Материалы, применяемые при гидроразрыве

Материалы, используемые в процессе гидроразрыва пласта, включают жидкости разрыва, добавки к жидкостям и проппанты. Жидкость и добавки действуют совместно, во-первых, для создания гидравлической трещины, и во-вторых, для транспортировки проппанта в трещину. Когда проппант размещен в трещине и задержан напряжениями в недрах («смыкание трещины»), жидкость-носитель и добавки разлагаются на месте и/или вымываются из трещины добываемым флюидом («очистка трещины»), и в пласте создается желаемый высокопродуктивный путь движения флюидов.

Проппанты и химреагенты составляют значительную долю затрат на обработку скважины. Относительную стоимость материалов гидроразрыва и расходов на закачку для гидроразрывов, выполняемых в США, оценивают следующим образом: 45 процентов на закачку (аренда насосного оборудования и эксплуатационные расходы), 25 процентов на проппанты, 20 процентов на химреагенты и 10 процентов на кислоту.

Материалы и проппанты, используемые при гидроразрыве, претерпели огромные изменения с тех времен, когда был выполнен первый коммерческий гидроразрыв в 1949 г. с несколькими мешками песка и загущенным бензином в качестве жидкости-носителя.

Жидкости разрыва

Жидкость разрыва (рабочая жидкость) передает от насосов к породе гидравлическое давление, которое создает трещину, а затем транспортирует проппант (отсюда и название «жидкость-носитель») в трещину. Затем проникающие в пласт жидкости удаляются (или вычищаются) из породы, позволяя вести добычу углеводородов. Факторы, которые необходимо рассматривать при выборе жидкости, включают доступность, безопасность, легкость смешивания и использования, вязкостные характеристики, совместимость с пластом-коллектором, возможность удаления из трещины, а также стоимость.

Жидкости разрыва можно классифицировать как (1) жидкости на нефтяной или водной основе, обычно «сшитые» для обеспечения необходимой вязкости, (2) смеси нефти и воды, называемые эмульсиями и (3) вспененные системы на нефтяной и водной основе, содержащие азот или углекислый газ. В 1950-х годах использовались почти исключительно жидкости на нефтяной основе. К 1990-м годам более 90 процентов жидкостей разрыва составляли сшитые полимерные системы на водной основе. В настоящее время системы с азотом (N₂) и двуокисью углерода (CO₂) в жидкостях на водной основе используются примерно в 25 процентах работ по гидроразрыву.

В таблице 6-1 перечислены наиболее распространенные жидкости в порядке частоты применения в настоящее время. Выбор метода сшивания полимера основан на способности жидкости создавать высокую вязкость, отвечая в то же время требованиям по стоимости и другим эксплуатационным требованиям.

Вязкость является, пожалуй, самым важным свойством жидкости разрыва. Гуаровая смола, добываемая из растения гуар, — самый распространенный загуститель, применяемый для создания вязкости. Применяются также производные гуара, называемые гидроксипропилгуар (ГПГ) и карбоксиметил-гидрокиспропилгура (КМГПГ), так как они обеспечивают малый нерастворимый остаток, более быстрое набухание, а также определенные реологические преимущества. Например, если гуар сшитый (созданы поперечные связи между полимерными цепочками), требуется меньшее количество загустителя.

Гуаровая основа или производное гуара обрабатывается металлом, который соединяет («сшивает») многочисленные молекулярные цепочки загущающего полимера. Сшивание эффективно увеличивает размер молекул базового гуарового полимера, увеличивая вязкость в диапазоне скоростей сдвига, важном для гидроразрыва в 5 — 100 раз. В качестве сшивающего элемента часто используется бор (В), за которым следуют металлоорганические сшиватели, такие как соединения циркония (Zr) и титана (Ti), и в меньшей мере сурьмы (Sb) и алюминия (Al).

Пены особенно полезны в коллекторах, чувствительных к воде или в истощенных пластах (с низким пластовым давлением) [Chambers, 1994]. Их применение минимизирует повреждение поверхности трещины и облегчает очистку скважины после обработки.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: