Сланцевый газ. Гидроразрыв пласта

добыча сланцевого газа, сланцевая добыча, жидкость для гидроразрыва пласта

Технология добычи сланцевого газа: основные химические вещества для ГРП 

Цель гидроразрыва пласта  (ГРП) – увеличение производительности скважины путем изменения контура потока в пласте около ствола скважины. А для добычи сланцевого газа этот метод является единственным для промышленного извлечения газа из насыщенных им плотных пластов сланца.

Трещина создается путем закачки жидкостей подходящего состава в пласт со скоростью, превышающей ее поглощение пластом. Давление жидкости возрастает, пока не будут превзойдены внутренние напряжения в породе.

Для получения большего  эффекта, трещины  должны  обладать более высокой гидропроницаемостью,  нежели пласт. Поэтому, как только развитие трещины началось, в жидкость добавляется расклинивающий материал – проппант (гранулированный расклинивающий агент), переносимый жидкостью в трещину. После завершения процесса гидроразрыва и сброса давления проппант удерживает трещину открытой и, следовательно, проницаемой для пластовых жидкостей и газов.

Характерные особенности технологии ГРП

  • суммарное время выполнения ГРП 5-10 дней;
  • средний расход закачки смеси может составлять до 20 куб. м/мин;
  • выполнение поинтервального ГРП (до 30 зон ГРП на один ствол) – многоэтапный ГРП;
  • концентрация проппанта (песка) может составлять до 1000 кг/м. куб.
  • средняя закрепленная длина трещины – до 300 м.

За период в 30 минут от 17000 литров до 57000 литров жидкости для гидроразрыва , как правило, транспортируют и размещают примерно от 5т до 11,35 т проппанта в трещину. По данным открытой информации сервисной компании Chesapeaкe в среднем в скважину вертикальной глубиной 2500 метров закачивается от 4 000 т до 17 282 тонн воды, от 700 т до 900 т песка.. Общий объем жидкости для ГРП в среднем от 4 200 до 6 238 тонн.

Например, при 10-ти этапном ГРП в Полтавской области, проводимом сервисной компанией «JKX Oil & GAS plc», общий объем жидкости составил 4 600 т, проппанта – 123т.

Жидкость для ГРП

Трещиноформирующая жидкость является наиболее важным компонентом при гидроразрыве. Ведь она должна вызывать наименьшее нарушение потенциально возможных эксплуатационных параметров продуктивного пласта. Для успешной интенсификации притока пластовых газов, жидкость гидроразрыва должна обладать определенными физико-химическими свойствами. При этом очень важны реологические параметры технологических растворов.

Жидкость для гидроразрыва выполняет ряд функций и главной ее задачей является вскрытие трещин и транспортировка абразивного компонента вдоль трещин. В связи с этим, она должна удовлетворять следующим условиям:

  1. Быть достаточно вязкой, чтобы создать трещину необходимой ширины.
  2. Обеспечивать максимальную текучесть жидкости для увеличения длины трещины.
  3. Иметь специальные структурно-реологические свойства для транспортировки больших объемов проппанта в трещину.
  4. Требовать минимального количества гелеобразователя, чтобы обеспечить более легкое разгеливание и снижение себестоимости.
  5. Иметь низкое трение при закачке.
  6. Иметь термобарическую стойкость, выражающуюся в сохранении высоких реологических параметров в забойных условиях.
  7. Обеспечивать адекватный контроль потерь.
  8. Обеспечивать эффективный гидроразрыв.
  9. Безопасность в экологическом отношении и подвергаться очистке.
  10. Иметь невысокую стоимость и др.

В идеальном варианте технологическая жидкость должна быть эффективной на протяжении всей операции ГРП.  Достигается это путем сочетания (в начале) высокой вязкости жидкости с добавлением химреагентов, снижающими показатель фильтрации, повышенными  песконесущими способностями, а также регулируемой в сторону понижения вязкости (по окончании) за счет специальных реагентов — разгелевателей — брейкеров). В среднем 98% технологической жидкости составляет вода с проппантом. Ниже в таблице 1 приведен список химических веществ, используемых наиболее часто.

