АНАЛИЗ МАТЕРИАЛОВ, ПРИМЕНЯЮЩИХСЯ ПРИ ГИДРОРАЗРЫВЕ ПРОДУКТИВНОГО ПЛАСТА

ANALYSIS OF MATERIALS USED IN HYDRAULIC FRACTURING OF A PRODUCTIVE RESERVOIR

Artyom Manuylov

student, Department of Oil and Gas Drilling, Tyumen Industrial University,

Russia, Tyumen

АННОТАЦИЯ

Гидравлический разрыв пласта (ГРП), посредством воздействия на призабойную зону скважины (ПЗП) и создание трещин в толще целевого пласта, позволяет создать ранее не существовавшие гидравлические каналы связи с достаточно высокой проводимостью, тем самым приводя к увеличению производительности (дебита).

В процессе выполнения ГРП создаются новые гидравлические каналы – трещины, которые обладают такими геометрическими параметрами, как протяженность, высота, ширина, а также их направление. Данные переменные должны быть определены на этапе выполнения проекта и спрогнозированы, так как от этого зависит как направление трещины (при некорректных расчётах трещина может быть направлена в водоносный горизонт и привести к обводнённости добываемой продукции), так и дебит, что отражается на экономической эффективности скважины.

В данной работе анализируются существующие материалы, применяемые для создания трещин при проведении процессов гидроразрыва пласта внутри нефтяных и газовых скважин.

ABSTRACT

Hydraulic fracturing, by acting on the bottom-hole zone of the well and creating cracks in the thickness of the target reservoir, allows the creation of previously non-existent hydraulic communication channels with sufficiently high conductivity, thereby leading to an increase in productivity (flow rate).

During hydraulic fracturing, new hydraulic fracturing channels are created, which have geometric parameters such as length, height, width, and their direction. These variables should be determined at the project stage and predicted, since both the direction of the crack depends on it (if incorrect calculations are made, the crack may be directed into the aquifer and lead to waterlogging of the produced products) and the flow rate, which affects the economic efficiency of the well.

This paper analyzes the existing materials used to create cracks during hydraulic fracturing processes inside oil and gas wells.

Ключевые слова: гидроразрыв пласта, жидкости гидроразрыва, материалы.

Keywords: hydraulic fracturing, hydraulic fracturing fluids, materials.

Проведение гидроразрыва требует применение жидкостей для гидроразрыва (создает трещины в пласте под давлением, а также транспортирует проппант), добавок к жидкостям и проппант (применяется для сохранения трещины в раскрытом состоянии). После окончания операции, жидкость гидроразрыва и добавки в неё разлагаются и вымываются, тем самым создавая гидравлический канал связи пласта со скважиной.

Существует множество составов жидкостей для проведения ГРП, составы подбираются индивидуально исходя из литологического и физико-химического состава продуктивного пласта. При этом, вне зависимости от состава, жидкость ГРП должна удовлетворять следующим требованиям:

• Быть совместимой с продуктивным пластом и насыщающим его флюидами;
• Обладать невысокой стоимостью и быть широко доступной;
• Не содержать посторонних механических примесей;
• Обладать низкими показателями фильтрации;
• Легко удаляться из созданной трещины после окончания операции без создания нерастворимых осадков;
• Характеризоваться достаточной способностью к транспортировке и удержанию проппанта во взвешенном состоянии при отсутствующей циркуляции;
• Обладать достаточной вязкостью для удержания образовавшихся трещин в раскрытом состоянии до перемещения внутрь них проппанта;
• Быть стабильным на протяжении всего процесса гидроразрыва;
• Обладать минимальным трением для снижения гидродинамических потерь при прокачке.

В процессе проведения операции по гидроразрыву применяются три типа жидкостей:

1) Жидкость разрыва – состав, передающий давление от машин на устье в пласт, приводящий к нарушению целостности породы и созданию сети трещин. Для этого могут применяться сырые нефти, лишенные газа или загущенные мазутом, гидрофобные эмульсии нефтекислот или водонефтяных смесей, кислотно-керосиновые эмульсии. Применение составов на углеводородной основе целесообразно на эксплуатационных скважинах, а применение загущенной (крахмальными реагентами, такими как КМЦ, ПАА, ССБ) воды или эмульсий – на нагнетательных;

2) Жидкость проппантоноситель – применяется для транспортировки песка с устья до трещины. Должна характеризоваться минимальной фильтруемостью и быть способной доставить проппант до целевого объекта;

3) Жидкость для продавки – закачивается для транспортировки жидкости проппаноносителя. Зачастую данной жидкостью является вода, которая закачивается в объеме, равному объему внутреннего пространства насосно-компрессорных труб (НКТ).

