Frakturimi hidraulik: llojet, llogaritja dhe procesi teknologjik

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-02 14:02

Frakturimi hidraulik (HF) është një nga masat më efektive gjeologjike dhe teknike, qëllimi i të cilit është intensifikimi i rrjedhës së lëngut formues në puset e prodhimit. Përdorimi i kësaj teknologjie lejon jo vetëm rritjen e rikuperimit të rezervave brenda rrezes së kullimit të pusit, por edhe zgjerimin e kësaj zone, duke rritur rikuperimin përfundimtar të naftës të rezervuarit. Duke pasur parasysh këtë faktor, dizajni i zhvillimit të fushës mund të kryhet me rregullimin e një modeli pusi më të rrallë.

Përshkrim i shkurtër

Esenca e thyerjes hidraulike përshkruhet nga procesi i mëposhtëm:

• rezervuari i nënshtrohet presionit të tepërt (konsumi i lëngjeve të procesit është shumë më i madh se sa mund të absorbohet nga shkëmbinjtë);
• presioni i vrimës së poshtme rritet derisa të tejkalojë sforcimet e brendshme në kolektor;
• shkëmbinjtë grisen në rrafshin me forcën më të vogël mekanike (më shpesh në drejtim të pjerrët ose vertikalisht);
• përsëriplasaritjet e formuara dhe të vjetra shtohen, shfaqet lidhja e tyre me sistemin e poreve natyrale;
• rritet një zonë e përshkueshmërisë së shtuar pranë pusit;
• proppants speciale granulare pompohen në frakturat e zgjeruara për t'i rregulluar ato në gjendje të hapur pasi të hiqet presioni mbi formacionin;
• rezistenca ndaj lëvizjes së lëngut formues bëhet pothuajse zero, si rezultat, shpejtësia e rrjedhës së pusit rritet disa herë.

Gjatësia e thyerjeve në shkëmbinj mund të jetë disa qindra metra, dhe fundi i pusit lidhet me zona të largëta të rezervuarit. Një nga faktorët më të rëndësishëm në efektivitetin e këtij trajtimi është fiksimi i plasaritjes, i cili lejon krijimin e një kanali filtrimi. Megjithatë, produktiviteti i pusit nuk mund të rritet pafundësisht ndërsa madhësia e thyerjes rritet. Ekziston një gjatësi maksimale, mbi të cilën shpejtësia e rrjedhës nuk bëhet më intensive.

Fusha e aplikimit

Kjo teknologji përdoret si për prodhim (rikuperim i përmirësuar i naftës) ashtu edhe për injektim (injektiviteti i rritur), puse horizontale dhe vertikale. Dallohen fushat e mëposhtme të aplikimit të thyerjes hidraulike:

• intensifikimi i shkallës së prodhimit të puseve me një zonë të ndotur fundore në rezervuarë me përshkueshmëri të ndryshme;
• zhvillimi i depozitave heterogjene;
• përmirësimi i lidhjes hidrodinamike të pusit me sistemin e thyerjes natyrore në rezervuar;
• zgjerimi i zonës së hyrjes së lëngut të rezervuarit;
• zhvillimi i rezervuarëve me përshkueshmëri të ulët dhepuse me diferencë të ulët;
• ndryshim në rrjedhat e kullimit në puset e injektimit;
• restaurimi i parametrave të pusit që nuk ndikohen nga metoda të tjera.

Kufijtë për teknologjinë e thyerjes hidraulike janë zonat e gazit-vajit, të cilat karakterizohen nga karakteristikat e mëposhtme:

• konim i shpejtë (tërheqja e ujit të formimit në fund të pusit);
• përparime të papritura të ujit ose gazit në pus;
• rezervuarë të varfëruar me rezerva të ulëta, lente të ngopura me vaj me volum të vogël (për shkak të mospërfitueshmërisë ekonomike).

Më shpesh, thyerja hidraulike përdoret si metodë stimulimi për rezervuarët me përshkueshmëri të mesme dhe të lartë. Për ta faktori kryesor në rritjen e prurjes së lëngut të rezervuarit është gjatësia e thyerjes së formuar dhe në depozitimet me përshkueshmëri të ulët shkëmbi gjerësia e saj.

Frakturim hidraulik: avantazhet dhe disavantazhet

Përparësitë e thyerjes hidraulike janë:

• e aplikueshme për zonat me strukturë të ndryshme gjeologjike;
• ndikim si në të gjithë rezervuarin ashtu edhe në seksionin e tij;
• reduktim efektiv i rezistencës hidraulike në zonën e vrimës së poshtme;
• bashkim i zonave ngjitur me drenazh të dobët;
• lëng pune i lirë (ujë);
• përfitueshmëri të lartë.

Disavantazhet përfshijnë:

• nevoja për furnizime të mëdha me ujë, rërë, kimikate shtesë;
• proces i pakontrolluar i krijimit të një çarje në shkëmb, paparashikueshmëria e mekanizmitplasaritje;
• kur puset me prurje të lartë vihen në punë pas thyerjes hidraulike, mund të përdoret mbështetës nga thyerjet, duke rezultuar në një ulje të shkallës së hapjes së tyre dhe një ulje të shpejtësisë së rrjedhës në muajt e parë pas fillimit. e funksionimit;
• rreziku i derdhjes së pakontrolluar dhe ndotjes së mjedisit.

Variantet e procesit

Metodat e frakturës ndryshojnë në llojin e formimit të frakturës, vëllimin e lëngut dhe substancave mbështetëse të injektuara dhe karakteristika të tjera. Llojet kryesore të thyerjeve hidraulike përfshijnë si më poshtë:

• Sipas zonës së ndikimit në formacion: lokale (gjatësia e thyerjes deri në 20 m) - më e përhapura; depërtues i thellë (gjatësia e thyerjes 80-120 m); me masë (1000 m e më shumë).
• Nga mbulimi i tegelit: i vetëm (ndikimi në të gjitha shtresat dhe shtresat ndërlidhëse); të shumëfishta (për puse që kanë hapur 2 ose më shumë shtresa); intervali (për një rezervuar specifik).
• Metodat speciale: thyerja e acidit; Teknologjia e OST-së - formimi i thyerjeve të shkurtra për të parandaluar përhapjen e tyre në kontaktin ujë-vaj dhe për të zvogëluar volumin e injektimit të substancës (kjo metodë tregon efikasitet të lartë në rezervuarët me rërë); impuls (krijimi i disa frakturave radialisht divergjente në shkëmbinjtë me përshkueshmëri mesatare dhe të lartë për të reduktuar efektin e lëkurës - përkeqësimi i përshkueshmërisë së poreve për shkak të kontaminimit të tyre me grimcat që përmbahen në lëngun e formimit filtrues.

Shumëboshllëk

Frakturimi i shumëfishtë hidraulik kryhet me disa metoda:

1. Së pari, krijohet një çarje duke përdorur teknologjinë konvencionale. Pastaj bllokohet përkohësisht duke injektuar substanca (naftalinë kokrrizore, topa plastike dhe të tjera) që mbyllin vrimat. Pas kësaj, thyerja hidraulike bëhet diku tjetër.
2. Ndarja e zonave kryhet duke përdorur paketues ose porta hidraulike. Për secilin nga intervalet, thyerja hidraulike kryhet sipas skemës tradicionale.
3. Frakturim hidraulik me faza me izolim të secilës zonë bazë me një prizë rëre.

Në seksionet e argjilës, më e efektshmja është krijimi i thyerjeve vertikale, pasi ato lidhin shtresa prodhuese të naftës dhe gazit. Fraktura të tilla krijohen nga veprimi i lëngjeve të pafiltruar ose nga një rritje e shpejtë e shkallës së injektimit.

Përgatitja për thyerje hidraulike

Teknologjia e rezervuarit hidraulik përbëhet nga disa faza. Puna përgatitore është si më poshtë:

1. Studimi i pusit për hyrjen e lëngut formues, aftësinë për të thithur lëngun e punës dhe për të përcaktuar presionin e kërkuar për thyerjen hidraulike.
2. Pastrimi i vrimës së poshtme nga korja e rërës ose argjilës (larje me ujë nën presion, trajtim me acid klorhidrik, perforim me rërë dhe metoda të tjera).
3. Kontrollimi i pusit me një shabllon të veçantë.
4. Zbritje në tubat e pusit për të furnizuar lëngun e punës.
5. Instalimi i paketuesit nën presion dhe spirancave hidraulike për të mbrojtur kafazin.
6. Instalimi i pusitpajisje (kolektor, lubrifikues dhe pajisje të tjera) për lidhjen e njësive të pompimit me tubacionet e injektimit dhe mbylljen e pusit.

Diagrami kryesor i tubacioneve të pajisjeve të procesit gjatë thyerjes hidraulike është paraqitur në figurën më poshtë.

Sekuenca e thyerjes

Teknika dhe teknologjia e thyerjes hidraulike përbëhet nga procedurat e mëposhtme:

1. Tubacionet e injektimit furnizohen me një lëng pune (më shpesh vaj për një pus prodhimi ose ujë për një pus injeksioni).
2. Rrisni presionin e lëngut të thyerjes në vlerën maksimale të projektimit.
3. Kontrollo ngushtësinë e paketuesit (nuk duhet të ketë tejmbushje të lëngut nga unaza).
4. Proppant shtohet në lëngun e punës pasi të ndodhë thyerja hidraulike. Kjo gjykohet nga një rritje e mprehtë e injektivitetit të pusit (rënia e presionit në pompa).
5. Izotopet radioaktive përfshihen në grupin e fundit të materialit për verifikimin e mëpasshëm të zonës së humbjes duke përdorur prerje bërthamore.
6. Furnizoni lëngun shtrydhës me presionin më të lartë për mbështetje të besueshme të çarjeve.
7. Heqja e lëngut të thyerjes nga fundi për të siguruar hyrjen e lëngut formues në gropën e pusit.
8. Çmontoni pajisjet e procesit.
9. Pusi po vihet në punë.

Nëse pusi është relativisht i cekët, atëherë lëngu i punës lejohet të furnizohet përmes tubave të shtresës së jashtme. Është gjithashtu e mundur të kryhet thyerje hidraulike papaketues - përmes tubave të tubave dhe unazës. Kjo redukton humbjet hidraulike për lëngjet shumë viskoze.

Makinat dhe mekanizmat për thyerje hidraulike

Pajisjet e thyerjes hidraulike përfshijnë llojet e mëposhtme të pajisjeve:

• Makineri dhe pajisje tokësore: njësi pompimi (ANA-105, 2AN-500, 3AN-500, 4AN-700 dhe të tjera); impiantet e përzierjes së rërës në shasinë e makinave (ZPA, 4PA, USP-50, Kerui, Lantong dhe të tjerë); autocisternë për transport të lëngjeve (ATsN-8S dhe 14S, ATK-8, Sanji, Xishi dhe të tjerë); tubacionet e puseve (kolektor, pusi, valvola mbyllëse, kolektorë shpërndarës dhe presioni me valvola kontrolli, matës presioni dhe pajisje të tjera).
• Pajisje ndihmëse: agregate për operacionet e fikjes; çikrikë; stacionet e monitorimit dhe kontrollit; kamionë tubash dhe pajisje të tjera.
• Pajisje nëntokësore: paketues për të izoluar formacionin në të cilin është planifikuar thyerja hidraulike nga një pjesë tjetër e vargut të prodhimit; spiranca për të parandaluar ngritjen e pajisjeve nëntokësore për shkak të presionit të lartë; varg tubash.

Lloji i pajisjeve dhe numri i pjesëve të pajisjeve përcaktohen në bazë të parametrave të projektimit të thyerjes hidraulike.

Karakteristikat e projektimit

Formulat bazë të mëposhtme përdoren për të llogaritur thyerjen hidraulike:

1. BHP (MPa) për thyerje hidraulike duke përdorur një lëng të filtruar: p=10^-2KL_c, ku K është një koeficient i zgjedhur nga diapazoni i vlerave 1, 5-1, 8 MPa/m, L _{c – gjatësia e pusit, m.}
2. Presioni i injektimit të lëngut me rërë (për mbështetjen e thyerjeve): p_p =p - ρgL_c + p_t, ku ρ është dendësia e lëngut bartës të rërës, kg/m³, g=9,8 m/s², p _t – humbja e presionit për shkak të fërkimit të lëngut që mbart rërë. Treguesi i fundit përcaktohet nga formula: p_t =8λQ² ρL_c/(πdB₎2 ^B – diametri i brendshëm i tubit.
3. Numri i njësive të pompimit: n=pQ/(p_pQ_pK_T) + 1, ku p_p është presioni i funksionimit të pompës, Q_p është furnizimi i saj në një presion të caktuar, K T- koeficienti i gjendjes teknike të makinës (zgjedhur brenda 0,5-0,8).
4. Sasia e lëngut zhvendosës: V=0, 785d_B²L_c.