Для обработки высокотемпературных скважин жидкость гидроразрыва должна быть термостабильной, т.е.  при термодеструкции она не должна быстро терять свою вязкость.

На основе характеристик пласта сервисные компании разрабатывают наиболее эффективные схемы ГРП, используя эффективные комбинации жидкостей гидроразрыва.

Основными категориями жидкости являются:

• гелеобразные жидкости, включая линейные или сшитые гели.

• вспененные гели;

• простая вода и водный раствор хлорида калия (KCl );

• кислоты;

• комбинации (любая комбинация из 2 или более вышеупомянутых жидкостей).

В настоящее время для процессов гидроразрыва используются жидкости на водной и нефтяной основе. Жидкости разрыва на водной основе используются сегодня в большинстве обработок. Хотя это было не так: в первые годы гидроразрывов жидкости на нефтяной основе использовались фактически на всех обработках.

Водные жидкости имеют ряд преимуществ над жидкостью на нефтяной основе:

  1. Они экономичнее. Базовый компонент – вода намного дешевле, чем нефть, конденсат, метанол и кислота.
  2. Жидкости на водной основе дают больший гидростатический эффект чем нефть, газ и метанол.
  3. Эти жидкости невоспламеняемы, следовательно, они не взрывоопасны.
  4. Жидкости на водной основе легкодоступны.
  5. Этот тип жидкости легче контролируется и загущаются.

Хотя существуют десятки химических веществ, которые могут быть использованы в качестве добавок, существует ограниченное число, которое обычно используют при гидравлическом разрыве пласта (таблица 2). 

                                                                                                                                             Таблица 1

Основные ингредиенты жидкости для ГРП

Продукт

Цель

Действие в скважине

Содержание в смеси, мас.%

Содержание в смеси, тонн

Вода и песок: примерно 98%

 

Вода

Расширить трещину и доставить песок

Некоторое количество остается в породе, а остальное возвращается с пластовой водой  (в зависимости от скважины к скважине)

84-90,6

4000-17282

Песок  (проппант)

Позволяет трещинам оставаться открытым, чтобы газ мог выходить

Отдых в формировании, встроенные в трещинах (используется для "подпирать" открытые переломы)

8,6-12

700-900

Другие добавки: примерно 2%

 

Кислота

Помогает растворять минералы (известняк) и вызывать трещины в скале

Реакции с минералами, присутствующие в пласте создают соли, воду и двуокись углерода (нейтрализованный)

0,5-0,78

25-39

Антибактериальное средство (токсины, ядовитые вещества)

Уничтожает бактерии в воде, породе и органических компонентах (слизь,водоросли), предотвращая разрушение состава

Уничтожает микроорганизмы, которые могут присутствовать в воде и органических элементах. Эти микроорганизмы разрушаются и возвращаются с откачиваемой водой.

0,002-0,017

0,1-0,85

Брейкер (Прерыватель)

используются для снижения вязкости жидкости разрыва  для повышения восстановления жидкости разрыва (обратного потока) .

Реагирует с "сшивающим агентом" и "гелем" одновременно, облегчая возврат жидкости. Получается аммиак и сульфатные соли, которые возвращаются в пластовую воду.

0,012-0,1

0,6-5,0

Стабилизатор глин

Предотвращает разбухание глин

Реагирует с глинами в пласте через натрий-калиевый ионный обмен. Результатом является хлорид натрия, который возвращается в воду.

0,05-0,08

2,5-4,0

Ингибитор коррозии

Предотвращает коррозию труб

Покрывает поверхность труб в скважине. оставшиеся продукт возвращены в добываемой воде.

