Hidravlično lomljenje: vrste, izračun in tehnološki postopek

2024 Avtor: Howard Calhoun | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-02 14:02

Hidravlično lomljenje (HF) je eden najučinkovitejših geoloških in tehničnih ukrepov, katerega namen je intenzivirati pretok formacijske tekočine v proizvodne vrtine. Uporaba te tehnologije omogoča ne le povečanje izkoristka zalog v polmeru drenaže vrtine, temveč tudi razširitev tega območja, s čimer se poveča končni izkoristek olja v rezervoarju. Glede na ta dejavnik je mogoče načrtovanje razvoja polja izvesti z razporeditvijo redkejšega vzorca vrtine.

Kratek opis

Bistvo hidravličnega lomljenja je opisano z naslednjim postopkom:

• rezervoar je izpostavljen pretiranemu tlaku (poraba procesne tekočine je veliko večja, kot jo lahko absorbirajo kamnine);
• tlak v vrtini narašča, dokler ne preseže notranjih napetosti v razdelilniku;
• skale so raztrgane v ravnini najmanjše mehanske trdnosti (najpogosteje v poševni smeri ali navpično);
• spetnastale in stare razpoke se povečajo, pojavi se njihova povezava z naravnim sistemom por;
• se poveča območje povečane prepustnosti v bližini vrtine;
• posebni granulirani propanti (propanti) se črpajo v ekspandirane prelome, da jih pritrdijo v odprtem stanju, potem ko je pritisk na formacijo odstranjen;
• odpor proti gibanju formacijske tekočine postane skoraj nič, posledično se pretok vrtine večkrat poveča.

Dolžina razpok v kamninah je lahko več sto metrov, dno vrtine pa se poveže z oddaljenimi predeli rezervoarja. Eden najpomembnejših dejavnikov učinkovitosti tega zdravljenja je fiksacija razpoke, ki omogoča ustvarjanje filtrirnega kanala. Vendar pa produktivnost vrtine ne more naraščati v nedogled, ko se velikost preloma povečuje. Obstaja največja dolžina, nad katero pretok ne postane bolj intenziven.

Obseg uporabe

Ta tehnologija se uporablja tako za proizvodnjo (izboljšano pridobivanje nafte) kot za vbrizgavanje (povečana injektivnost), vodoravne in navpične vrtine. Razlikujejo se naslednja področja uporabe hidravličnega lomljenja:

• intenziviranje stopnje proizvodnje vrtin z onesnaženim območjem dna v rezervoarjih z različno prepustnostjo;
• razvoj heterogenih depozitov;
• izboljšanje hidrodinamične povezave vrtine z naravnim prelomnim sistemom v rezervoarju;
• razširitev območja dotoka tekočine v rezervoar;
• razvoj rezervoarjev z nizko prepustnostjo invrtine z nizkimi maržami;
• sprememba procednih tokov v injekcijskih vrtinah;
• obnova parametrov vrtine, na katere druge metode ne vplivajo.

Meje za tehnologijo hidravličnega lomljenja so plinsko-oljne cone, za katere so značilne naslednje značilnosti:

• hitro nastajanje stožca (vlečenje formacijske vode na dno vodnjaka);
• nenadni preboj vode ali plina v vrtino;
• izčrpani rezervoarji z nizkimi zalogami, z oljem nasičene leče majhne prostornine (zaradi ekonomske nerentabilnosti).

Najpogosteje se hidravlično lomljenje uporablja kot stimulacijska metoda za srednje in visoko prepustne rezervoarje. Zanje je glavni dejavnik pri povečanju dotoka rezervoarske tekočine dolžina nastalega preloma, pri nahajališčih z nizko prepustnostjo kamnin pa njegova širina.

Hidravlično lomljenje: prednosti in slabosti

Prednosti hidravličnega lomljenja so:

• velja za območja z raznoliko geološko strukturo;
• vpliv tako na celoten rezervoar kot na njegov del;
• učinkovito zmanjšanje hidravličnega upora v območju dna luknje;
• občestvo slabo odcednih sosednjih območij;
• poceni delovna tekočina (voda);
• visoka dobičkonosnost.

Slabosti vključujejo:

• potreba po velikih zalogah vode, peska, dodatnih kemikalij;
• nenadzorovan proces nastanka razpoke v skali, nepredvidljivost mehanizmapokanje;
• ko se po hidravličnem lomljenju začnejo obratovati vrtine z visokimi pretoki, se propant lahko izvede iz prelomov, kar povzroči zmanjšanje stopnje njihovega odprtja in zmanjšanje pretoka v prvih mesecih po začetku delovanja;
• tveganje nenadzorovanega izlivanja in onesnaževanja okolja.

