Hidraulikus rétegrepesztés: típusok, számítások és technológiai folyamat

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-02 13:56

A hidraulikus repesztés (HF) az egyik leghatékonyabb geológiai és műszaki intézkedés, melynek célja a képződményfolyadék termelőkutakba való áramlásának fokozása. Ennek a technológiának az alkalmazása nemcsak a készletek visszanyerését teszi lehetővé a kútlevezetési sugáron belül, hanem ennek a területnek a bővítését is, növelve a tározó végső olajkinyerését. Ezt a tényezőt figyelembe véve a terepfejlesztési tervezés ritkább kútminta elrendezésével is elvégezhető.

Rövid leírás

A hidraulikus rétegrepesztés lényegét a következő folyamat írja le:

• a tartály túlzott nyomásnak van kitéve (a folyamatfolyadék-fogyasztás sokkal nagyobb, mint amennyit a kőzetek el tudnak fogadni);
• a fúrólyuk nyomása addig nő, amíg meg nem haladja az elosztócső belső feszültségeit;
• a sziklák a legkisebb mechanikai szilárdságú síkban szakadnak (leggyakrabban ferde irányban vagy függőlegesen);
• megintkialakulnak és megnőnek a régi repedések, megjelenik kapcsolatuk a természetes pórusrendszerrel;
• megnő a megnövekedett áteresztőképességű zóna a kút közelében;
• speciális szemcsés támasztóanyagokat (támasztóanyagokat) pumpálnak a kitágult törésekbe, hogy a képződményre nehezedő nyomás megszűnése után nyitott állapotban rögzítsék;
• a képződmény folyadékmozgásával szembeni ellenállás szinte nulla lesz, ennek következtében a kút áramlási sebessége többszörösére nő.

A sziklák repedéseinek hossza akár több száz méter is lehet, és a kút alja a tározó távoli területeivel kapcsolódik össze. A kezelés hatékonyságának egyik legfontosabb tényezője a repedés rögzítése, amely lehetővé teszi egy szűrőcsatorna kialakítását. A kút termelékenysége azonban nem nőhet a végtelenségig a törésméret növekedésével. Van egy maximális hossz, amely felett az áramlási sebesség nem lesz intenzívebb.

Alkalmazási kör

Ezt a technológiát termeléshez (fokozott olajvisszanyerés) és befecskendezéshez (fokozott injektivitás), vízszintes és függőleges kutakhoz egyaránt használják. A hidraulikus rétegrepesztés következő alkalmazási területei különböztethetők meg:

• eltérő áteresztőképességű tározókban szennyezett fenéklyukzónával rendelkező kutak termelési sebességének fokozása;
• heterogén lerakódások kialakulása;
• a kút hidrodinamikai kapcsolatának javítása a tározó természetes repedésrendszerével;
• a tartály folyadék beáramlási zónájának bővítése;
• kis áteresztőképességű tározók fejlesztése ésalacsony fedezésű kutak;
• változás a szivárgó áramlásokban a besajtoló kutakban;
• olyan kútparaméterek visszaállítása, amelyeket más módszerek nem befolyásolnak.

A hidraulikus rétegrepesztési technológia határai a gázolaj zónák, amelyeket a következő jellemzők jellemeznek:

• gyors kúpozás (a kút aljára húzza a formációvizet);
• víz vagy gáz hirtelen áttörése a kútba;
• kimerült tározók alacsony tartalékokkal, kis térfogatú olajjal telített lencsék (a gazdasági veszteség miatt).

A hidraulikus repesztést leggyakrabban közepes és nagy permeabilitású tartályok stimulációs módszereként használják. Számukra a tározó folyadék beáramlásának növelésében a kialakult repedés hossza, az alacsony kőzetáteresztő képességű lerakódásoknál pedig a szélessége a fő tényező.

Hidraulikus repesztés: előnyei és hátrányai

A hidraulikus rétegrepesztés előnyei:

• változatos geológiai felépítésű területeken alkalmazható;
• hatás a teljes tározóra és annak szakaszára egyaránt;
• hatékonyan csökkenti a hidraulikus ellenállást az alsó furat zónában;
• rossz vízelvezetésű szomszédos területek közössége;
• olcsó munkafolyadék (víz);
• magas jövedelmezőség.