0,0003-0,001

0,015-0,05

Сшиватель

Поддерживает вязкость жидкости при увеличении температуры. Сшивка уменьшает потребность в жидком загустителе и поддерживает вязкость жидкости до введения разрушителя.

В сочетании с "прерывателем" формирует соли, которые возвращаются в добываемой воде.

0,01-0,04

0,5-2,0

Уменьшитель трения

Минимизирует трение воды и песка, сохраняя оборудование и трубы

Остается в породе, где температура и воздействие "прерывателя" разлагают его, потребляется естественными микроорганизмами. Небольшое количество возвращается с пластовой воды.

0,015-0,035

0,75-1,75

Гелеобразующий агент/загуститель

Вязкости воды не всегда достаточно для разрыва определенных образований, потому что ее низкая вязкость ограничивает способность транспортировать проппанты.

Сгущает воду, чтобы повысить пескоудержание

0,08-0,12

4,0-6,0

Железоконтролирующий агент

Предотвращает осаждение металла (в трубе)

Реакции приводят к образованию простых солей, углекислого газа и воды, все из которых возвращаются в пластовых вод

0,001-0,003

0,05-0,15

рН-регулирующий агент

Поддерживает эффективность других компонентов, таких как сшивающие агенты

Реагирует с кислыми агентами для поддержания нейтрального  рН. Результат реакция – минеральные соли, вода и двуокись углерода; частично возвращается в пластовой воды.

0,01-0,1

0,5-5,0

Ингибитор отложения солей

Предотвращает отложения солей на трубах и наземном оборудовании

Продукт прикрепляется к образованию в скважине. Большая часть возвращается с пластовой водой.

0,0025-0,008

0,125-0,4

Поверхностно-активное вещество

Используется для увеличения вязкости жидкости разрыва

В общем возвращается с пластовой воды, но в некоторых породах может войти в газовый поток и вернуться в добытом газе

0,0009-0,035

0,045-1,75

Fluid-Loss Additives

 

Ограничивает утечки из жидкости разрыва в открытую породу поверхности трещины, предотвращая чрезмерный отвод жидкости, сохраняя эффективность ГРП жидкости и ее целостность

Глина, песок, кварцевая мука, растворимые смолы обволакивают стенки трещины, адсорбируя воду

0, 1-0, 15

5,0-7,5

 

Список химических веществ, наиболее часто используемых при гидравлическом разрыве пласта.

Таблица 2

Химическое название

CAS

Химическое назначение

Функция

Соляная кислота

Хлористый водород

007647-01-0

Помогает растворять минералы и вызывать трещины в породе

Кислота

Уксусная кислота

 64-19-7

 В сочетании с соляной и муравьиной кислотой Помогает растворять минералы и вызывать трещины в породе. Может быть использована в качестве компонента разрушителя геля.

Кислота, компонент брейкера

Муравьиная кислота

 64-18-6

В сочетании с соляной и муравьиной кислотой помогает растворять минералы и вызывать трещины в породе. Может быть использована в качестве компонента разрушителя геля.

 

Кислота,  компонент брейкера

Глутаральдегид

000111-30-8

Уничтожает бактерии в воде и органических компонентах

Биоцид

Хлорид аммония

012125-02-9

Уничтожает бактерии в воде и органических компонентах

Биоцид

Этанол

000064-17-5

Уничтожает бактерии в воде и органических компонентах

Биоцид

 

 

 

 

Персульфат аммония

007727-54-0

Позволяет с задержкой разрушить гель 

Брейкер (разрушитель, выключатель)1

Хлористый натрий

007647-14-5

Стабилизирует гель

Брейкер

Диоксид магния

014452-57-4

Позволяет с задержкой разрушить гель 

Брейкер

Оксид магния

001309-48-4

Позволяет с задержкой разрушить гель 

Брейкер

Хлорид кальция

010043-52-4

Стабилизирует гель

Брейкер

 

 

 

 