Različice postopka

Metode lomljenja se razlikujejo po vrsti tvorbe loma, količini vbrizgane tekočine in propantov ter drugih značilnostih. Glavne vrste hidravličnega lomljenja vključujejo naslednje:

• Glede na območje vpliva na formacijo: lokalno (dolžina preloma do 20 m) - najbolj razširjena; globoko prodiranje (dolžina zloma 80-120 m); masirano (1000 m in več).
• Po pokritosti šiva: enojni (vpliv na vse šive in vmesne plasti); večkratni (za vrtine, ki so odprle 2 ali več plasti); interval (za določen rezervoar).
• Posebne metode: kislinsko lomljenje; Tehnologija TSO - tvorba kratkih zlomov za preprečevanje njihovega širjenja do stika voda-olje in zmanjšanje volumna vbrizgavanja propanta (ta metoda kaže visoko učinkovitost v peščenih rezervoarjih); impulz (ustvarjanje več radialno divergentnih zlomov v srednje- in visoko prepustnih kamninah za zmanjšanje skin efekta – poslabšanje prepustnosti por zaradi njihove kontaminacije z delci, ki jih vsebuje tekočina filtrirne formacije.

Večvrzel

Večkratno hidravlično lomljenje se izvaja na več načinov:

1. Najprej se z uporabo konvencionalne tehnologije ustvari razpoka. Nato se začasno zamaši z vbrizgavanjem snovi (zrnat naftalen, plastične kroglice in drugo), ki zaprejo luknje. Po tem se hidravlično lomljenje izvede drugje.
2. Ločitev con se izvaja s pakerji ali hidravličnimi vrati. Za vsak od intervalov se hidravlično lomljenje izvede po tradicionalni shemi.
3. Postopno hidravlično lomljenje z izolacijo vsake spodnje cone s peščenim čepom.

Pri glinenih odsekih je najučinkovitejše ustvarjanje navpičnih prelomov, saj povezujejo produktivne naftne in plinske vmesne plasti. Takšni zlomi nastanejo zaradi delovanja nefiltriranih tekočin ali zaradi hitrega povečanja hitrosti injiciranja.

Priprava na hidravlično lomljenje

Tehnologija hidravličnega rezervoarja je sestavljena iz več stopenj. Pripravljalna dela so naslednja:

1. Študija vrtine za dotok formacijske tekočine, sposobnost absorpcije delovne tekočine in določitev tlaka, potrebnega za hidravlično lomljenje.
2. Čiščenje dna luknje iz peska ali glinene skorje (spiranje z vodo pod pritiskom, obdelava s klorovodikovo kislino, hidro-peskanje perforacije in druge metode).
3. Preverjanje vrtine s posebno predlogo.
4. Spustite se v cevi vrtine za oskrbo z delovno tekočino.
5. Namestitev tlačnega pakerja in hidravličnih sider za zaščito ohišja.
6. Namestitev vrtineoprema (razdelilnik, mazivo in druge naprave) za priključitev črpalnih enot na vbrizgalne cevovode in tesnjenje vrtine.

Glavni diagram cevovodov procesne opreme med hidravličnim lomljenjem je prikazan na spodnji sliki.

zaporedje lomljenja

Tehnika in tehnologija hidravličnega lomljenja je sestavljena iz naslednjih postopkov:

1. Cevi za vbrizgavanje so opremljene z delovno tekočino (najpogosteje olje za proizvodno vrtino ali vodo za vbrizgalno vrtino).
2. Povečaj tlak tekočine za lomljenje na največjo konstrukcijsko vrednost.
3. Preverite tesnost pakerja (ne sme biti prelivanja tekočine iz obroča).
4. Propant se doda delovni tekočini po hidravličnem lomljenju. To se ocenjuje po močnem povečanju vbrizgavanja vrtine (padec tlaka v črpalkah).
5. Radioaktivni izotopi so vključeni v zadnjo serijo propanta za naknadno preverjanje območja izgube z uporabo jedrske sečnje.
6. Dobavite najvišjo tekočino za stiskanje za zanesljivo zapiranje razpok.
7. Odstranjevanje tekočine za lomljenje z dna, da se zagotovi dotok formacijske tekočine v vrtino.
8. Demontaža procesne opreme.
9. Vodnjak je v zagonu.

Če je vrtina razmeroma plitva, je dovoljeno dovajanje delovne tekočine skozi obložne cevi. Hidravlično lomljenje je možno izvesti tudi brezpaker - skozi cevne cevi in obroč. To zmanjša hidravlične izgube za visoko viskozne tekočine.

