АНАЛИЗ ЖИДКОСТЕЙ ДЛЯ ГРП

АННОТАЦИЯ

В настоящее время гидравлический разрыв пласта (ГРП) является одним из наиболее эффективных методов интенсификации притока добываемых флюидов трудно-извлекаемых запасов, используемый в низко-проницаемых, слабо-дренируемых, неоднородных и расчлененных коллекторах. После проведения гидравлического разрыва пласта, прежде чем начать добычу, обработка призабойной зоны является важнейшим фактором, связанным с удалением жидкости ГРП и извлечением остатка расклинивающего материала с забоя скважины. Это необходимо для повышения относительной проницаемости и предупреждения препятствия на пути притока углеводородов. К обработке подземных произведенных трещин относятся состав для разрушения жидкостей ГРП. Удаление жидкости ГРП может быть затруднено неполной деструкцией сшитого геля и образованием остаточного значительного количества хлопьевидного осадка, ухудшая проводимость трещины пласта. Данная проблема связывается с рядом причин: - неправильный выбор рецептуры жидкости ГРП; - неправильный выбор деструкторов; - неправильный выбор концентрации деструкторов; - несоблюдение конкретных рабочих условий. Кроме того, использование составляющих агентов в составе жидкости ГРП без воздействия на окружающую среду также заслуживает внимания. Исходя из этого, можно сказать что, правильный выбор типа деструкторов является важным фактором в процессе удаления жидкости ГРП из пласта.

ABSTRACT

Currently, hydraulic fracturing is one of the most effective methods of intensifying the inflow of extracted fluids from hard-to-recover reserves, used in low-permeable, poorly drained, heterogeneous and dismembered reservoirs. After hydraulic fracturing, before starting production, the treatment of the bottom-hole zone is the most important factor associated with the removal of hydraulic fracturing fluid and the extraction of the remaining wedging material from the bottom of the well. This is necessary to increase the relative permeability and prevent obstacles to the flow of hydrocarbons. The treatment of underground cracks produced includes a composition for the destruction of hydraulic fracturing fluids. The removal of hydraulic fracturing fluid may be hindered by incomplete destruction of the crosslinked gel and the formation of a residual significant amount of flake-like sediment, impairing the conductivity of the fractured formation. This problem is associated with a number of reasons: - incorrect choice of hydraulic fracturing fluid formulation; - incorrect selection

Ключевые слова: гидроразрыв пласта, интенсификация добычи нефти, жидкости гидроразрыва.

Keywords: hydraulic fracturing, intensification of oil production, hydraulic fracturing fluids.

Эффективность проведения гидроразрыва пласта (ГРП) в первую очередь зависит от оптимального выбора жидкостей (основы, состава, реагентов) исходя из фильтрационно-емкостных свойств разрабатываемых коллекторов. При воздействии на низкопроницаемые и низкопористые коллекторы нужна возможность оперативно корректировать состав жидкости, а значит, компании-разработчику необходимо иметь современное оборудование для изменения состава и производства систем жидкостей непосредственно на промысле. Задача эффективного создания трещин и каналов, решение проблем, связанных с их закупоркой, предотвращение образования солеотложения и соответственное увеличение притока углеводородов, также решаются верным подбором и применением системы жидкостей для ГРП.

При проведении гидроразрыва пласта (ГРП) применяются различные по своим физическим свойствам жидкости, материалы и добавки.

Существует ряд показателей (физические и химические свойства), которым должна удовлетворять жидкость ГРП:

• Совместимость с материалом пласта
• Способность удерживать проппант во взвешенном состоянии и транспортировать его в образующиеся трещины
• Способность создавать необходимую ширину трещины для закачки в нее проппанта
• Способность удаления жидкости из пласта после проведения грп
• Низкие потери на трение
• Легкость приготовления жидкости в полевых условиях
• Сохранение показателя вязкости на протяжении всех этапов грп
• Экономическая эффективность

Типы жидкостей ГРП

• жидкость разрыва (гель/вода/кислота)
• песконоситель
• продавочная

Жидкость разрыва – основной рабочий агент ГРП, нагнетанием которого создается давление разрыва, позволяющее образовывать или раскрывать имеющиеся в обрабатываемом пласте трещины.

Песконоситель – жидкость, используемая для транспортировки проппанта. Данная жидкость должна иметь определенную пескоудерживающую способность, а также обладать минимальной фильтруемостью.

Продавочная жидкость – используется на заключительной стадии ГРП для продавки в обрабатываемый пласт жидкостей разрыва и песконосителя, оставшихся в НКТ

Жидкости и материалы для ГРП

Рисунок 1. Состав жидкости ГРП

Проппант – перекрывает открытые трещины и позволяет газу или жидкости свободно проникать в ствол скважины (кварцевый песок, кальцинированный боксит, оксид циркония, керамические гранулы).