Как было отмечено выше, существуют составы для проведения гидроразрыва, они подразделяются на следующие типы: изготовленные в водной, нефтяной, спиртовой, кислотной и других средах.

Так, в коллекторах, сложенных преимущественно карбонатными породами, преимущественно применяется соляная кислота, загущенная добавками. На газовых месторождениях, или месторождениях, осложненных низкими показателями проницаемости породы, применяются либо пенные составы, либо загущенный метанол. Для достижения максимальной проницаемости трещины широко применяются мицелярные составы.

Ниже представлено описание жидкостей на различных основах, их преимущества, границы применения и иные параметры.

Жидкости, приготовленные на основе воды.

Приобрели наиболее широкое распространение, в силу характеризующих их преимуществ:

- Экономическая выгода их применения, в частности в сравнении с жидкостями на углеводородной основе;

- Широкая распространенность и доступность;

- Стабильность и возможность контролировать реологические свойства;

- Низкая токсичность или её отсутствие, пожаровзрывобезопасность;

- Большие создаваемые давления вследствие более высокой плотности (повышенный гидростатический эффект).

К составам на водной основе относятся следующие:

• Составы с полимерными добавками: гуаровая смола, гидроксипропилгуар – данные полимеры зачастую применяются в жидкостях создания разрыва; карбоксиметилгидроксипропилгуар (КМПГ), ксантановые смолы, карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлоза (КМГОЭЦ) и иные.
• Прямые эмульсии, полиэмульсии или множественные полиэмульсии, где в качестве фазе на основе углеводородных продуктов используется керосин, газоконденсат, сырая нефть и др., а в качестве водной фазы – пресная или минерализованна вода. Полимерными добавками в данном типе составов могут быть полиакриламид (ПАА), полисахариды (гуар или ГПГ), карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ).
• Загущенный спирт метанол, применение возможно в газовых скважинах.
• Загущенная соляная кислота.
• Устойчивые пены (на основе воды), где в качестве жидкой фазы выступает водный раствор гуара или ГПГ, а в качестве газообразной фазы – инертный газ, такой как азот или углекислый газ.
• Мицелярные составы поверхностноактивных веществ.

Однако составы на водной основе обладают недостатком, по причине которого применяются составы на основе иных сред – их применение может приводить к падению показателя проницаемости и кольматации пласта, что вызывается набуханием глинистых минералов и иными физическими или химическими процессами.

Жидкости, приготовленные на основе нефти и иных углеводородов.

Данные жидкости применяют при проведении работ внутри пластов с гидрофильными породами. Их ключевые особенности – низкие потери на трение при прокачке и высокие вязкостные показатели.

На сегодняшний день, большинство жидкостей на основе нефти получают при добавке в углеводородный продукт алюминиевых солей (органических ортофосфорных эфиров). Полученные эфиры обладают сложной пространственной структурой наподобие той, что обладают поверхностно-активные вещества.

Применение такого типа растворов позволяет снизить до минимума возможный ущерб проницаемости в отдельных видах пластов. Также отмечается, что данные составы более стойки к низкотемпературной окружающей среде.

Наименее затратным составом геля на углеводородной основе является гель, создаваемый путем реакции фосфата алюминия и алюмината соды. Такая реакция преобразует соль, за счёт чего она получает возможность вступать в реакцию и повышать вязкость в дизельном топливе и сырой нефти, в частности добавляя им термостабильности.

К недостаткам данных жидких сред относят их пожаровзрывоопасность, повышенные требования к квалификации работающего с ними инженерного и рабочего состава, токсичность и вредное влияние как на человеческий организм, так и на окружающую среду.

Список литературы:

1. Петров, Д. Р. Теоретические основы формирования трещин при гидроразрыве пласта / Д. Р. Петров, В. Е. Подъячева // Ашировские чтения. – 2024. – Т. 2, № 1(16). – С. 397-400.
2. Вотчель, В. А. Оценка эффективности гидроразрыва пласта с помощью интерпретации гидродинамических исследований скважин / В. А. Вотчель, А. П. Егорова, А. С. Самойлов // Решение прикладных задач нефтегазодобычи на основе классических работ А.П. Телкова и А.Н. Лапердина : Материалы Национальной научно-технической конференции, Тюмень, 19 апреля 2024 года. – Тюмень: Тюменский индустриальный университет, 2024. – С. 80-83.