne najdalszy odstęp przez układ, w którym zawór cyrkulacyjny jest już otwarty. Następnie kula zostaje wyrzucona z powierzchni do przewodu rurowego (rurki) wraz z płynem wyporowym, który docierając do dna studni najpierw otwiera drugi zawór cyrkulacyjny w celu oczyszczenia kolejnej sekcji, a następnie osadza się w specjalnym siedzenia, odcinając leczony odstęp. Na dwa interwały zabiegowe wykorzystuje się jedną kulkę. Proporcjonalnie do wzrostu liczby interwałów przetwarzania wzrasta również liczba kulek. Co więcej, każda kolejna kula musi mieć większą średnicę niż poprzednia. Kulki są wykonane z aluminium, a to ważne. Po stymulacji wymagana ilość interwałach i zatłaczaniu obliczonej ilości mieszaniny płynu i piasku, flota szczelinowania hydraulicznego opuszcza odwiert. Do odwiertu dociera flota rur zwiniętych (rury elastyczne), które wykonują płukanie, frezowanie kul i kompletację odwiertu, określając profil dopływu i możliwości produkcyjne odwiertu. Zagospodarowanie odbywa się za pomocą azotu - jest to najbardziej obiecujący kierunek zmniejszenia ciśnienia na dnie odwiertu. Izba Handlowo-Przemysłowa Kogalymneftegaz wykorzystała tę technologię do przerobu dwóch interwałów odwiertu 1744G złoża Tewlinsko-Russkinskoje. W porównaniu do sąsiednich odwiertów poziomych i kierunkowych, po przeprowadzeniu na nich szczelinowania hydraulicznego w technologii standardowej, uzyskano w tym odwiercie wyższe wskaźniki technologiczne. Początkowe natężenie przepływu ropy w odwiercie 1744G wynosiło około 140 ton dziennie.

Na koniec chciałbym zauważyć, że jest to aplikacja na dużą skalę szczelinowanie hydrauliczne pozwala zatrzymać spadek wydobycia ropy naftowej na polach Izby Handlowo-Przemysłowej „Kogalymnieftiegaz” oraz zwiększa wydobycie rezerw ze złóż średnio- i niskoproduktywnych. Zaletami przeprowadzenia interwałowego szczelinowania hydraulicznego w odwiertach poziomych z wykorzystaniem technologii „Zone Select” jest nie tylko zwiększenie efektywnej powierzchni styku formacji z odwiertem odwadniającym formację, ale także przezwyciężenie uszkodzeń strefy dennej złoża odwiertu po wierceniu, a także wprowadzenie do zagospodarowania słabo odwodnionych obszarów o niskich właściwościach filtracyjnych i pojemnościowych. Wskazuje to, że odwierty poziome z zastosowaniem interwałowego szczelinowania hydraulicznego są bardziej efektywne i opłacalne.