Hidrauliskā laušana: veidi, aprēķins un tehnoloģiskais process

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-02 13:59

Hidrauliskā lūzums (HF) ir viens no efektīvākajiem ģeoloģiskajiem un tehniskajiem pasākumiem, kura mērķis ir intensificēt veidošanās šķidruma plūsmu uz ražošanas urbumiem. Šīs tehnoloģijas izmantošana ļauj ne tikai palielināt rezervju atgūšanu urbuma drenāžas rādiusā, bet arī paplašināt šo laukumu, palielinot rezervuāra maksimālo naftas ieguvi. Ņemot vērā šo faktoru, lauka attīstības projektēšanu var veikt, izkārtojot retāku urbumu modeli.

Īss apraksts

Hidrauliskās sašķelšanas būtību apraksta šāds process:

• rezervuārs ir pakļauts pārmērīgam spiedienam (procesa šķidruma patēriņš ir daudz lielāks, nekā to spēj absorbēt akmeņi);
• urbuma spiediens palielinās, līdz pārsniedz iekšējos spriegumus kolektorā;
• akmeņi plīst vismazākās mehāniskās stiprības plaknē (visbiežāk slīpā virzienā vai vertikāli);
• atkalveidojas un palielinās vecās plaisas, parādās to saistība ar dabisko poru sistēmu;
• palielinās paaugstinātas caurlaidības zona pie akas;
• īpaši granulēti atbalstītāji (proppanti) tiek iesūknēti paplašinātajos lūzumos, lai nostiprinātu tos atvērtā stāvoklī pēc tam, kad tiek noņemts spiediens uz veidojumu;
• izturība pret veidojuma šķidruma kustību kļūst gandrīz nulle, kā rezultātā urbuma plūsmas ātrums palielinās vairākas reizes.

Akmeņu lūzumu garums var būt vairāki simti metru, un urbuma dibens tiek savienots ar rezervuāra attālām vietām. Viens no svarīgākajiem šīs apstrādes efektivitātes faktoriem ir plaisas fiksācija, kas ļauj izveidot filtrācijas kanālu. Tomēr urbuma produktivitāte nevar pieaugt bezgalīgi, palielinoties lūzuma izmēram. Ir maksimālais garums, virs kura plūsmas ātrums nekļūst intensīvāks.

Lietošanas joma

Šo tehnoloģiju izmanto gan ražošanai (uzlabota eļļas atgūšana), gan iesmidzināšanai (paaugstināta injicējamība), horizontālās un vertikālās urbumos. Izšķir šādas hidrauliskās sašķelšanas pielietojuma jomas:

• ražošanas ātruma pastiprināšana urbumos ar piesārņotu dibena zonu rezervuāros ar dažādu caurlaidību;
• neviendabīgu noguldījumu attīstība;
• urbuma hidrodinamiskā savienojuma uzlabošana ar rezervuāra dabisko lūzumu sistēmu;
• rezervuāra šķidruma ieplūdes zonas paplašināšana;
• rezervuāru izveide ar zemu caurlaidību unzemas robežas akas;
• izmaiņas noplūdes plūsmās iesmidzināšanas urbumos;
• to urbuma parametru atjaunošana, kurus neietekmē citas metodes.

Hidrauliskās sašķelšanas tehnoloģijas ierobežojumi ir gāzeļļas zonas, kuras raksturo šādas pazīmes:

• ātrs konuss (izvelkot veidojuma ūdeni uz akas dibenu);
• pēkšņs ūdens vai gāzes ieplūšana urbumā;
• iztukšoti rezervuāri ar zemām rezervēm, ar eļļu piesātinātas neliela tilpuma lēcas (ekonomiskās nerentablības dēļ).

Visbiežāk hidrauliskā sašķelšana tiek izmantota kā stimulācijas metode vidējas un augstas caurlaidības rezervuāriem. Viņiem galvenais faktors, kas palielina rezervuāra šķidruma pieplūdi, ir izveidotā lūzuma garums, bet iegulās ar zemu iežu caurlaidību - tā platums.

Hidrauliskā lūzums: priekšrocības un trūkumi

Hidrauliskās sašķelšanas priekšrocības ir:

• piemēro apgabaliem ar dažādu ģeoloģisko struktūru;
• ietekme gan uz visu rezervuāru, gan tās posmu;
• efektīva hidrauliskās pretestības samazināšana apakšējā cauruma zonā;
• slikti drenētu blakus teritoriju kopība;
• lēts darba šķidrums (ūdens);
• augsta rentabilitāte.

