Hidraulinis ardymas: tipai, skaičiavimas ir technologinis procesas

2024 Autorius: Howard Calhoun | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-02 13:59

Hidraulinis ardymas (HF) – viena efektyviausių geologinių ir techninių priemonių, kurios tikslas – suintensyvinti formavimo skysčio tekėjimą į gamybinius gręžinius. Šios technologijos naudojimas leidžia ne tik padidinti atsargų atgavimą gręžinio drenažo spinduliu, bet ir išplėsti šį plotą, padidinant galutinį rezervuaro naftos išgavimą. Atsižvelgiant į šį veiksnį, lauko plėtros projektavimas gali būti atliktas naudojant retesnį šulinio modelį.

Trumpas aprašymas

Hidraulinio ardymo esmė apibūdinama tokiu procesu:

• rezervuaras yra veikiamas per didelio slėgio (proceso skysčio suvartojimas yra daug didesnis, nei jį gali sugerti akmenys);
• slėgis angoje didėja tol, kol viršija vidinius kolektoriaus įtempius;
• akmenys plyšta mažiausio mechaninio stiprumo plokštumoje (dažniausiai įstrižai arba vertikaliai);
• vėlsusiformuoja ir didėja seni įtrūkimai, atsiranda jų ryšys su natūralia porų sistema;
• padidėjusio pralaidumo zona šalia šulinio padidėja;
• specialūs granuliuoti atraminiai elementai (proppantai) pumpuojami į išsiplėtusius lūžius, kad juos fiksuotų atviroje būsenoje, pašalinus spaudimą dariniui;
• atsparumas formavimo skysčio judėjimui tampa beveik nulinis, todėl šulinio srautas padidėja kelis kartus.

Uolienų įtrūkimų ilgis gali siekti kelis šimtus metrų, o šulinio dugnas susijungia su atokiomis rezervuaro vietomis. Vienas iš svarbiausių šio gydymo efektyvumo faktorių yra įtrūkimo fiksavimas, leidžiantis sukurti filtravimo kanalą. Tačiau gręžinio našumas negali didėti neribotai, nes didėja lūžių dydis. Yra maksimalus ilgis, kurį viršijus srautas netampa intensyvesnis.

Taikymo sritis

Ši technologija naudojama tiek gamyboje (patobulintas naftos atgavimas), tiek įpurškimui (padidintas įpurškimas), horizontaliems ir vertikaliems gręžiniams. Išskiriamos šios hidraulinio ardymo taikymo sritys:

• skirtingo pralaidumo rezervuaruose gręžinių su užterštos dugno duobės zona gavybos intensyvumo didinimas;
• nevienalyčių telkinių plėtra;
• gerinti hidrodinaminį šulinio sujungimą su natūralia rezervuaro plyšių sistema;
• rezervuaro skysčio įtekėjimo zonos išplėtimas;
• žemo pralaidumo rezervuarų plėtra irmažo krašto šuliniai;
• siurbimo srautų pasikeitimas įpurškimo šuliniuose;
• gręžinių parametrų, kuriems nedaro įtakos kiti metodai, atkūrimas.

Hidraulinio ardymo technologijos ribos yra gazolio zonos, kurioms būdingos šios savybės:

• greitasis kūgimas (traukdamas formavimo vandenį į šulinio dugną);
• staigus vandens ar dujų patekimas į gręžinį;
• išeikvoti rezervuarai su mažomis atsargomis, alyva prisotinti mažo tūrio lęšiai (dėl ekonominio nuostolingumo).

Dažniausiai hidraulinis ardymas naudojamas kaip vidutinio ir didelio pralaidumo rezervuarų stimuliavimo metodas. Jiems pagrindinis veiksnys, didinantis rezervuaro skysčio pritekėjimą, yra susidariusio lūžio ilgis, o žemo uolienų pralaidumo telkiniuose – jo plotis.

Hidraulinis ardymas: privalumai ir trūkumai

Hidraulinio ardymo pranašumai yra šie:

• taikoma skirtingos geologinės struktūros vietovėms;
• poveikis tiek visam rezervuarui, tiek jo atkarpai;
• efektyvus hidraulinio pasipriešinimo sumažinimas apatinės skylės zonoje;
• blogai nusausintų gretimų vietovių bendrija;
• pigus darbinis skystis (vanduo);
• didelis pelningumas.