Nëse frakturimi hidraulik ndodh duke përdorur rërën si mbështetës, atëherë sasia e saj për 1 operacion supozohet të jetë 8-10 ton, dhe sasia e lëngut përcaktohet me formulën:

V=Q_sC_s, ku Q_s është sasia e rërës, t, C_s – përqendrimi i rërës në 1 m^{3 lëng.}

Llogaritja e këtyre parametrave është e rëndësishme, pasi në një vlerë presioni tepër të lartë gjatë thyerjes hidraulike, lëngu shtrydhet në rezervuar, ndodhin aksidente nëkolona e prodhimit. Përndryshe, nëse vlera është shumë e ulët, thyerja hidraulike do të duhet të ndalet për shkak të pamundësisë për të arritur presionin e kërkuar.

Dizajni i thyerjes bëhet si më poshtë:

1. Përzgjedhja e puseve sipas sistemit ekzistues ose të planifikuar të zhvillimit të terrenit.
2. Përcaktimi i gjeometrisë më të mirë të thyerjes, duke marrë parasysh disa faktorë: përshkueshmëria e shkëmbinjve, rrjeti i pusit, afërsia me kontaktin vaj-ujë.
3. Analiza e karakteristikave fizike dhe mekanike të shkëmbinjve dhe zgjedhja e një modeli teorik për formimin e një çarje.
4. Përcaktimi i llojit të substancës, sasisë dhe përqendrimit.
5. Zgjedhja e një lëngu thyerjeje me veti të përshtatshme reologjike dhe llogaritja e vëllimit të tij.
6. Llogaritja e parametrave të tjerë teknologjikë.
7. Përkufizimi i efikasitetit ekonomik.

Frac Fluids

Lëngjet e punës (zhvendosja, thyerja dhe bartësi i rërës) janë një nga elementët më të rëndësishëm të thyerjes hidraulike. Përparësitë dhe disavantazhet e llojeve të tyre të ndryshme lidhen kryesisht me vetitë reologjike. Nëse më parë përdoreshin vetëm përbërje viskoze me bazë vaji (për të zvogëluar thithjen e tyre nga rezervuari), atëherë një rritje e fuqisë së njësive të pompimit tani ka bërë të mundur kalimin në lëngje me bazë uji me viskozitet të ulët. Për shkak të kësaj, presioni i kokës së pusit dhe humbjet e rezistencës hidraulike në vargun e tubit janë ulur.

Në praktikën botërore, sa vijonLlojet kryesore të lëngjeve hidraulike të thyerjes:

• Ujë me dhe pa mbështetës. Avantazhi i tij është kostoja e ulët. Disavantazhi është thellësia e ulët e depërtimit në rezervuar.
• Trelucione polimer (guar dhe derivatet e tij PPG, CMHPG; celulozë hidroksietil eter, karboksimetil celulozë, çamçakëz xanthan). B, Cr, Ti, Zr dhe metale të tjera përdoren për lidhjen e molekulave. Për sa i përket kostos, polimeret i përkasin kategorisë së mesme. Disavantazhi i lëngjeve të tilla është rreziku i lartë i ndryshimeve negative në rezervuar. Përparësitë përfshijnë një thellësi më të madhe depërtimi.
• Emulsione që përbëhen nga një fazë hidrokarbure (karburant nafte, vaj, kondensatë gazi) dhe ujë (të mineralizuar ose të freskët).
• Xhel hidrokarbure.
• Metanol.
• Dioksid karboni i trashur.
• Sistemet me shkumë.
• Xhel me shkumë, të përbërë nga xhel të ndërlidhur, shkume me azot ose dioksid karboni. Ata kanë një kosto të lartë, por nuk ndikojnë në cilësinë e kolektorit. Përparësi të tjera janë kapaciteti i lartë mbajtës mbajtës dhe vetëshkatërrimi me pak lëng të mbetur.

Për të përmirësuar funksionet e këtyre përbërjeve, përdoren aditivë të ndryshëm teknologjikë:

• surfaktantë;
• emulsifikues;
• lidhje reduktuese të fërkimit të lëngjeve;
• shkumëzues;
• aditivë që ndryshojnë aciditetin;
• stabilizues termik;
• aditivë baktericid dhe antikoroziv dhe të tjerë.