A hátrányok közé tartozik:

• nagy mennyiségű víz, homok és további vegyszerek szükségessége;
• ellenőrizetlen folyamat, amely repedés keletkezik a sziklán, a mechanizmus kiszámíthatatlanságarepedés;
• ha nagy térfogatáramú kutak hidraulikus rétegrepesztést követően üzembe helyeznek, a repedésekből kitámasztható, aminek következtében csökken a nyitás mértéke és csökken az áramlási sebesség az indítást követő első hónapokban működése;
• az ellenőrizetlen kiömlés és a környezetszennyezés veszélye.

Folyamatvariációk

A repesztési módszerek különböznek a törésképződés típusától, a befecskendezett folyadék és kitámasztó anyagok térfogatától és egyéb jellemzőktől. A hidraulikus repesztés fő típusai a következők:

• A képződményre gyakorolt hatás területe szerint: helyi (20 m-ig törési hossz) - a legelterjedtebb; mélyen behatoló (töréshossz 80-120 m); tömeges (1000 m és több).
• Varratfedés szerint: egyetlen (hatás az összes varratra és közbenső rétegre); többszörös (olyan kutak esetében, amelyek 2 vagy több réteget nyitottak); intervallum (egy adott tározóhoz).
• Speciális módszerek: savas rétegrepesztés; TSO technológia - rövid repedések kialakítása, amelyek megakadályozzák azok továbbterjedését a víz-olaj érintkezésbe, és csökkentik a támasztóanyag-injektálás mennyiségét (ez a módszer magas hatékonyságot mutat homokos tározókban); impulzus (több sugárirányban széttartó repedés keletkezése közepes és nagy áteresztőképességű kőzetekben a bőrhatás csökkentésére - a pórusáteresztő képesség romlása a szűrőképző folyadékban lévő részecskékkel való szennyeződésük miatt.

Többrés

A többszörös hidraulikus rétegrepesztést többféle módszerrel hajtják végre:

1. Először is repedés jön létre a hagyományos technológia segítségével. Ezután ideiglenesen eltömődik a perforációkat lezáró anyagok (granulált naftalin, műanyag golyók és mások) befecskendezésével. Ezt követően a hidraulikus rétegrepesztés máshol történik.
2. A zónák szétválasztása tömörítőkkel vagy hidraulikus kapukkal történik. Mindegyik intervallumban a hidraulikus rétegrepesztés a hagyományos séma szerint történik.
3. Fázisos hidraulikus rétegrepesztés az egyes alatta lévő zónák homokdugóval történő leválasztásával.

Agyagszelvényeken a leghatékonyabb a függőleges repedések létrehozása, mivel ezek kötik össze a termelő olaj- és gázrétegeket. Az ilyen töréseket nem szűrhető folyadékok vagy a befecskendezési sebesség gyors növekedése okozza.

Hidraulikus rétegrepesztés előkészítése

A hidraulikus tartálytechnológia több szakaszból áll. Az előkészítő munka a következő:

1. A kút tanulmányozása a képződményfolyadék beáramlásához, a munkaközeg felszívódásának képességéhez és a hidraulikus rétegrepesztéshez szükséges nyomás meghatározásához.
2. A fenéklyuk tisztítása homok- vagy agyagkéregtől (nyomás alatti vízzel történő mosás, sósavas kezelés, hidro-homokfúvás perforáció és egyéb módszerek).
3. A kút ellenőrzése speciális sablonnal.
4. A munkafolyadék ellátásához leereszkedni a fúrólyuk csövekbe.
5. Tömörítő és hidraulikus horgonyok beszerelése a burkolat védelmére.
6. Kútfej felszereléseberendezések (elosztó, kenő és egyéb eszközök) a szivattyúegységek befecskendező csővezetékekhez való csatlakoztatásához és a kút tömítéséhez.