Trūkumai:

• didelių vandens, smėlio, papildomų cheminių medžiagų atsargų poreikis;
• nekontroliuojamas plyšio uoloje susidarymo procesas, mechanizmo nenuspėjamumasįtrūkimai;
• kai po hidraulinio ardymo pradedami eksploatuoti gręžiniai su dideliu debitu, iš įtrūkimų galima ištraukti atramą, todėl pirmaisiais mėnesiais po paleidimo sumažėja jų atsidarymo laipsnis ir sumažėja debitas operacijos;
• nekontroliuojamo snapelio ir aplinkos taršos rizika.

Proceso variantai

Lūžimo metodai skiriasi lūžių formavimosi tipu, įpurškiamų skysčių ir atraminių medžiagų kiekiu ir kitomis savybėmis. Pagrindiniai hidraulinio ardymo tipai yra šie:

• Pagal poveikio dariniui plotą: vietinis (lūžio ilgis iki 20 m) – labiausiai paplitęs; giliai prasiskverbiantis (lūžio ilgis 80-120 m); masė (1000 m ir daugiau).
• Pagal siūlės aprėptį: viena (poveikis visoms siūlėms ir tarpsluoksniams); daugkartinis (šuliniams, kurie atidarė 2 ar daugiau sluoksnių); intervalas (konkrečiam rezervuarui).
• Specialūs metodai: rūgštinis ardymas; PSO technologija - trumpų plyšių formavimas, siekiant užkirsti kelią jų plitimui į vandens-alyvos kontaktą ir sumažinti atramos įpurškimo tūrį (šis metodas rodo didelį efektyvumą smėlėtuose rezervuaruose); impulsas (keleto radialiai besiskiriančių plyšių susidarymas vidutinio ir didelio pralaidumo uolienose, siekiant sumažinti odos efektą – porų pralaidumo pablogėjimas dėl jų užteršimo dalelėmis, esančiomis filtravimo formavimo skystyje.

Kelitarpas

Daugelis hidraulinis ardymas atliekamas keliais būdais:

1. Pirma, įtrūkimas sukuriamas naudojant įprastą technologiją. Tada laikinai užkemšama suleidžiant medžiagas (granuliuotą naftaliną, plastikinius rutuliukus ir kt.), kurios uždaro skylutes. Po to hidraulinis ardymas atliekamas kitur.
2. Zonų atskyrimas atliekamas naudojant tankintuvus arba hidraulinius vartus. Kiekvienu intervalu hidraulinis ardymas atliekamas pagal tradicinę schemą.
3. Laipsinis hidraulinis ardymas su kiekvienos apatinės zonos izoliacija smėlio kamščiu.

Molio sekcijose efektyviausias yra vertikalių plyšių sukūrimas, nes jie jungia produktyvius naftos ir dujų tarpsluoksnius. Tokie lūžiai atsiranda veikiant nefiltruojamiems skysčiams arba greitai padidėjus įpurškimo greičiui.

Paruošimas hidrauliniam ardymui

Hidraulinio rezervuaro technologija susideda iš kelių etapų. Parengiamasis darbas yra toks:

1. Sulinio formavimo skysčio įtekėjimo, gebėjimo sugerti darbinį skystį ir nustatyti hidrauliniam ardymui reikalingą slėgį tyrimas.
2. Dugno angos valymas nuo smėlio ar molio plutos (plovimas slėgiu vandeniu, apdorojimas druskos rūgštimi, perforavimas hidrosmėliasrove ir kiti metodai).
3. Šulinio tikrinimas naudojant specialų šabloną.
4. Nusileiskite į gręžinio vamzdžius, kad paduotų darbinį skystį.
5. Slėginio tankintuvo ir hidraulinių inkarų montavimas, siekiant apsaugoti korpusą.
6. Šulinio galvutės montavimasįranga (kolektorius, tepimo įtaisas ir kiti įtaisai), skirti prijungti siurbimo įrenginius prie įpurškimo vamzdynų ir sandarinti šulinį.

Pagrindinė proceso įrangos vamzdynų schema hidraulinio ardymo metu parodyta paveikslėlyje žemiau.