Trūkumi ietver:

• nepieciešamība pēc lieliem ūdens krājumiem, smiltīm, papildu ķimikālijām;
• nekontrolēts plaisas radīšanas process klintī, mehānisma neparedzamībaplaisāšana;
• kad pēc hidrauliskās sašķelšanas tiek nodotas ekspluatācijā akas ar lielu plūsmas ātrumu, no lūzumiem var tikt izvadīts atbalsts, kā rezultātā pirmajos mēnešos pēc palaišanas samazinās to atvēršanās pakāpe un plūsmas ātrums. darbība;
• nekontrolētas strūklas un vides piesārņojuma risks.

Procesa variācijas

Skaldīšanas metodes atšķiras pēc lūzumu veidošanās veida, injicētā šķidruma un propelleru tilpuma un citām īpašībām. Galvenie hidrauliskās sašķelšanas veidi ir šādi:

• Pēc ietekmes laukuma uz veidojumu: lokāls (lūzuma garums līdz 20 m) - visizplatītākais; dziļi iekļūstošs (lūzuma garums 80-120 m); masveida (1000 m un vairāk).
• Pēc šuvju pārklājuma: viens (ietekme uz visām šuvēm un starpslāņiem); vairākas (akām, kurām ir atvērti 2 vai vairāk slāņi); intervāls (konkrētam rezervuāram).
• Īpašas metodes: skābes sadalīšana; PSO tehnoloģija - īsu lūzumu veidošanās, lai novērstu to izplatīšanos ūdens-eļļas kontaktā un samazinātu proppanta iesmidzināšanas apjomu (šī metode uzrāda augstu efektivitāti smilšainos rezervuāros); impulss (vairāku radiāli atšķirīgu lūzumu izveidošana vidējas un augstas caurlaidības iežos, lai samazinātu ādas efektu - poru caurlaidības pasliktināšanās to piesārņojuma dēļ ar daļiņām, kas atrodas filtrējošā veidošanās šķidrumā.

Vairākisprauga

Vairāku hidraulisko sašķelšanu veic ar vairākām metodēm:

1. Pirmkārt, plaisa tiek izveidota, izmantojot parasto tehnoloģiju. Pēc tam tas uz laiku tiek aizsērēts, injicējot vielas (granulētu naftalīnu, plastmasas bumbiņas un citas), kas aizver perforācijas. Pēc tam hidrauliskā laušana tiek veikta citur.
2. Zonu atdalīšana tiek veikta, izmantojot blīvētājus vai hidrauliskos vārtus. Katram no intervāliem hidrauliskā sašķelšana tiek veikta saskaņā ar tradicionālo shēmu.
3. Pakāpeniska hidrauliskā sašķelšana ar katras apakšzonas izolāciju ar smilšu aizbāzni.

Māla sekcijās visefektīvākā ir vertikālo lūzumu veidošana, jo tie savieno produktīvos naftas un gāzes starpslāņus. Šādus lūzumus rada nefiltrējamu šķidrumu iedarbība vai straujš injekcijas ātruma palielinājums.

Sagatavošanās hidrauliskajai sašķelšanai

Hidrauliskā rezervuāra tehnoloģija sastāv no vairākiem posmiem. Sagatavošanās darbs ir šāds:

1. Akas izpēte veidošanās šķidruma pieplūdei, spēja absorbēt darba šķidrumu un noteikt spiedienu, kas nepieciešams hidrauliskajai sašķelšanai.
2. Apakšējā cauruma tīrīšana no smilšu vai māla garozas (mazgāšana ar ūdeni zem spiediena, apstrāde ar sālsskābi, perforācija ar hidrosmilšu strūklu un citas metodes).
3. Akas pārbaude, izmantojot īpašu veidni.
4. Nolaidieties urbuma caurulēs, lai padotu darba šķidrumu.
5. Spiediena piespiedēja un hidraulisko enkuru uzstādīšana, lai aizsargātu korpusu.
6. Akas galvas uzstādīšanaiekārtas (kolektors, eļļotājs un citas ierīces) sūknēšanas iekārtu pievienošanai iesmidzināšanas cauruļvadiem un akas blīvēšanai.

Procesa iekārtu cauruļvadu galvenā diagramma hidrauliskās sašķelšanas laikā ir parādīta zemāk esošajā attēlā.

