Сланцевый газ. Гидроразрыв пласта

Технология добычи сланцевого газа

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

ПродуктЦельДействие в скважинеСодержание в смеси, мас.%Содержание в смеси, тонн
Вода и песок: примерно 98% 
ВодаРасширить трещину и доставить песокНекоторое количество остается в породе, а остальное возвращается с пластовой водой  (в зависимости от скважины к скважине)84-90,64000-17282
Песок  (проппант)Позволяет трещинам оставаться открытым, чтобы газ мог выходитьОтдых в формировании, встроенные в трещинах (используется для “подпирать” открытые переломы)8,6-12700-900
Другие добавки: примерно 2% 
КислотаПомогает растворять минералы (известняк) и вызывать трещины в скалеРеакции с минералами, присутствующие в пласте создают соли, воду и двуокись углерода (нейтрализованный)0,5-0,7825-39
Антибактериальное средство (токсины, ядовитые вещества)Уничтожает бактерии в воде, породе и органических компонентах (слизь,водоросли), предотвращая разрушение составаУничтожает микроорганизмы, которые могут присутствовать в воде и органических элементах. Эти микроорганизмы разрушаются и возвращаются с откачиваемой водой.0,002-0,0170,1-0,85
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.0,012-0,10,6-5,0
Стабилизатор глинПредотвращает разбухание глинРеагирует с глинами в пласте через натрий-калиевый ионный обмен. Результатом является хлорид натрия, который возвращается в воду.0,05-0,082,5-4,0
Ингибитор коррозииПредотвращает коррозию трубПокрывает поверхность труб в скважине. оставшиеся продукт возвращены в добываемой воде.0,0003-0,0010,015-0,05
СшивательПоддерживает 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.0,01-0,040,5-2,0
Уменьшитель тренияМинимизирует трение воды и песка, сохраняя оборудование и трубыОстается в породе, где температура и воздействие “прерывателя” разлагают его, потребляется естественными микроорганизмами. Небольшое количество возвращается с пластовой воды.0,015-0,0350,75-1,75
Гелеобразующий агент/загустительВязкости воды не всегда достаточно для разрыва определенных образований, потому что ее низкая вязкость ограничивает способность транспортировать проппанты.Сгущает воду, чтобы повысить пескоудержание0,08-0,124,0-6,0
Железоконтролирующий агентПредотвращает осаждение металла (в трубе)Реакции приводят к образованию простых солей, углекислого газа и воды, все из которых возвращаются в пластовых вод0,001-0,0030,05-0,15
рН-регулирующий агентПоддерживает эффективность других компонентов, таких как сшивающие агентыРеагирует с кислыми агентами для поддержания нейтрального  рН. Результат реакция – минеральные соли, вода и двуокись углерода; частично возвращается в пластовой воды.0,01-0,10,5-5,0
Ингибитор отложения солейПредотвращает отложения солей на трубах и наземном оборудованииПродукт прикрепляется к образованию в скважине. Большая часть возвращается с пластовой водой.0,0025-0,0080,125-0,4
Поверхностно-активное веществоИспользуется для увеличения вязкости жидкости разрываВ общем возвращается с пластовой воды, но в некоторых породах может войти в газовый поток и вернуться в добытом газе0,0009-0,0350,045-1,75
Fluid-Loss Additives

 

Ограничивает утечки из жидкости разрыва в открытую породу поверхности трещины, предотвращая чрезмерный отвод жидкости, сохраняя эффективность ГРП жидкости и ее целостностьГлина, песок, кварцевая мука, растворимые смолы обволакивают стенки трещины, адсорбируя воду0, 1-0, 155,0-7,5

Список химических веществ, наиболее часто используемых при гидравлическом разрыве пласта

Таблица 2

Химическое названиеCASХимическое назначениеФункция
Соляная кислота

Хлористый водород

007647-01-0Помогает растворять минералы и вызывать трещины в породеКислота
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 64-18-6В 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
Глутаральдегид000111-30-8Уничтожает бактерии в воде и органических компонентахБиоцид
Хлорид аммония012125-02-9Уничтожает бактерии в воде и органических компонентахБиоцид
Этанол000064-17-5Уничтожает бактерии в воде и органических компонентахБиоцид
    
Персульфат аммония007727-54-0Позволяет с задержкой разрушить гельБрейкер (разрушитель, выключатель)1
Хлористый натрий007647-14-5Стабилизирует гельБрейкер
Диоксид магния014452-57-4Позволяет с задержкой разрушить гельБрейкер
Оксид магния001309-48-4Позволяет с задержкой разрушить гельБрейкер
Хлорид кальция010043-52-4Стабилизирует гельБрейкер
    
Холина хлорид000067-48-1Предотвращает набухание глин или перемещениеАнтикоагулянт глин
Хлорид тетраметиламмония000075-57-0Предотвращает набухание глин или перемещениеАнтикоагулянт глин
Хлористый натрий007647-14-5Предотвращает набухание глин или перемещениеАнтикоагулянт глин
    
Изопропанол (изопропиловый спирт)000067-63-0Продукт стабилизатор и / или антифризИнгибитор коррозии
Метанол000067-56-1Продукт стабилизатор и / или антифризИнгибитор коррозии
Муравьиная кислота000064-18-6Предотвращает коррозию трубыИнгибитор коррозии
Ацетальдегид000075-07-0Предотвращает коррозию трубыИнгибитор коррозии
 Пропаргиловый спирт 107-19-7В составе с метанолом предотвращает коррозию трубы Ингибитор коррозии
Ацетон Добавка в растворы кислот Ингибитор коррозии
Диметил формамид000068-12-2Предотвращает коррозию трубы Ингибитор коррозии
    