Lūžimo seka

Hidraulinio ardymo techniką ir technologiją sudaro šios procedūros:

1. Įpurškimo vamzdžiai tiekiami su darbiniu skysčiu (dažniausiai alyva gamybiniam gręžiniui arba vandeniu įpurškimo šuliniui).
2. Padidinkite ardymo skysčio slėgį iki didžiausios projektinės vertės.
3. Patikrinkite tankintuvo sandarumą (neturi būti skysčio pertekėjimo iš žiedo).
4. Po hidraulinio trūkimo į darbinį skystį įpilama atraminės medžiagos. Tai vertinama pagal staigų gręžinio įpurškimo padidėjimą (slėgio kritimą siurbliuose).
5. Radioaktyvieji izotopai yra įtraukti į paskutinę propanto partiją, kad vėliau būtų galima patikrinti praradimo zoną naudojant branduolinį registravimą.
6. Pateikite didžiausio slėgio išspaudimo skystį, kad užtikrintumėte patikimą įtrūkimų atramą.
7. Ardymo skysčio pašalinimas iš apačios, kad susidarymo skystis patektų į gręžinį.
8. Išardykite proceso įrangą.
9. Šulinys pradedamas eksploatuoti.

Jei šulinys yra gana seklus, darbinį skystį leidžiama tiekti per korpuso vamzdžius. Taip pat galima atlikti hidraulinį ardymą betankintuvas - per vamzdinius vamzdžius ir žiedą. Tai sumažina labai klampių skysčių hidraulinius nuostolius.

Mašinos ir mechanizmai hidrauliniam ardymui

Hidraulinė ardymo įranga apima šių tipų įrangą:

• Žemės mašinos ir įrenginiai: siurbimo įrenginiai (ANA-105, 2AN-500, 3AN-500, 4AN-700 ir kiti); smėlio maišymo įrenginiai ant automobilių važiuoklės (ZPA, 4PA, USP-50, Kerui, Lantong ir kt.); autocisternos skysčiams gabenti (ATsN-8S ir 14S, ATK-8, Sanji, Xishi ir kt.); šulinio galvutės vamzdynai (kolektorius, šulinio galvutė, uždarymo vožtuvai, paskirstymo ir slėgio kolektoriai su atbuliniais vožtuvais, slėgio matuokliai ir kita įranga).
• Pagalbinė įranga: agregatai išjungimo operacijoms; gervės; stebėjimo ir valdymo stotys; vamzdžių sunkvežimiai ir kita įranga.
• Požeminė įranga: tankintuvai, skirti izoliuoti darinį, kuriame planuojamas hidraulinis ardymas, nuo kitos gamybos linijos dalies; inkarai, neleidžiantys požeminei įrangai pakilti dėl didelio slėgio; vamzdžių eilutė.

Įrangos tipas ir įrangos vienetų skaičius nustatomi pagal projektinius hidraulinio ardymo parametrus.

Dizaino charakteristikos

Šios pagrindinės formulės naudojamos hidrauliniam ardymui apskaičiuoti:

1. BHP (MPa) hidrauliniam ardymui naudojant filtruotą skystį: p=10^-2KL_c, kur K yra koeficientas, pasirinktas iš reikšmių diapazono 1, 5-1, 8 MPa/m, L _{c – šulinio ilgis, m.}
2. Skysčio su smėliu įpurškimo slėgis (atraminiam įtrūkimui): p_p =p - ρgL_c + p_t, kur ρ yra smėlio nešiklio skysčio tankis, kg/m³, g=9,8 m/s², p _t – slėgio praradimas dėl smėlį nešančio skysčio trinties. Paskutinis rodiklis nustatomas pagal formulę: p_t =8λQ² ρL_c/(πdB₎2 ^B – vamzdžio vidinis skersmuo.
3. Siurbimo įrenginių skaičius: n=pQ/(p_pQ_pK_T) + 1, kur p_p yra siurblio darbinis slėgis, Q_p yra jo tiekimas esant tam tikram slėgiui, K T- mašinos techninės būklės koeficientas (pasirinkta per 0,5-0,8).
4. Tūrinio skysčio kiekis: V=0, 785d_B²L_c.