Lūzšanas secība

Hidrauliskās sašķelšanas tehnika un tehnoloģija sastāv no šādām procedūrām:

1. Iesmidzināšanas caurules tiek piegādātas ar darba šķidrumu (visbiežāk eļļu ražošanas akai vai ūdeni injekcijas akai).
2. Palieliniet lūzuma šķidruma spiedienu līdz maksimālajai projektētajai vērtībai.
3. Pārbaudiet blīvētāja hermētiskumu (no gredzena nedrīkst būt šķidruma pārplūde).
4. Atbalstvielu pievieno darba šķidrumam pēc hidrauliskās sašķelšanas. Tas tiek vērtēts pēc straujas urbuma iesmidzināšanas (spiediena krituma sūkņos) pieauguma.
5. Radioaktīvie izotopi ir iekļauti pēdējā proppanta partijā, lai vēlāk pārbaudītu zudumu zonu, izmantojot kodolmateriālu reģistrēšanu.
6. Piegādājiet visaugstākā spiediena izspiešanas šķidrumu uzticamai plaisu atbalstam.
7. Plūšanas šķidruma noņemšana no apakšas, lai nodrošinātu veidošanās šķidruma ieplūšanu urbumā.
8. Demontēt procesa iekārtas.
9. Aka tiek nodota ekspluatācijā.

Ja aka ir salīdzinoši sekla, tad darba šķidrumu atļauts padot pa korpusa caurulēm. Ir iespējams arī veikt hidraulisko lūzumu bezpakotājs - caur caurulēm un gredzenu. Tas samazina hidrauliskos zudumus ļoti viskoziem šķidrumiem.

Mašīnas un mehānismi hidrauliskajai sašķelšanai

Hidrauliskās lūzuma iekārtas ietver šādu veidu iekārtas:

• Zemes mašīnas un ierīces: sūknēšanas agregāti (ANA-105, 2AN-500, 3AN-500, 4AN-700 un citi); smilšu maisīšanas iekārtas uz automašīnu šasijas (ZPA, 4PA, USP-50, Kerui, Lantong un citi); autocisternas šķidrumu pārvadāšanai (ATsN-8S un 14S, ATK-8, Sanji, Xishi un citi); akas galvas cauruļvadi (kolektors, akas galva, slēgvārsti, sadales un spiediena kolektori ar pretvārstiem, manometriem un citu aprīkojumu).
• Palīgaprīkojums: agregāti izslēgšanas darbībām; vinčas; uzraudzības un kontroles stacijas; cauruļu kravas automašīnas un cits aprīkojums.
• Pazemes iekārtas: pakotāji, lai izolētu veidojumu, kurā plānota hidrauliskā sašķelšana no citas ražošanas virknes daļas; enkuri, lai novērstu pazemes iekārtu pacelšanu augsta spiediena dēļ; cauruļu virkne.

Iekārtas veids un iekārtu skaits tiek noteikts, pamatojoties uz hidrauliskās lūzuma konstrukcijas parametriem.

Dizaina īpašības

Lai aprēķinātu hidraulisko sašķelšanu, tiek izmantotas šādas pamatformulas:

1. BHP (MPa) hidrauliskajai sašķelšanai, izmantojot filtrētu šķidrumu: p=10^-2KL_c, kur K ir koeficients, kas izvēlēts no vērtību diapazona 1, 5-1, 8 MPa/m, L _{c – akas garums, m.}
2. Šķidruma ar smiltīm iesmidzināšanas spiediens (plūzuma atbalstam): p_p =p - ρgL_c + p_t, kur ρ ir smilšu nesēja šķidruma blīvums, kg/m³, g=9,8 m/s², p _t – spiediena zudums smiltis nesošā šķidruma berzes dēļ. Pēdējo rādītāju nosaka pēc formulas: p_t =8λQ² ρL_c/(πdB₎2 ^B – caurules iekšējais diametrs.
3. Sūknēšanas vienību skaits: n=pQ/(p_pQ_pK_T) + 1, kur p_p ir sūkņa darba spiediens, Q_p ir tā padeve noteiktā spiedienā, K T- mašīnas tehniskā stāvokļa koeficients (izvēlēts 0,5-0,8 robežās).
4. Aizspiešanas šķidruma daudzums: V=0, 785d_B²L_c.