Karakteristikat kryesore të lëngjeve të thyerjes hidraulike përfshijnë:

• kërkohet viskozitet dinamik për të hapur një çarje;
• vetitë e infiltrimit që përcaktojnë humbjen e lëngjeve;
• aftësia për të mbajtur lëndë mbështetëse pa dalë para kohe nga tretësira;
• qëndrueshmëri në prerje dhe temperaturë;
• përputhshmëri me reagentë të tjerë;
• aktivitet korroziv;
• jeshile dhe e sigurt.

Lëngjet me viskozitet të ulët kërkojnë injektim të një vëllimi më të madh për të arritur presionin e kërkuar në rezervuar, dhe lëngjet me viskozitet të lartë kërkojnë më shumë presion të zhvilluar nga pajisjet e pompimit, pasi ndodhin humbje të konsiderueshme në rezistencën hidraulike. Lëngjet më viskoze karakterizohen gjithashtu nga filtrim më i ulët në shkëmbinj.

Materialet Mbështetës

Proppants, ose proppant më të përdorura, janë:

• Rërë kuarci. Një nga materialet natyrore më të zakonshme, dhe për këtë arsye kostoja e tij është e ulët. Rregullon çarjet në kushte të ndryshme gjeologjike (universale). Madhësia e kokrrave të rërës për thyerje hidraulike zgjidhet 0,5-1 mm. Përqendrimi në lëngun mbajtës të rërës varion midis 100-600 kg/m3. Në shkëmbinjtë e karakterizuar nga thyerje të forta, konsumi i materialit mund të arrijë disa dhjetëra tonë për 1 pus.
• boksite (oksid alumini Al₂O_{3). Avantazhi i këtij lloji mbështetës është forca e tij më e madhe në krahasim me rërën. Prodhuar ngathërrmimi dhe pjekja e mineralit të boksitit.}
• Oksid zirkonium. Ka veti të ngjashme me llojin e mëparshëm të mbështetësit. Përdoret gjerësisht në Evropë. Një disavantazh i zakonshëm i materialeve të tilla është kostoja e tyre e lartë.
• granula qeramike. Për thyerjen hidraulike, përdoren granula me madhësi nga 0,425 deri në 1,7 mm. Ata i përkasin propantëve me forcë të mesme. Trego efikasitet të lartë ekonomik.
• Mermere qelqi. Përdorur më parë për puse të thella, tani pothuajse plotësisht i zëvendësuar nga boksite më të lirë.

Frakturim acid

Thelbi i thyerjes hidraulike acid është se në fazën e parë krijohet një thyerje artificialisht (ashtu si në teknologjinë konvencionale të thyerjes hidraulike), dhe më pas acidi pompohet në të. Ky i fundit reagon me shkëmbin, duke krijuar kanale të gjata që rrisin përshkueshmërinë e rezervuarit në zonën e vrimës së poshtme. Si rezultat, faktori i rikuperimit të naftës nga pusi rritet.

Ky lloj procesi i thyerjes hidraulike është veçanërisht efektiv për formacionet karbonate. Sipas studiuesve, më shumë se 40% e rezervave të naftës në botë janë të lidhura me këtë lloj rezervuari. Teknika dhe teknologjia e thyerjes hidraulike në këtë rast ndryshon pak nga ato të përshkruara më sipër. Pajisja është prodhuar në dizajn rezistent ndaj acidit. Frenuesit (formalin, unikol, urotropin dhe të tjerë) përdoren gjithashtu për të mbrojtur makinat nga korrozioni.

Llojet e thyerjes së acidit janë trajtime me dy faza duke përdorur materiale të tilla si:

• përbërjet polimer (PAA, PVC, gipan dhetë tjerët);
• përbërjet e lateksit (SKMS-30, ARC);
• stiren;
• rrëshira (BNI-5, TSD-9, TS-10).

Si tretës acidë, përdoret një tretësirë e acidit klorhidrik 15%, si dhe kompozime speciale (SNPKh-9010, SNPKh-9633 dhe të tjera).

Llojet e thyerjes së acidit janë trajtime me dy faza duke përdorur materiale të tilla si:

• përbërjet polimer (PAA, PVV, gipan dhe të tjerët);
• përbërjet e lateksit (SKMS-30, ARC);
• stiren;
• rrëshira (BNI-5, TSD-9, TS-10).

Si tretës acidë, përdoret një tretësirë e acidit klorhidrik 15%, si dhe kompozime speciale (SNPKh-9010, SNPKh-9633 dhe të tjera).