Stroji in mehanizmi za hidravlično lomljenje

Oprema za hidravlično lomljenje vključuje naslednje vrste opreme:

• zemeljski stroji in naprave: črpalne enote (ANA-105, 2AN-500, 3AN-500, 4AN-700 in druge); mešalnice peska na avtomobilskih podvozjih (ZPA, 4PA, USP-50, Kerui, Lantong in drugi); avtocisterne za prevoz tekočin (ATsN-8S in 14S, ATK-8, Sanji, Xishi in drugi); cevovod na glavi vrtine (razdelilnik, glava vrtine, zaporni ventili, razdelilni in tlačni razdelilci s povratnimi ventili, manometri in druga oprema).
• Pomožna oprema: agregati za izklop; vitli; nadzorne in kontrolne postaje; tovornjaki za cevi in druga oprema.
• Podzemna oprema: pakerji za izolacijo formacije, v kateri je načrtovano hidravlično lomljenje, od drugega dela proizvodnega niza; sidra za preprečevanje dvigovanja podzemne opreme zaradi visokega tlaka; cevni niz.

Vrsta opreme in število kosov opreme se določita na podlagi projektnih parametrov hidravličnega lomljenja.

oblikovne značilnosti

Za izračun hidravličnega lomljenja se uporabljajo naslednje osnovne formule:

1. BHP (MPa) za hidravlično lomljenje z uporabo filtrirane tekočine: p=10^-2KL_c, kjer je K koeficient izbran iz obsega vrednosti 1, 5-1, 8 MPa/m, L _{c – dolžina vrtine, m.}
2. Tlak vbrizgavanja tekočine s peskom (za zaščito loma): p_p =p - ρgL_c + p_t, kjer je ρ gostota nosilne tekočine peska, kg/m³, g=9,8 m/s², p _t – izguba tlaka zaradi trenja tekočine, ki nosi pesek. Zadnji kazalnik je določen s formulo: p_t =8λQ² ρL_c/(πdB₎2 ^B – notranji premer cevi.
3. Število črpalnih enot: n=pQ/(p_pQ_pK_T) + 1, kjer je p_p delovni tlak črpalke, Q_p je njen dovod pri danem tlaku, K T- koeficient tehničnega stanja stroja (izbran znotraj 0,5-0,8).
4. Količina tekočine za izpodrivanje: V=0, 785d_B²L_c.

Če pride do hidravličnega lomljenja z uporabo peska kot proppanta, se šteje, da je njegova količina na 1 operacijo 8-10 ton, količina tekočine pa je določena s formulo:

V=Q_sC_s, kjer je Q_s količina peska, t, C_s – koncentracija peska v 1 m^{3 tekočine.}

Izračun teh parametrov je pomemben, saj se pri previsoki vrednosti tlaka med hidravličnim lomljenjem tekočina stisne v rezervoar, pride do nesreč vproizvodni stolpec. V nasprotnem primeru, če je vrednost prenizka, bo treba hidravlično lomljenje ustaviti zaradi nezmožnosti doseganja zahtevanega tlaka.

Zasnova lomljenja se izvede na naslednji način:

1. Izbor vrtin glede na obstoječi ali načrtovani sistem razvoja polja.
2. Določanje najboljše geometrije loma ob upoštevanju več dejavnikov: prepustnost kamnin, mreža vrtin, bližina stika olje-voda.
3. Analiza fizikalnih in mehanskih lastnosti kamnin in izbira teoretičnega modela za nastanek razpoke.
4. Določanje vrste propanta, količine in koncentracije.
5. Izbira tekočine za lomljenje z ustreznimi reološkimi lastnostmi in izračun njene prostornine.
6. Izračun drugih tehnoloških parametrov.
7. Definicija ekonomske učinkovitosti.

Frac Fluids

Delovne tekočine (izpodriv, lomljenje in nosilec peska) so eden najpomembnejših elementov hidravličnega lomljenja. Prednosti in slabosti njihovih različnih vrst so povezane predvsem z reološkimi lastnostmi. Če so se prej uporabljale le viskozne sestavke na osnovi olja (za zmanjšanje njihove absorpcije v rezervoarju), je povečanje moči črpalnih enot zdaj omogočilo prehod na tekočine na vodni osnovi z nizko viskoznostjo. Zaradi tega so se zmanjšali tlak na glavi vrtine in izgube hidravličnega upora v cevni niz.

V svetovni praksi velja naslednjeglavne vrste tekočin za hidravlično lomljenje:

• Voda z in brez propantov. Njegova prednost je nizka cena. Pomanjkljivost je majhna globina prodiranja v rezervoar.
• Raztopine polimerov (guar in njegovi derivati PPG, CMHPG; celulozni hidroksietil eter, karboksimetil celuloza, ksantan gumi). B, Cr, Ti, Zr in druge kovine se uporabljajo za zamreženje molekul. Glede na stroške spadajo polimeri v srednjo kategorijo. Pomanjkljivost takšnih tekočin je veliko tveganje za negativne spremembe v rezervoarju. Prednosti vključujejo večjo globino penetracije.
• Emulzije, sestavljene iz ogljikovodikove faze (dizelsko gorivo, olje, plinski kondenzat) in vode (mineralizirane ali sveže).
• ogljikovodični geli.
• Metanol.
• zgoščeni ogljikov dioksid.
• Penasti sistemi.
• Penasti geli, sestavljeni iz zamreženih gelov, dušikovih ali ogljikovih dioksidnih pen. Imajo visoke stroške, vendar ne vplivajo na kakovost zbiralnika. Druge prednosti so visoka nosilnost propanta in samouničenje z malo preostale tekočine.