Ja notiek hidrauliskā sašķelšana, izmantojot smiltis kā balstu, tad tiek pieņemts, ka tās daudzums vienā operācijā ir 8-10 tonnas, un šķidruma daudzumu nosaka pēc formulas:

V=Q_sC_s, kur Q_s ir smilšu daudzums, t, C_s – smilšu koncentrācija 1 m^{3 šķidrumā.}

Šo parametru aprēķināšana ir svarīga, jo pie pārāk augsta spiediena vērtības hidrauliskās sašķelšanas laikā šķidrums tiek izspiests tvertnē, notiek negadījumiražošanas kolonna. Pretējā gadījumā, ja vērtība ir pārāk zema, hidrauliskā sašķelšana būs jāpārtrauc, jo nevarēs sasniegt vajadzīgo spiedienu.

Lūzšanas dizains tiek veikts šādi:

1. Aku izvēle atbilstoši esošajai vai plānotajai lauka attīstības sistēmai.
2. Labākās lūzuma ģeometrijas noteikšana, ņemot vērā vairākus faktorus: iežu caurlaidība, urbuma režģis, tuvums naftas un ūdens kontaktam.
3. Iežu fizikālo un mehānisko īpašību analīze un plaisas veidošanās teorētiskā modeļa izvēle.
4. Atbalsta veida, daudzuma un koncentrācijas noteikšana.
5. Skaldīšanas šķidruma izvēle ar piemērotām reoloģiskām īpašībām un tā tilpuma aprēķināšana.
6. Citu tehnoloģisko parametru aprēķins.
7. Ekonomiskās efektivitātes definīcija.

Frac Fluids

Darba šķidrumi (pārvietošana, lūzums un smilšu nesējs) ir viens no svarīgākajiem hidrauliskās sašķelšanas elementiem. To dažādo veidu priekšrocības un trūkumi galvenokārt ir saistīti ar reoloģiskām īpašībām. Ja iepriekš tika izmantotas tikai viskozas eļļas bāzes kompozīcijas (lai samazinātu to absorbciju rezervuārā), tad sūknēšanas iekārtu jaudas palielināšana tagad ir ļāvusi pāriet uz šķidrumiem uz ūdens bāzes ar zemu viskozitāti. Sakarā ar to ir samazinājies akas galvas spiediena un hidrauliskās pretestības zudumi cauruļu virknē.

Pasaules praksē sekojošaisgalvenie hidraulisko sašķelšanas šķidrumu veidi:

• Ūdens ar un bez balstiem. Tās priekšrocība ir zemās izmaksas. Trūkums ir zemais iekļūšanas dziļums rezervuārā.
• Polimēru šķīdumi (guārs un tā atvasinājumi PPG, CMHPG; celulozes hidroksietilēteris, karboksimetilceluloze, ksantāna sveķi). B, Cr, Ti, Zr un citi metāli tiek izmantoti molekulu šķērssavienošanai. Izmaksu ziņā polimēri pieder vidējai kategorijai. Šādu šķidrumu trūkums ir liels negatīvu izmaiņu risks rezervuārā. Priekšrocības ietver lielāku iespiešanās dziļumu.
• Emulsijas, kas sastāv no ogļūdeņraža fāzes (dīzeļdegviela, eļļa, gāzes kondensāts) un ūdens (mineralizēts vai svaigs).
• Ogļūdeņraža gēli.
• Metanols.
• Sabiezināts oglekļa dioksīds.
• Putu sistēmas.
• Putu želejas, kas sastāv no šķērssaistītiem gēliem, slāpekļa vai oglekļa dioksīda putām. Tiem ir augstas izmaksas, taču tie neietekmē kolektora kvalitāti. Citas priekšrocības ir liela atbalsta nestspēja un pašiznīcināšanās ar nelielu atlikuma šķidruma daudzumu.

Šo savienojumu funkciju uzlabošanai tiek izmantotas dažādas tehnoloģiskās piedevas:

• virsmaktīvās vielas;
• emulgatori;
• šķidruma berzi mazinoši savienojumi;
• putotāji;
• piedevas, kas maina skābumu;
• termiskie stabilizatori;
• baktericīdas un pretkorozijas piedevas un citas.

Hidraulisko sašķelšanas šķidrumu galvenie raksturlielumi ir:

• vajadzīgā dinamiskā viskozitāte, lai atvērtu plaisu;
• infiltrācijas īpašības, kas nosaka šķidruma zudumu;
• spēja pārnēsāt atbalsta līdzekli, pirms tā priekšlaicīgi nenosēžas no šķīduma;
• bīdes un temperatūras stabilitāte;
• saderība ar citiem reaģentiem;
• kodīga darbība;
• zaļš un drošs.