Кислота – очищает интервалы перфорации от цемента и бурового раствора для закачки жидкости разрыва и обеспечивает доступ к пласту (соляная кислота HCl 3% – 28%).

Брейкер – уменьшает вязкость жидкости с целью более свободного проникновения расклинивающего агента (проппанта) в трещины и повышения извлечения жидкости для гидроразрыва (пероксидисульфат)

Бактерицидные добавки – ингибируют рост организмов, которые могут образовывать газы (в особенности сероводород), также такие добавки предотвращают рост бактерий, которые могут уменьшить способность жидкости переносить проппант в трещины. (Глутаральдегид: 2-бром-2-нитро-1,2-пропандиол)

Буфер / рН-регулирующий агент – регулирует и контролирует pH жидкости, в целях максимизации эффективности других добавок, таких как сшиватели (карбонат натрия или калия, уксусная кислота)

Стабилизатор глин – предотвращает набухание и перенос глинистых частиц, содержащихся в пласте, которые могут блокировать поровое пространство, тем самым снижая проницаемость (например, хлорид тетраметиламмония, хлорид калия).

Ингибитор коррозии – уменьшает образование ржавчины на стальных трубах, обсадной колонне, оборудовании и емкостей с жидкостью. Используется только в жидкостях гидроразрыва, содержащих кислоту. (метанол, бисульфат аммония для поглотителей кислорода)

Сшиватель (Crosslinker)– вязкость жидкости повышается при использовании сложных эфиров фосфатов в сочетании с металлами. Металлы называют сшивающими агентами. Повышенная вязкость жидкости для гидроразрыва позволяет жидкости переносить больше расклинивающего агента в трещины (гидроксид калия, боратные соли)

Понизитель трения – позволяет закачивать жидкости для гидроразрыва с оптимальными скоростями и давлениями, сводя трение к минимуму. (акрилат-акриламидный сополимер натрия, полиакриламид (ПАМ), нефтяные дистилляты)

Желирующий агент – увеличивает вязкость жидкости гидроразрыва, позволяя жидкости переносить больше расклинивающего агента в трещины (гуаровая камедь, нефтяной дистиллят)

Стабилизатор железа – предотвращает осаждение карбонатов и сульфатов (карбонат кальция, сульфат кальция, сульфат бария), которые могут закупорить пласт.

Растворитель – добавка, растворимая в жидкостях в нефти, воде и жидкостях для кислотной обработки, которая используется для контроля смачиваемости контактных поверхностей или для предотвращения появления или разрушения эмульсий (используются различные ароматические углеводороды)

ПАВы – снижают поверхностное натяжение жидкости гидроразрыва, тем самым способствуя извлечению жидкости (используется метанол, изопропанол, этоксилированный спирт)

В настоящее время все большую популярность в технологии гидроразрыва пласта (ГРП) набирают альтернативные жидкости без использования гуаровой смолы. Среди таких жидкостей можно выделить водные растворы вязкоупругих поверхностно-активных веществ (ВУПАВ), которые образуют гели, не уступающие по реологическим свойствам сшитому гуару. Осенью 2020 года были проведены опытно-промышленные работы на основе ВУПАВ «VES-FRAC» и активатора «VES-Link» компании ООО «Промышленная химия». Конкретные преимущества вязкоупругих ПАВ по отношению к гуаровым гелям можно представить в виде сравнительной табл. 1.

Предварительные лабораторные исследования данной жидкости на вязкоупругих ПАВ перед ОПИ проводились по стандартным моделям – стабильность системы при пластовой температуре при 100 с-1 (рис. 2), влияние сдвиговых нагрузок в течение трех циклов (511 и 100 с-1) (рис. 3).

Дополнительно были проведены тесты на статическое оседание проппанта (рис. 4) и разрушение геля при помощи пластовой нефти (рис. 5). В качестве жидкости разрыва применялся состав из 4% ВУПАВ «VES-Frac» и 1% активатора «VES-Link». Параллельно с низкотемпературными скважинами происходил подбор высокотемпературных составов жидкости ГРП на ВУПАВ.

Были проведены аналогичные тесты на стабильность (рис. 6) и оседание проппанта (рис. 7).

Опытно промышленные испытания проходили в Северо-Западном федеральном округе на двух скважинах одного месторождения при пластовой температуре 25 °С. Средний объем закачиваемой смеси составил 140–150 м³, масса проппанта –около 30 т, общее время закачки – 60 минут. На данный момент ведется мониторинг добычи после проведения операции.