Холина хлорид

000067-48-1

Предотвращает набухание глин или перемещение

Антикоагулянт глин

Хлорид тетраметиламмония

000075-57-0

Предотвращает набухание глин или перемещение

Антикоагулянт глин

Хлористый натрий

007647-14-5

Предотвращает набухание глин или перемещение

Антикоагулянт глин

 

 

 

 

Изопропанол (изопропиловый спирт)

000067-63-0

Продукт стабилизатор и / или антифриз

Ингибитор коррозии

Метанол

000067-56-1

Продукт стабилизатор и / или антифриз

Ингибитор коррозии

Муравьиная кислота

000064-18-6

Предотвращает коррозию трубы

Ингибитор коррозии

Ацетальдегид

000075-07-0

Предотвращает коррозию трубы

Ингибитор коррозии

 Пропаргиловый спирт

 107-19-7

В составе с метанолом предотвращает коррозию трубы

 Ингибитор коррозии

Ацетон

 

Добавка в растворы кислот

 Ингибитор коррозии

Диметил формамид

000068-12-2

Предотвращает коррозию трубы

 Ингибитор коррозии

 

 

 

 

Нефтяной дистиллят

064741-85-1

Жидкости-носителе для сшивателя борат или цирконат

Носитель/сшиватель

Глубокоочищенные легкие фракции нефтяного дистиллята

064742-47-8

Жидкость-носитель для сшивателя бората или цирконата

Носитель/сшиватель

Метаборат калия

013709-94-9

Поддерживает вязкость жидкости при увеличении температуры

Сшиватель (Cross Linker)

Триэтаноламин Цирконат

101033-44-7

Поддерживает вязкость жидкости при увеличении температуры

сшиватель

Тетраборат натрия

001303-96-4

Поддерживает вязкость жидкости при увеличении температуры

сшиватель

Борная кислота

001333-73-9

Поддерживает вязкость жидкости при увеличении температуры

сшиватель

Тетрагидрат метаборат натрия

010555-76-7

Поддерживает вязкость жидкости

сшиватель

тетраборат натрия декагидрат (бура техническая)

1303-96-4

Поддерживает вязкость жидкости при увеличении температуры

сшиватель

Этиленгликоль

000107-21-1

Продукт стабилизатор и / или антифриз  

Сшиватель/антифриз

Метанол

000067-56-1

Продукт стабилизатор и / или антифриз.  

сшиватель

 Моноэтаноламин

 75-04-7

 Поддерживает вязкость жидкости при увеличении температуры

 сшиватель

 

 

 

 

Полиакриламид и его сополимеры

009003-05-8

Образует пленки на воде, уменьшая трение

Уменьшение трения

Нефтяной дистиллят

064741-85-1

Жидкость-носитель для полиакриламида

Уменьшение трения

Глубокоочищенные легкие фракции нефтяного дистиллята

064742-47-8

Жидкость-носителе для полиакриламида

Уменьшение трения

Метанол

000067-56-1

Продукт стабилизатор и / или антифриз  

Уменьшение трения

Этиленгликоль

000107-21-1

Продукт стабилизатор и / или антифриз  

Уменьшение трения

 

 

 

 

Гуаровая камедь и производные (гидроксипропилгуар (HPG )

009000-30-0

Сгущает воду, чтобы улучшить удержание песка

Гелеобразователь

Производные целлюлозы, карбоксиметилгуар или гидроксиэтилцеллюлоза (ГЭЦ).