Zemas viskozitātes šķidrumiem ir nepieciešams iesmidzināt lielāku tilpumu, lai sasniegtu nepieciešamo spiedienu rezervuārā, savukārt šķidrumiem ar augstu viskozitāti nepieciešams lielāks spiediens, ko rada sūknēšanas iekārtas, jo rodas ievērojami hidrauliskās pretestības zudumi. Viskozākiem šķidrumiem ir raksturīga arī zemāka filtrējamība akmeņos.

Atbalsta materiāli

Visbiežāk izmantotie virzieni jeb proppanti ir:

• Kvarca smiltis. Viens no visizplatītākajiem dabiskajiem materiāliem, un tāpēc tā izmaksas ir zemas. Labo plaisas dažādos ģeoloģiskos apstākļos (universāls). Smilšu graudu izmērs hidrauliskajai sašķelšanai ir izvēlēts 0,5-1 mm. Koncentrācija smilšu nesēja šķidrumā svārstās starp 100-600 kg/m3. Akmeņos, kam raksturīga spēcīga plaisāšana, materiāla patēriņš var sasniegt vairākus desmitus tonnu uz 1 urbumu.
• Boksīti (alumīnija oksīds Al₂O_{3). Šāda veida atbalsta priekšrocība ir tā lielāka izturība salīdzinājumā ar smiltīm. Ražotsboksīta rūdas sasmalcināšana un apdedzināšana.}
• Cirkonija oksīds. Tam ir līdzīgas īpašības kā iepriekšējam atbalsta veidam. Plaši izmanto Eiropā. Bieži sastopams šādu materiālu trūkums ir to augstās izmaksas.
• Keramikas granulas. Hidrauliskajai sašķelšanai izmanto granulas, kuru izmērs ir no 0,425 līdz 1,7 mm. Tie pieder pie vidējas stiprības proparantiem. Parādiet augstu ekonomisko efektivitāti.
• Stikla bumbiņas. Iepriekš izmantoja dziļurbumiem, tagad gandrīz pilnībā aizstāts ar lētākiem boksītiem.

Skābes sašķelšana

Skābes hidrauliskās sašķelšanas būtība ir tāda, ka pirmajā posmā tiek mākslīgi izveidots lūzums (tāpat kā parastajā hidrauliskās sašķelšanas tehnoloģijā), un pēc tam tajā tiek iesūknēta skābe. Pēdējais reaģē ar iezi, veidojot garus kanālus, kas palielina rezervuāra caurlaidību apakšējā cauruma zonā. Rezultātā palielinās eļļas atgūšanas koeficients no urbuma.

Šis hidrauliskās sašķelšanas process ir īpaši efektīvs karbonātu veidojumos. Pēc pētnieku domām, ar šāda veida rezervuāriem ir saistīti vairāk nekā 40% no pasaules naftas rezervēm. Hidrauliskās lūzuma tehnika un tehnoloģija šajā gadījumā nedaudz atšķiras no iepriekš aprakstītajām. Iekārta ražota skābes izturīgā konstrukcijā. Mašīnu aizsardzībai pret koroziju izmanto arī inhibitorus (formalīnu, unikolu, urotropīnu un citus).

Skābes sašķelšanas veidi ir divpakāpju apstrāde, izmantojot tādus materiālus kā:

• polimēru savienojumi (PAA, PVC, gipan unciti);
• lateksa savienojumi (SKMS-30, ARC);
• stirols;
• sveķi (BNI-5, TSD-9, TS-10).

Kā skābie šķīdinātāji tiek izmantots 15% sālsskābes šķīdums, kā arī speciālie sastāvi (SNPKh-9010, SNPKh-9633 un citi).

Skābes sašķelšanas veidi ir divpakāpju apstrāde, izmantojot tādus materiālus kā:

• polimēru savienojumi (PAA, PVV, gipan un citi);
• lateksa savienojumi (SKMS-30, ARC);
• stirols;
• sveķi (BNI-5, TSD-9, TS-10).

Kā skābie šķīdinātāji tiek izmantots 15% sālsskābes šķīdums, kā arī speciālie sastāvi (SNPKh-9010, SNPKh-9633 un citi).