Гидравлический разрыв пластов (ГРП) — это высокотехнологичный метод увеличения производительности нефтяных и газовых скважин. Цель ГРП — создать высокопроницаемые трещины в целевом пласте для притока добываемого флюида к забою скважины. Успех операции зависит от правильного выбора технологии разрыва и подбора системы жидкостей ГРП.
Рассмотрим подробнее: какие бывают рабочие жидкости для гидроразрыва, их физические и химические свойства, а также принципы их выбора.
Для каждой операции ГРП подбирают оптимальный состав жидкости. Выбор основывается на особенностях месторождения, где планируются работы.
Критерии отбора
Тип жидкости: выбирают под особенности пласта и цели операции. Используют водные, нефтяные и комбинированные решения.
Вязкость: подбирают уровень вязкоупругости для формирования трещин и уменьшения потери жидкости из-за поглощения породами пласта.
Реология: свойства жидкости должны сохраняться в течение проектного времени. После этого состав должен разрушаться или терять вязкость, чтобы не блокировать поры пласта и облегчить добычу.
Гидравлическая эффективность: жидкость должна проходить по трубам легко, чтобы не терять давление из-за трения. Это позволит прокачивать ее с требуемым расходом.
Экономия: оценивают общую стоимость приготовления и объем расходования жидкости.
Опыт применения: анализируют применение аналогичного состава на схожих пластовых условиях.
Лабораторные исследования: результаты тестов показывают реакцию породы при контакте с жидкостью.
Совместимость с пластовыми флюидами: рабочие жидкости не должны содержать посторонних механических примесей и образовывать нерастворимые осадки при соприкосновении с пластовыми жидкостями и породой.
Транспортировка проппанта: рассматривают способность жидкости доставлять и удерживать частицы проппанта внутри трещины.
Фильтрационные свойства: оценивают скорость поглощения жидкости породой. Это влияет на рабочее давление и объемы используемой жидкости. Интенсивная фильтрация раствора в поры пласта может привести к снижению проницаемости.
Простота удаления: после операции жидкость должна легко удаляться из пласта и не препятствовать его проницаемости.
Лабораторные исследования и моделирование позволяют определить оптимальный состав и параметры обработки для операции ГРП. Комплексный подход к выбору жидкости разрыва дает возможность эффективно проводить ГРП и рационально использовать ресурсы.
Результат ГРП достигается поэтапной закачкой трех категорий жидкости:
1. Буферная жидкость (сшитая жидкость разрыва) — основной компонент гидродинамического воздействия на пласт для образования трещин. Это пластичная масса, состав и структура которой меняются при добавлении сшивающих агентов (чаще это бор, титан, цирконий, алюминий, хром, марганец и медь и др.). В процессе сшивки между молекулами жидкости образуются прочные связи. Так увеличивается вязкость, эластичность и способность жидкости удерживать твердые частицы, не допуская их оседание.
2. Смесь (сшитая жидкость с проппантом) — суспензия с высокой вязкостью и низкой фильтрацией. Раствор доставляет расклинивающий агент во взвешенном состоянии к созданной трещине и заполняет ее частицами материала. Процесс сохраняет трещину открытой и обеспечивает проницаемость для углеводородов.
3. Продавочная жидкость — раствор закачивают на заключительном этапе. Он вытесняет проппант из ствола скважины в пласт и укрепляет созданные трещины частицами материала.
Рабочие растворы разделяют по типу используемых компонентов:
- Жидкости на водной основе
- Кислотные составы
- Жидкости на углеводородной основе
- Многофазные композиции: эмульсии и пены
Жидкости на водной основе
Составы на водной основе чаще используют для гидроразрыва пласта: вода доступнее, экологичнее и безопаснее. Такой раствор легче приготовить в полевых условиях и управлять его характеристиками.
Жидкость разрыва на водной основе можно разделить на сшитую и линейную жидкость:
- Линейный гель — это смесь полимеров с линейными связями между молекулами с низкой вязкостью и слабой проппантонесущей способностью.
- Сшитая жидкость — высоковязкая структура, которая отлично удерживает и переносит расклинивающий агент.
Чтобы загустить жидкость на водной основе, в большинстве случаев используют гуаровую камедь. Это растительный компонент, полученный из семян бобового растения – гуара. Проппант поддерживают во взвешенном состоянии за счет высокой вязкости жидкости — 500-700 сП. Также в качестве загустителя применяют синтетические полимеры типа полиакриламид и другие. Вязкость жидкости синтетических полимеров остается в пределах 50-120 сП.
Сантипуаз (сП) — это единица измерения динамической вязкости жидкости. Для измерения вязкости в сантипуазах используют приборы — вискозиметры.
В водную среду добавляют химические реагенты, чтобы изменить реологические свойства жидкости и адаптировать ее под цели гидроразрыва и геологические условия пласта. Добавки повышают эластичность жидкости, улучшают несущие способности, снижают потерю давления из-за трения и поглощения состава породами пласта.
Для закачки 1 тонны проппанта необходимо 2-3,5 куб. м жидкости. В процессе закачивания количество проппанта в составе увеличивают, а жидкости – уменьшают: в начале работы концентрация проппанта — 100 кг/куб. м, а к концу — может доходить до 1400 кг/куб.м.
Преимущества водного раствора:
- низкая себестоимость и доступность сырья
- высокая проппантонесущая способность и стабильность системы
- эффективность как в нефтяных, так и в газовых коллекторах
- безопасное и экологичное применение
Недостатки:
- высокое водопотребление
- не подходит для пластов чувствительных к воде
- необходимо контролировать водоотдачу
- вероятность образования вторичных эмульсионных структур
Точный подбор рецептуры жидкости для ГРП устраняет появление эмульсий. Эту и другие задачи выполняет лаборатория ГРП «ФракДжет-Волга». Здесь инженеры-лаборанты подбирают оптимальный состав раствора для гидроразрыва, тестируют системы с новыми реагентами и проверяют совместимость жидкости с пластовым флюидом.
Кислотные гели
Составы с соляной кислотой и добавками к ней используют в ГРП приблизительно в 5% случаев. В основе — 15% раствор соляной кислоты.
Операцию разрыва начинают с закачки сшитой жидкости в пласт под давлением для образования сети трещин. Следующий этап — прокачка кислотного состава. Кислота разъедает породу вдоль направления трещины и образует каналы проводимости. Затем инертный гель проталкивает непрореагировавшую кислоту глубже для увеличения трещин. Закачанная кислота под действием реакции с породой протравливает каналы и нейтрализуется.
В процессе кислотного ГРП созданные трещины не всегда закрепляют проппантом. Кислота выедает стенки полости, и они не могут сомкнуться после снижения давления из-за неровной поверхности. Так образуются каверны — пустоты в горной породе, по которым нефть поступает к призабойной зоне.
Жидкости на нефтяной основе
Готовят такие жидкости на дизельном топливе или сырой нефти. Они эффективны для ГРП в нефтяных скважинах с чувствительными к воде пластами. В составе нет воды, поэтому нефтяная основа предотвращает набухание глин и не повреждает пласт.
Жидкость на основе нефти отличается высокой термостабильностью. Это дает возможность применять ее для гидроразрыва в глубоких скважинах с пластовой температурой до 160°C. Реологические свойства состава можно регулировать, адаптируя жидкость к конкретным условиям пласта. Также для жидкости на нефтяной основе характерна низкая потеря давления в трубах и высокая песконесущая способность.
О том, какие бывают многофазные композиции и в чем их преимущество, расскажем в нашей следующей статье. Подписывайтесь на наш канал, чтобы не пропустить новые материалы!