Jei vyksta hidraulinis ardymas naudojant smėlį kaip atramą, manoma, kad jo kiekis per 1 operaciją yra 8-10 tonų, o skysčio kiekis nustatomas pagal formulę:

V=Q_sC_s, kur Q_s yra smėlio kiekis, t, C_s – smėlio koncentracija 1 m^{3 skystyje.}

Šių parametrų apskaičiavimas yra svarbus, nes esant per dideliam slėgiui hidraulinio ardymo metu skystis išspaudžiamas į rezervuarą, įvyksta avarijos.gamybos kolona. Priešingu atveju, jei vertė yra per maža, hidraulinį ardymą reikės sustabdyti, nes nepavyks pasiekti reikiamo slėgio.

Skilimo dizainas atliekamas taip:

1. Šulinių parinkimas pagal esamą arba planuojamą lauko plėtros sistemą.
2. Geriausios lūžių geometrijos nustatymas, atsižvelgiant į kelis veiksnius: uolienų pralaidumą, šulinių tinklelį, naftos ir vandens kontakto artumą.
3. Uolienų fizinių ir mechaninių charakteristikų analizė ir teorinio plyšio susidarymo modelio pasirinkimas.
4. Atraminės medžiagos tipo, kiekio ir koncentracijos nustatymas.
5. Tinkamų reologinių savybių turinčio ardymo skysčio parinkimas ir jo tūrio apskaičiavimas.
6. Kitų technologinių parametrų skaičiavimas.
7. Ekonominio efektyvumo apibrėžimas.

Frac Fluids

Darbiniai skysčiai (išstūmimas, skaldymas ir smėlio nešiklis) yra vienas iš svarbiausių hidraulinio ardymo elementų. Įvairių jų tipų privalumai ir trūkumai pirmiausia susiję su reologinėmis savybėmis. Jei anksčiau buvo naudojamos tik klampios aliejaus pagrindu pagamintos kompozicijos (siekiant sumažinti jų absorbciją rezervuare), tai padidėjus siurbimo agregatų galiai dabar buvo galima pereiti prie mažo klampumo vandens pagrindu pagamintų skysčių. Dėl šios priežasties sumažėjo gręžinio galvutės slėgio ir hidraulinio pasipriešinimo nuostoliai vamzdelių grandinėje.

Pasaulinėje praktikoje taippagrindiniai hidraulinio ardymo skysčių tipai:

• Vanduo su atraminėmis medžiagomis ir be jų. Jo pranašumas yra maža kaina. Trūkumas yra mažas įsiskverbimo į rezervuarą gylis.
• Polimeriniai tirpalai (guaras ir jo dariniai PPG, CMHPG; celiuliozės hidroksietilo eteris, karboksimetilceliuliozė, ksantano derva). B, Cr, Ti, Zr ir kiti metalai naudojami molekulėms surišti. Kalbant apie kainą, polimerai priklauso vidutinei kategorijai. Tokių skysčių trūkumas yra didelė neigiamų pokyčių rezervuare rizika. Privalumai apima didesnį įsiskverbimo gylį.
• Emulsijos, sudarytos iš angliavandenilių fazės (dyzelino, alyvos, dujų kondensato) ir vandens (mineralizuoto arba šviežio).
• Angliavandenilių geliai.
• Metanolis.
• Sutirštėjęs anglies dioksidas.
• Putos sistemos.
• Putų geliai, sudaryti iš susietų gelių, azoto arba anglies dioksido putų. Jie turi didelę kainą, tačiau neturi įtakos kolektoriaus kokybei. Kiti pranašumai yra didelė atramos keliamoji galia ir savaiminis sunaikinimas, kai lieka nedaug skysčio.

Šių junginių funkcijoms pagerinti naudojami įvairūs technologiniai priedai:

• paviršinio aktyvumo medžiagos;
• emulsikliai;
• skysčių trintį mažinančios jungtys;
• putotojai;
• rūgštingumą keičiantys priedai;
• terminiai stabilizatoriai;
• baktericidiniai ir antikoroziniai priedai ir kiti.

