Часть 1
Главным фактором, который осложняет добычу сланцевой и прочей трудноизвлекаемой нефти - это крайне низкая проницаемость нефтеносных пород.
Для ее измерения (проницаемости), используется специальная единица дарси, она названа в четь выдающегося французского ученого-гидродинамика Анри Дарси
Одно дарси (Да) соответствует проницаемости горной породы, через поперечное сечение которой, равное 1 см2, при ламинарном режиме фильтрации, при перепаде давления в 1 атм на протяжении 1 см в 1 сек проходит 1 см3 жидкости, вязкость которой 1 сантипуаз (динамическая вязкость воды). Величина дарси составляет примерно 1 мкм2 (в квадрате).
Но так как проницаемость пород очень редко когда бывает свыше одного дарси, как правило используют тысячную доли -миллидарси (мДа)
По проницаемости коллекторы делятся на пять классов:
очень хорошо проницаемые (>1 дарси);
хорошо проницаемые (0,1 - 1);
средне проницаемые (0,01 - 0,1);
слабопроницаемые (0,001 - 0,01);
плохопроницаемые (<0,001)
Проницаемость сланцевых коллекторов соответствует к последним двум классам. Их проницаемость в десятки, сотни раз хуже проницаемости пластов традиционной нефти.
Проницаемость определяется несколькими факторами, самый главный - это размер пор.
Любая нефтегазосодержащая порода пористая. Именно в порах находится нефть и газ. Чем крупнее поры и их количество - тем больше нефти содержится в них. И тем легче ее вытолкнуть из нее. Так как в мелких порах и трещинах много нефти у стенок пласта и там очень сильные капиллярные связь.
Кроме того, пласт низкопроницаемых коллекторов имеет более структурированное строение. Чем менее упорядочена структура (например в песчаниках, доломитах, доломитизированны известняках, глины с массивной пакетной упаковкой, алевролиты) - тем выше проницаемость.
Плохо проницаемыми породами являются: глины, с упорядоченной пакетной упаковкой, глинистые сланцы, песчаники с глинистой цементацией, мергели.
Добыча сланцевой нефти гораздо сложнее, чем традиционной
Добывать нефть на пластах с хорошей проницаемостью просто. Достаточно пробурить скважину, которая войдет в пласт. И она пойдет сама под давлением, так как на забое скважине (дне) давление ниже, чам пластовое (депрессия на пласт). Со временем давление выравнивается и приток нефти прекращается. Спускают глубинный насос и нефть выкачивают принудительно. Скорость фильтрации будет достаточно высокой, так как пласт хорошо проницаем. Для того, чтобы пластовое давление не упало до совсем низких значений, создают систему поддержания пластового давления. Для это бурят или переводят часть скважин в нагнетательные и через них закачивают воду в зону водяного контура. Вода под давлением как поршень сдвигает нефть к забою скважин.
Со сланцевой нефтью картина будет совершенно иная. Нефть под самотеком просто не пойдет, так как проницаемость очень низкая. Если же мы спустим простой насос - то он у нас сгорит, так как жидкость не будет притекать к нему в нужном объеме.
Обеспечить достаточный приток жидкости к насосу согласно определению Закона Дарси можно двумя способами: увеличить депрессию на пласт (снизить забойное давление) или увеличить площадь фильтрации жидкости. Снизить давление насосом не получится, понадобится какая-то совсем монструозная конструкция. Да и не факт, что давление удастся снизить на существенную толщину пласта. Надавить извне с помощью нагнетания жидкости не получится тоже, потому что проницаемость настолько велика, что понадобится создать совсем невероятное давление.
Для расширения зоны фильтрации используют горизонтальное бурение и гидроразрыв пласта
А вот расширить зону фильтрации вполне возможно. Сделать это можно двумя способами. Эти горизонтальное бурение и гидроразрыв пласта. Обе технологии разрабатывались длительное время самостоятельно, но потом их объединил американский инженере-конструктор Джордж Фидиас Митчелл, после чего получил почетное звание отца сланцевой революции
Название "горизонтальное бурение" говорит само за себя. Пр обычном бурении ствол скважины бурится вертикально, а при горизонтальном бурении ствол скважины заходит в продуктивный пласт и там уже идет по горизонтали внутри пласта. Это расстояние может быть весьма значительным, в моей практике я сталкивался со скважинами, где горизонтальная зона была свыше пятисот метров.
В результате площадь фильтрационной поверхности увеличивается кратно. И чем длиннее горизонтальный ствол - тем больше.
Но в случае с низкопроницаемым пластами и этого недостаточно. Для увеличения площади фильтрации делают гидроразрыв пласта (ГРП, фрекинг). Суть ее заключается в том, что в скважину под огромным давлением подается технологическая жидкость (вода, гель), под ее напором породы пласта буквально лопаются и дают трещины. Чтобы они не сомкнулись, в них закачивают твердый расклинивающий агент. Раньше для этого использовали крупнозернистый кварцевый песок, сейчас же применяют керамический гранулят – пропант.
После процедуры ГРП трещины не смыкаются, так как это мешает сделать забитый в них пропант. В результате общая площадь фильтрации увеличивается многократно, ее становится достаточно, чтобы был приток нефти для нормальной работы насоса. При этом если горизонтальный створ скважины длинный, то совершают ГРП многократно, в несколько стадий - МГРП (многостадийный ГРП). Формируется структура, которая называется Fishbone (рыбий скелет
При этом гидроразрыв применяют и на скважинных с нормальными пластовыми свойствами. Но число операций, трудоемкость, стоимость и число стадий значительно меньше
Существует множество разновидностей данной технологии, позволяющих получать трещины различной конфигурации. Вся технология, порядок прописаны в плане работ - дизайне. Специально программное обеспечение и цифровые модели позволяют сделать все заранее. Состояние уже готовых трещин держат под постоянным наблюдением с помощью инструментальных сейсмических методов.