A technológiai berendezések csővezetékeinek elvi diagramja a hidraulikus rétegrepesztés során az alábbi ábrán látható.

Repedési sorrend

A hidraulikus rétegrepesztés technikája és technológiája a következő eljárásokból áll:

1. A befecskendező csöveket munkafolyadékkal látják el (leggyakrabban olaj a termelőkúthoz vagy víz a befecskendezőkúthoz).
2. Növelje a repesztőfolyadék nyomását a maximális tervezési értékre.
3. Ellenőrizze a tömörítő tömítettségét (nem szabad túlfolynia a folyadéknak a gyűrűből).
4. A hidraulikus repedés bekövetkezte után támasztóanyagot adnak a munkafolyadékhoz. Ezt a kút befecskendezési képességének meredek növekedése alapján ítélik meg (nyomásesés a szivattyúkban).
5. A radioaktív izotópok az utolsó támasztóanyagban vannak a veszteségi zóna nukleáris naplózással történő későbbi ellenőrzésére.
6. Állítsa be a legmagasabb nyomású préselő folyadékot a megbízható repedéskitámasztás érdekében.
7. A repesztőfolyadék eltávolítása az aljáról, hogy biztosítsa a képződményfolyadék beáramlását a fúrólyukba.
8. Feldolgozási berendezések szétszerelése.
9. A kutat üzembe helyezik.

Ha a kút viszonylag sekély, akkor a munkaközeget a burkolatcsöveken keresztül lehet bevezetni. Hidraulikus rétegrepesztés is elvégezhető anélkültömörítő - csöveken és gyűrűn keresztül. Ez csökkenti a nagy viszkózus folyadékok hidraulikus veszteségét.

Gépek és mechanizmusok hidraulikus repesztéshez

A hidraulikus repesztőberendezés a következő típusú berendezéseket tartalmazza:

• Földi gépek és eszközök: szivattyúegységek (ANA-105, 2AN-500, 3AN-500, 4AN-700 és mások); homokkeverő üzemek autóalvázon (ZPA, 4PA, USP-50, Kerui, Lantong és mások); tartálykocsik folyadékok szállítására (ATsN-8S és 14S, ATK-8, Sanji, Xishi és mások); kútfej csővezetékek (elosztó, kútfej, elzárószelepek, elosztó- és nyomáselosztók visszacsapó szelepekkel, nyomásmérőkkel és egyéb berendezésekkel).
• Kiegészítő berendezések: aggregátumok kioldási műveletekhez; csörlők; megfigyelő és vezérlő állomások; csőszállító teherautók és egyéb berendezések.
• Föld alatti berendezések: tömörítők, amelyek elszigetelik a képződményt, amelyben hidraulikus repesztést terveznek a gyártási lánc másik részétől; horgonyok a földalatti berendezések nagy nyomás miatti felemelésének megakadályozására; csővezeték.

A berendezés típusát és a berendezés darabszámát a hidraulikus rétegrepesztés tervezési paraméterei alapján határozzuk meg.

Tervezési jellemzők

A következő alapképleteket használjuk a hidraulikus rétegrepesztés kiszámításához:

1. BHP (MPa) szűrt folyadékkal végzett hidraulikus repesztéshez: p=10^-2KL_c, ahol K az 1, 5-1, 8 MPa/m, L értéktartományból kiválasztott együttható _{c – kúthossz, m.}
2. Folyadék befecskendezési nyomása homokkal (a törés kitámasztásához): p_p =p - ρgL_c + p_t, ahol ρ a homokhordozó folyadék sűrűsége, kg/m³, g=9,8 m/s², p _t – nyomásveszteség a homokot szállító folyadék súrlódása miatt. Az utolsó mutatót a következő képlet határozza meg: p_t =8λQ² ρL_c/(πdB₎2 ^B – cső belső átmérője.
3. Szivattyúegységek száma: n=pQ/(p_pQ_pK_T) + 1, ahol p_p a szivattyú üzemi nyomása, Q_p a betáplálása adott nyomáson, K T- a gép műszaki állapotának együtthatója (0,5-0,8 között van kiválasztva).
4. A kiszorítási folyadék mennyisége: V=0, 785d_B²L_c.