Нефтяной дистиллят064741-85-1Жидкости-носителе для сшивателя борат или цирконатНоситель/сшиватель
Глубокоочищенные легкие фракции нефтяного дистиллята064742-47-8Жидкость-носитель для сшивателя бората или цирконатаНоситель/сшиватель
Метаборат калия013709-94-9Поддерживает вязкость жидкости при увеличении температурыСшиватель (Cross Linker)
Триэтаноламин Цирконат101033-44-7Поддерживает вязкость жидкости при увеличении температурысшиватель
Тетраборат натрия001303-96-4Поддерживает вязкость жидкости при увеличении температурысшиватель
Борная кислота001333-73-9Поддерживает вязкость жидкости при увеличении температурысшиватель
Тетрагидрат метаборат натрия010555-76-7Поддерживает вязкость жидкостисшиватель
тетраборат натрия декагидрат (бура техническая)1303-96-4Поддерживает вязкость жидкости при увеличении температурысшиватель
Этиленгликоль000107-21-1Продукт стабилизатор и / или антифризСшиватель/антифриз
Метанол000067-56-1Продукт стабилизатор и / или антифриз.сшиватель
 Моноэтаноламин 75-04-7 Поддерживает вязкость жидкости при увеличении температуры сшиватель
    
Полиакриламид и его сополимеры009003-05-8Образует пленки на воде, уменьшая трениеУменьшение трения
Нефтяной дистиллят064741-85-1Жидкость-носитель для полиакриламидаУменьшение трения
Глубокоочищенные легкие фракции нефтяного дистиллята064742-47-8Жидкость-носителе для полиакриламидаУменьшение трения
Метанол000067-56-1Продукт стабилизатор и / или антифризУменьшение трения
Этиленгликоль000107-21-1Продукт стабилизатор и / или антифризУменьшение трения
    
Гуаровая камедь и производные (гидроксипропилгуар (HPG )009000-30-0Сгущает воду, чтобы улучшить удержание пескаГелеобразователь
Производные целлюлозы, карбоксиметилгуар или гидроксиэтилцеллюлоза (ГЭЦ). Сгущает воду, чтобы улучшить удержание пескаГелеобразователь
Нефтяной дистиллят (дизельное топливо)2064741-85-1Жидкость-носитель для гуаровай камеди в жидком гелеЖелирующий агент
Глубокоочищенные легкие фракции нефтяного дистиллята064742-47-8Жидкости-носители для гуаровой камеди в жидком гелеЖелирующий агент
Метанол000067-56-1Продукт стабилизатор и / или антифризЖелирующий агент
Смесь полисахаридов068130-15-4Сгущает воду для удержания пескаЖелирующий агент
Этиленгликоль000107-21-1Продукт стабилизатор и / антифризЖелирующий агент
    
Лимонная кислота000077-92-9Предотвращает осаждение оксидов металловКонтроль железа
Уксусная кислота000064-19-7Предотвращает осаждение оксидов металловКонтроль железа
Тиогликолевая кислота000068-11-1Предотвращает осаждение оксидов металловКонтроль железа
Натрий Эризорбат006381-77-7Предотвращает осаждение оксидов металловКонтроль железа
 Тетра-этилендиаминтетраацетат натрия 000064-02-8 Предотвращает осаждение оксидов металлов Контроль железа
Тринатрия нитрилотриацетат001310-73-2Предотвращает осаждение оксидов металловКонтроль железа
Гидрохлорид натрия (едкий натр)001310-73-2Предотвращает осаждение оксидов металловКонтроль железа
    
Лаурилсульфат000151-21-3Используется для предотвращения образования эмульсии в жидкости для гидроразрываСтабилизатор эмульсии
Изопропанол000067-63-0Продукт стабилизатор и / или антифризСтабилизатор
Этиленгликоль000107-21-1Продукт стабилизатор и / или антифризСтабилизатор
    
Едкий натр001310-73-2Регулировка рН жидкости поддерживает эффективность других компонентов, таких как сшивающие агентырН-регулирующий агент
Гидроксид калия001310-58-3Регулировка рН жидкости поддерживает эффективность других компонентов, таких как сшивающие агентырН-регулирующий агент
Уксусная кислота000064-19-7Регулировка рН жидкости поддерживает эффективность других компонентов, таких как сшивающие агентырН-регулирующий агент
Карбонат натрия000497-19-8Регулировка рН жидкости поддерживает эффективность других компонентов, таких как сшивающие агентырН-регулирующий агент
Углекислый калий000584-08-7Регулировка рН жидкости поддерживает эффективность других компонентов, таких как сшивающие агентырН-регулирующий агент
    
Сополимер акриламида и акрилата натрия025987-30-8Предотвращает отложения в трубеИнгибитор отложения солей
Натрий ПоликарбоксилатN / AПредотвращает отложения в трубеИнгибитор отложения солей
Фосфорная кислота7664-38-2Предотвращает отложения в трубеИнгибитор отложения солей
    
Лаурилсульфат000151-21-3Используется для увеличения вязкости жидкости разрываПоверхностно-активное вещество
Этанол000064-17-5Стабилизатор и / или зимней средство.Поверхностно-активное вещество
Нафталин000091-20-3Жидкость-носитель для активных ингредиентов поверхностно-активных веществПоверхностно-активное вещество
Метанол000067-56-1Стабилизатор и / или антифризПоверхностно-активное вещество
Изопропиловый спирт000067-63-0Стабилизатор и / или антифризПоверхностно-активное вещество
2-Бутоксиэтанол (бутил гликоль)000111-76-2стабилизаторПоверхностно-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 адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

семь − два =