Za izboljšanje delovanja teh spojin se uporabljajo različni tehnološki dodatki:

• površinsko aktivne snovi;
• emulgatorji;
• zglobi za zmanjšanje trenja;
• penilci;
• aditivi, ki spreminjajo kislost;
• termični stabilizatorji;
• baktericidni in protikorozijski dodatki in drugi.

Glavne značilnosti tekočin za hidravlično lomljenje vključujejo:

• dinamična viskoznost potrebna za odpiranje razpoke;
• lastnosti infiltracije, ki določajo izgubo tekočine;
• zmožnost prenašanja propanta, ne da bi se ta prezgodaj usedel iz raztopine;
• strižna in temperaturna stabilnost;
• združljivost z drugimi reagenti;
• jedka aktivnost;
• zeleno in varno.

Nizko viskozne tekočine zahtevajo vbrizgavanje večje prostornine, da se doseže zahtevani tlak v rezervoarju, tekočine z visoko viskoznostjo pa zahtevajo večji tlak, ki ga razvije črpalna oprema, saj pride do znatnih izgub hidravličnega upora. Za bolj viskozne tekočine je značilna tudi nižja filtrabilnost v kamninah.

podporni material

Najpogosteje uporabljeni propanti ali propanti so:

• Kremenčev pesek. Eden najpogostejših naravnih materialov, zato so njegovi stroški nizki. Odpravlja razpoke v različnih geoloških razmerah (univerzalno). Velikost zrn peska za hidravlično lomljenje je izbrana 0,5-1 mm. Koncentracija v nosilni tekočini peska se giblje med 100-600 kg/m3. V kamninah, za katere je značilno močno lomljenje, lahko poraba materiala doseže več deset ton na 1 vrtino.
• Boksiti (aluminijev oksid Al₂O_{3). Prednost te vrste propanta je večja trdnost v primerjavi s peskom. Proizvajalecdrobljenje in praženje boksitne rude.}
• Cirkonijev oksid. Ima podobne lastnosti kot prejšnji tip propanta. V Evropi se pogosto uporablja. Pogosta pomanjkljivost takšnih materialov je njihova visoka cena.
• Keramična zrnca. Za hidravlično lomljenje se uporabljajo granule velikosti od 0,425 do 1,7 mm. Spadajo med srednje trdne propante. Pokažite visoko gospodarsko učinkovitost.
• Steklene frnikole. Prej se je uporabljal za globoke vrtine, zdaj ga skoraj v celoti nadomestijo cenejši boksiti.

Fakturiranje s kislino

Bistvo kislinskega hidravličnega lomljenja je v tem, da se na prvi stopnji umetno ustvari lom (tako kot pri običajni tehnologiji hidravličnega lomljenja), nato pa se vanj črpa kislina. Slednji reagira s kamnino in ustvari dolge kanale, ki povečajo prepustnost rezervoarja v območju dna. Posledično se poveča faktor pridobivanja nafte iz vrtine.

Ta vrsta postopka hidravličnega lomljenja je še posebej učinkovita za karbonatne formacije. Po mnenju raziskovalcev je več kot 40 % svetovnih zalog nafte povezanih s to vrsto rezervoarja. Tehnika in tehnologija hidravličnega lomljenja se v tem primeru nekoliko razlikujeta od zgoraj opisanih. Oprema je izdelana v kislinsko odporni izvedbi. Za zaščito strojev pred korozijo se uporabljajo tudi zaviralci (formalin, unikol, urotropin in drugi).

Vrste kislinskega lomljenja so dvostopenjske obdelave z uporabo materialov, kot so:

• polimerne spojine (PAA, PVC, gipan indrugi);
• lateksne spojine (SKMS-30, ARC);
• stiren;
• smole (BNI-5, TSD-9, TS-10).

Kot kisla topila se uporablja 15% raztopina klorovodikove kisline, pa tudi posebne sestave (SNPKh-9010, SNPKh-9633 in drugi).

Vrste kislinskega lomljenja so dvostopenjske obdelave z uporabo materialov, kot so:

• polimerne spojine (PAA, PVV, gipan in druge);
• lateksne spojine (SKMS-30, ARC);
• stiren;
• smole (BNI-5, TSD-9, TS-10).

Kot kisla topila se uporablja 15% raztopina klorovodikove kisline, pa tudi posebne sestave (SNPKh-9010, SNPKh-9633 in drugi).