Ha hidraulikus rétegrepesztés történik homok támasztóanyagként, akkor 1 műveletenkénti mennyisége 8-10 tonna, és a folyadék mennyiségét a következő képlet határozza meg:

V=Q_sC_s, ahol Q_s a homok mennyisége, t, C_s – homok koncentrációja 1 m^{3 folyadékban.}

Ezen paraméterek kiszámítása azért fontos, mert a hidraulikus repesztés során túl magas nyomásértéknél folyadék préselődik a tartályba, balesetek történnektermelési oszlop. Ellenkező esetben, ha az érték túl alacsony, a hidraulikus repesztést le kell állítani, mert nem sikerül elérni a kívánt nyomást.

A töréstervezés a következőképpen történik:

1. Kutak kiválasztása a meglévő vagy tervezett terepfejlesztési rendszer szerint.
2. A legjobb törésgeometria meghatározása, több tényező figyelembevételével: kőzetáteresztő képesség, kútrács, olaj-víz érintkezés közelsége.
3. Kőzetek fizikai és mechanikai jellemzőinek elemzése és egy repedés kialakulásának elméleti modelljének kiválasztása.
4. A támasztóanyag típusának, mennyiségének és koncentrációjának meghatározása.
5. Megfelelő reológiai tulajdonságokkal rendelkező repesztőfolyadék kiválasztása és térfogatának kiszámítása.
6. Egyéb technológiai paraméterek számítása.
7. A gazdasági hatékonyság definíciója.

Frac Fluids

A munkafolyadékok (kiszorítás, repesztés és homokhordozó) a hidraulikus rétegrepesztés egyik legfontosabb eleme. Különböző típusaik előnyei és hátrányai elsősorban a reológiai tulajdonságokkal kapcsolatosak. Ha korábban csak viszkózus olajalapú kompozíciókat használtak (a tartályban való felszívódásuk csökkentése érdekében), akkor a szivattyúegységek teljesítményének növekedése lehetővé tette az alacsony viszkozitású vízbázisú folyadékokra való átállást. Ennek köszönhetően a kútfej nyomása és a hidraulikus ellenállás veszteségei a csővezetékben csökkentek.

A világgyakorlatban a következőa hidraulikus repesztőfolyadékok fő típusai:

• Víz támasztóanyaggal és anélkül. Előnye az alacsony költség. Hátránya a tartályba való behatolás alacsony mélysége.
• Polimer oldatok (guar és származékai PPG, CMHPG; cellulóz-hidroxi-etil-éter, karboxi-metil-cellulóz, xantángumi). B, Cr, Ti, Zr és más fémek molekulák térhálósítására szolgálnak. Költség szempontjából a polimerek a középkategóriába tartoznak. Az ilyen folyadékok hátránya a tartályban bekövetkező negatív változások nagy kockázata. Az előnyök közé tartozik a nagyobb behatolási mélység.
• Emulziók, amelyek szénhidrogén fázisból (dízel üzemanyag, olaj, gázkondenzátum) és vízből (ásványos vagy friss) állnak.
• Szénhidrogén gélek.
• Metanol.
• Sűrűsített szén-dioxid.
• Habrendszerek.
• Habzselék, amelyek térhálós gélekből, nitrogén- vagy szén-dioxid-habokból állnak. Magas költségük van, de nem befolyásolják a kollektor minőségét. További előnyök a nagy támasztóanyag teherbíró képesség és az önmegsemmisítés kevés maradék folyadékkal.

E vegyületek funkcióinak javítására különféle technológiai adalékokat használnak:

• felületaktív anyagok;
• emulgeálószerek;
• folyékony súrlódást csökkentő kötések;
• habosítók;
• savasságot megváltoztató adalékok;
• hőstabilizátorok;
• baktericid és korróziógátló adalékok és egyebek.