Pagrindinės hidraulinio ardymo skysčių charakteristikos:

• dinaminis klampumas, reikalingas plyšiui atidaryti;
• infiltracijos savybės, lemiančios skysčių praradimą;
• gebėjimas nešiotis atramą, jam per anksti nenusėdus iš tirpalo;
• šlyties ir temperatūros stabilumas;
• suderinamumas su kitais reagentais;
• ėsdinanti veikla;
• žalias ir saugus.

Mažo klampumo skysčiams reikia įpurkšti didesnį tūrį, kad būtų pasiektas reikiamas slėgis rezervuare, o didelio klampumo skysčiams reikalingas didesnis slėgis, kurį sukuria siurbimo įranga, nes labai sumažėja hidraulinis pasipriešinimas. Klampesni skysčiai taip pat pasižymi mažesniu filtruojamumu uolienose.

Atraminės medžiagos

Dažniausiai naudojami pakreiptuvai arba proppantai yra:

• Kvarcinis smėlis. Viena iš labiausiai paplitusių natūralių medžiagų, todėl jos kaina yra maža. Taiso įtrūkimus įvairiomis geologinėmis sąlygomis (universalus). Smėlio grūdelių dydis hidrauliniam ardymui parenkamas 0,5-1 mm. Koncentracija smėlio nešiklio skystyje svyruoja tarp 100-600 kg/m3. Uolienose, kurioms būdingas stiprus skilimas, medžiagos suvartojimas gali siekti kelias dešimtis tonų 1 šulinyje.
• Boksitai (aliuminio oksidas Al₂O_{3). Šio tipo atramos pranašumas yra didesnis stiprumas, palyginti su smėliu. Gamintojasboksito rūdos smulkinimas ir skrudinimas.}
• Cirkonio oksidas. Jis turi panašių savybių kaip ir ankstesnio tipo atramos. Plačiai naudojamas Europoje. Dažnas tokių medžiagų trūkumas yra didelė jų kaina.
• Keraminės granulės. Hidrauliniam ardymui naudojamos nuo 0,425 iki 1,7 mm dydžio granulės. Jie priklauso vidutinio stiprumo propantams. Parodykite didelį ekonominį efektyvumą.
• Stiklo rutuliukai. Anksčiau buvo naudojamas giluminiams gręžiniams, dabar beveik visiškai pakeistas pigesniais boksitais.

Rūgščių skilimas

Rūgščio hidraulinio ardymo esmė ta, kad pirmajame etape dirbtinai sukuriamas lūžis (kaip ir įprastoje hidraulinio ardymo technologijoje), o po to į jį pumpuojama rūgštis. Pastaroji reaguoja su uoliena, sukurdama ilgus kanalus, kurie padidina rezervuaro pralaidumą dugno skylių zonoje. Dėl to padidėja naftos išgavimo iš gręžinio koeficientas.

Šis hidraulinio ardymo procesas ypač efektyvus karbonatinėms formoms. Tyrėjų teigimu, daugiau nei 40% pasaulio naftos atsargų yra susijusi su tokio tipo rezervuarais. Hidraulinio ardymo technika ir technologija šiuo atveju šiek tiek skiriasi nuo aprašytų aukščiau. Įranga pagaminta rūgštims atsparios konstrukcijos. Inhibitoriai (formalinas, unikolis, urotropinas ir kiti) taip pat naudojami mašinoms apsaugoti nuo korozijos.

Rūgštinio ardymo tipai yra dviejų etapų apdorojimas naudojant tokias medžiagas kaip:

• polimeriniai junginiai (PAA, PVC, gipan irkiti);
• latekso junginiai (SKMS-30, ARC);
• stirenas;
• dervos (BNI-5, TSD-9, TS-10).

Kaip rūgštiniai tirpikliai, naudojamas 15 % druskos rūgšties tirpalas, taip pat specialios kompozicijos (SNPKh-9010, SNPKh-9633 ir kt.).

Rūgštinio ardymo tipai yra dviejų etapų apdorojimas naudojant tokias medžiagas kaip:

• polimeriniai junginiai (PAA, PVV, gipan ir kiti);
• latekso junginiai (SKMS-30, ARC);
• stirenas;
• dervos (BNI-5, TSD-9, TS-10).

Kaip rūgštiniai tirpikliai, naudojamas 15 % druskos rūgšties tirpalas, taip pat specialios kompozicijos (SNPKh-9010, SNPKh-9633 ir kt.).