Таблица 1

Название таблицы

Рисунок 2. Стабильность геля на основе 4% ВУПАВ «VES-Frac» и 1% активатора «VES-Link» при 25 °С и скорости сдвига 100 с-1 (красный график – вязкость, желтый – темпера тура)

Рисунок 3. Влияние сдвиговых нагрузок на гель – 5 минут при 511 с-1 и 5 минут при 010 с-1 (красный график – вязкость, желтый график – температура)

Рисунок 4. Тест на статическое оседание проппанта при 25 °С

Рисунок 5. Тест на разрушение с нефтью

Рисунок 6. Стабильность геля на основе 8% ВУПАВ «VES-Frac» НТ и 10% активатора при 90 °С и скорости сдвига 100 с-1 (красный график – вязкость, синий график – температура)

Рисунок 7. Тест на статическое оседание проппанта при 90 °С

Заключение

Общепризнанным методом интенсификации добычи является метод ГРП. В мире около 30% прироста добычи получено за счет вовлечения в эксплуатацию низкопроницаемых пластов и трудноизвлекаемых запасов с помощью этого метода. Успех применения ГРП во многом определяется технологическими свойствами рабочих жидкостей, которые служат для транспортировки наполнителя (например, песка) с целью заполнения искусственно созданных трещин в нефтеносном слое. Подавляющее большинство применяемых в настоящее время рабочих жидкостей – это жидкости на водной основе, содержащие в качестве загустителя либо полимер, либо вязкоупругое поверхностно-активное вещество (ПАВ). Высоковязкие жидкости на основе полимеров имеют ряд преимуществ:

- высокую песконесущую способность, позволяющую обеспечить большую концентрацию и размер расклинивающих частиц и увеличить размеры трещины,

- низкую фильтрацию в пласт и малое его повреждение.

Однако, такие жидкости требуют особой прочности труб и повышенной энергии на закачку. Более того, к таким жидкостям необходимо добавлять деструкторы для повышения проницаемости трещин при протекании нефти.

 В свою очередь жидкости на основе вязкоупругих ПАВ не требуют добавления деструктора, так как их вязкость самопроизвольно радикально падает при взаимодействии с пластовыми углеводородами, что обусловлено превращением длинных цилиндрических мицелл ПАВ в капли микроэмульсии. Это свойство практически полностью исключает кольматацию и повреждение коллекторских свойств нефтеносных пластов.

ПАВ также снижают поверхностное натяжение, что улучшает извлечение пластовых флюидов, что особенно важно для тяжёлых нефтей. Достоинствами жидкостей на основе ПАВ являются также малые потери на трение в трубах, большие скорости закачивания и осаждения расклинивающего материала в трещине.

Однако жидкости на основе ПАВ имеют и существенные недостатки: резкое уменьшение вязкости при нагревании, что не позволяет применять их в высокотемпературных скважинах; низкую песконесущую способность, не дающую возможность транспортировать крупные частицы; малую концентрацию расклинивающего агента и невозможность образования широких трещин.

Создание нового типа рабочей жидкости для ГРП, объединяющей преимущества указанных выше систем, является чрезвычайно актуальной задачей, особенно, при добыче малоподвижных высоковязких нефтей.

Список литературы:

1. Самойлов А.С. Анализ результатов ГРП в горизонтальных скважинах месторождений ОАО «Сургутнефтегаз» / А.С Самойлов, А.С. Ушаков // Проблемы геологии и освоения недр: Тр. Междунар. симпозиума им. академика Усова, Томск: ТПУ, 2010. -С. 337-341.  URL: http://ogbus.ru/files/ogbus/authors/Ushakov/Ushakov_1.pdf (дата обращения: 04.09.2023)
2. Каневская Р. Д., «Применение гидравлического разрыва пласта для интенсификации добычи и повышения нефтеотдачи» / — Нефтяное хозяйство. 2002. № 5. С. 96–100. URL: https://vdocuments.site/-568c369e1a28ab023598b5e1.html?page=1 (дата обращения: 01.09.2023)
3. Ушаков А.С. Особенности ГРП в горизонтальных скважинах Быстринского месторождения / А.С Ушаков, А.С. Самойлов // Oil & Gas Journal. - 2010. - № 4. - С. 32-34. URL: https://new-disser.ru/_avtoreferats/01004921258.pdf (дата обращения: 01.09.2023)
4. Ушаков А.С. Анализ эффективности гидравлического разрыва пласта в горизонтальных скважинах месторождений Западной Сибири / А.С Ушаков // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело», 2010. http://www.ogbus.ni/authors/Ushkov/_ 1 .pdf. - 13. (дата обращения: 04.09.2023)
5. Шагалеев Р. К., «Совершенствование технологии гидроразрыва пластов с целью обеспечения стабилизации продуктивности объектов воздействия во времени» / — Нефтепромысловое дело. 2014. № 12. С. 29–34. URL: https://rucont.ru/efd/434165 (дата обращения: 11.09.2023)