A hidraulikus repesztőfolyadékok fő jellemzői a következők:

• repedés megnyitásához szükséges dinamikus viszkozitás;
• infiltrációs tulajdonságok, amelyek meghatározzák a folyadékveszteséget;
• a támasztóanyag szállításának képessége anélkül, hogy idő előtt kiülepedne az oldatból;
• nyírási és hőmérsékleti stabilitás;
• kompatibilitás más reagensekkel;
• maró tevékenység;
• zöld és biztonságos.

Az alacsony viszkozitású folyadékok nagyobb térfogatú befecskendezést igényelnek a szükséges nyomás eléréséhez a tartályban, a nagy viszkozitású folyadékok pedig nagyobb nyomást igényelnek a szivattyúberendezések által, mivel jelentős veszteségek lépnek fel a hidraulikus ellenállásban. A viszkózusabb folyadékokat a kőzetekben alacsonyabb szűrhetőség is jellemzi.

támasztó anyagok

A leggyakrabban használt támasztékok a következők:

• Kvarchomok. Az egyik legelterjedtebb természetes anyag, ezért költsége alacsony. Kijavítja a repedéseket különböző geológiai körülmények között (univerzális). A hidraulikus rétegrepesztéshez használt homokszemcsék mérete 0,5-1 mm. A homokhordozó folyadék koncentrációja 100-600 kg/m3 között változik. Az erős repedésekkel jellemezhető kőzetekben az anyagfelhasználás elérheti a több tíz tonnát 1 kútonként.
• Bauxitok (alumínium-oxid Al₂O_{3). Az ilyen típusú támasztóanyag előnye, hogy nagyobb szilárdságú a homokkal szemben. Készítettebauxitérc aprítása és pörkölés.}
• Cirkónium-oxid. Tulajdonságai hasonlóak az előző típusú kitámasztóhoz. Európában széles körben használják. Az ilyen anyagok általános hátránya a magas költségük.
• Kerámia granulátum. A hidraulikus rétegrepesztéshez 0,425 és 1,7 mm közötti méretű granulátumokat használnak. Közepes szilárdságú támasztóanyagok közé tartoznak. Mutasson magas gazdasági hatékonyságot.
• Üveggolyók. Korábban mélykutakhoz használták, mára szinte teljesen lecserélték olcsóbb bauxitokra.

Savas repesztés

A savas hidraulikus rétegrepesztés lényege, hogy az első szakaszban mesterségesen hoznak létre repedést (akárcsak a hagyományos hidraulikus rétegrepesztési technológiában), majd savat pumpálnak bele. Ez utóbbi reakcióba lép a kőzettel, hosszú csatornákat hozva létre, amelyek növelik a tározó áteresztőképességét az alsó lyukzónában. Ennek eredményeként az olaj visszanyerési tényezője nő a kútból.

Ez a fajta hidraulikus repesztési eljárás különösen hatékony karbonátos képződmények esetén. A kutatók szerint a világ olajtartalékának több mint 40%-a kapcsolódik ehhez a típusú tározóhoz. A hidraulikus rétegrepesztés technikája és technológiája ebben az esetben kissé eltér a fent leírtaktól. A berendezés saválló kivitelben készül. Inhibitorokat (formalin, unikol, urotropin és mások) is használnak a gépek korrózió elleni védelmére.

A savas repesztés típusai kétlépcsős kezelések olyan anyagok felhasználásával, mint:

• polimer vegyületek (PAA, PVC, gipan ésmások);
• latexvegyületek (SKMS-30, ARC);
• sztirol;
• gyanták (BNI-5, TSD-9, TS-10).

Savas oldószerként 15%-os sósavoldatot, valamint speciális összetételeket (SNPKh-9010, SNPKh-9633 és mások) használnak.

A savas repesztés típusai kétlépcsős kezelések olyan anyagok felhasználásával, mint:

• polimer vegyületek (PAA, PVV, gipan és mások);
• latexvegyületek (SKMS-30, ARC);
• sztirol;
• gyanták (BNI-5, TSD-9, TS-10).

Savas oldószerként 15%-os sósavoldatot, valamint speciális összetételeket (SNPKh-9010, SNPKh-9633 és mások) használnak.