 

Сгущает воду, чтобы улучшить удержание песка

Гелеобразователь

Нефтяной дистиллят (дизельное топливо)2

064741-85-1

Жидкость-носитель для гуаровай камеди в жидком геле

Желирующий агент

Глубокоочищенные легкие фракции нефтяного дистиллята

064742-47-8

Жидкости-носители для гуаровой камеди в жидком геле

Желирующий агент

Метанол

000067-56-1

Продукт стабилизатор и / или антифриз

Желирующий агент

Смесь полисахаридов

068130-15-4

Сгущает воду для удержания песка

Желирующий агент

Этиленгликоль

000107-21-1

Продукт стабилизатор и / антифриз  

Желирующий агент

 

 

 

 

Лимонная кислота

000077-92-9

Предотвращает осаждение оксидов металлов

Контроль железа

Уксусная кислота

000064-19-7

Предотвращает осаждение оксидов металлов

Контроль железа

Тиогликолевая кислота

000068-11-1

Предотвращает осаждение оксидов металлов

Контроль железа

Натрий Эризорбат

006381-77-7

Предотвращает осаждение оксидов металлов

Контроль железа

 Тетра-этилендиаминтетраацетат натрия

 000064-02-8

 Предотвращает осаждение оксидов металлов

 Контроль железа

Тринатрия нитрилотриацетат

001310-73-2

Предотвращает осаждение оксидов металлов

Контроль железа

Гидрохлорид натрия (едкий натр)

001310-73-2

Предотвращает осаждение оксидов металлов

Контроль железа

 

 

 

 

Лаурилсульфат

000151-21-3

Используется для предотвращения образования эмульсии в жидкости для гидроразрыва

Стабилизатор эмульсии

Изопропанол

000067-63-0

Продукт стабилизатор и / или антифриз  

Стабилизатор

Этиленгликоль

000107-21-1

Продукт стабилизатор и / или антифриз  

Стабилизатор

 

 

 

 

Едкий натр

001310-73-2

Регулировка рН жидкости поддерживает эффективность других компонентов, таких как сшивающие агенты 

рН-регулирующий агент

Гидроксид калия

001310-58-3

Регулировка рН жидкости поддерживает эффективность других компонентов, таких как сшивающие агенты 

рН-регулирующий агент

Уксусная кислота

000064-19-7

Регулировка рН жидкости поддерживает эффективность других компонентов, таких как сшивающие агенты 

рН-регулирующий агент

Карбонат натрия

000497-19-8

Регулировка рН жидкости поддерживает эффективность других компонентов, таких как сшивающие агенты 

рН-регулирующий агент

Углекислый калий

000584-08-7

Регулировка рН жидкости поддерживает эффективность других компонентов, таких как сшивающие агенты 

рН-регулирующий агент

 

 

 

 

Сополимер акриламида и акрилата натрия

025987-30-8

Предотвращает отложения в трубе

Ингибитор отложения солей

Натрий Поликарбоксилат

N / A

Предотвращает отложения в трубе

Ингибитор отложения солей

Фосфорная кислота

7664-38-2

Предотвращает отложения в трубе

Ингибитор отложения солей

 

 

 

 

Лаурилсульфат

000151-21-3

Используется для увеличения вязкости жидкости разрыва

Поверхностно-активное вещество

Этанол

000064-17-5

Стабилизатор и / или зимней средство.  

Поверхностно-активное вещество

Нафталин

000091-20-3

Жидкость-носитель для активных ингредиентов поверхностно-активных веществ

Поверхностно-активное вещество

Метанол

000067-56-1

Стабилизатор и / или антифриз  

Поверхностно-активное вещество

Изопропиловый спирт

000067-63-0

Стабилизатор и / или антифриз  

Поверхностно-активное вещество

2-Бутоксиэтанол (бутил гликоль)

000111-76-2

стабилизатор

Поверхностно-активное вещество

  1. Выключатели- брейкеры  могут быть смешаны с жидкостью гидроразрыва при откачке , или они могут быть введены позже как независимая жидкость.
  2. Суспензии дизельного топлива и геля предварительно  разбавляют водой перед введением в пласт. Разбавляют примерно от 4 до 10 галлонов концентрированного жидкого геля (гуаровую камедь суспендируют в дизельном топливе) на 1000 галлонов подпиточной воды для получения адекватной суспензии полимера.

Химич И.Н.

Копирование материала без индексируемой ссылки на источник запрещено!

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.