Нохріна, Т. А. Гідравлічний розрив пласта при бурінні нафтових та газових свердловин / Т. А. Нохріна. - Текст: безпосередній // Молодий учений. - 2021. - № 38 (380). - С. 25-28. - URL: https://moluch.ru/archive/380/84107/ (дата звернення: 13.01.2025).
У статті описується один з найбільш ефективних способів підвищення продуктивності і збільшення темпів відбору флюїду складів запасів при бурінні нафтогазових свердловин.
Ключові слова: гідравлічний розрив пласта, проппант, колектор, запаси, які важко видобувати.
Вступ
З кожним роком запаси корисних копалин у нашій країні стоншуються, нафти і газу дедалі менше, видобувати вуглеводні стає дедалі складніше. Безліч родовищ Західного Сибіру мають низькопроникні, неоднорідні, розчленовані колектори, тому дедалі більше уваги приділяється технологіям, дозволяють розробляти поклади зі складними геолого-физическими умовами. Одним з найефективніших методів підвищення продуктивності свердловин, що розкривають складові запаси вуглеводнів, і збільшення темпів відбору флюїдів з них, є метод гідравлічного розриву пласта (далі ГРП).
Основні поняття про
метод гідравлічного розриву пласта.
Гідравлічний розрив пласта (ГРП) це метод механічного впливу на продуктивний пласт надлишкового тиску, створюваного закачуванням в свердловину рідини, під впливом якого він розривається по площинах мінімальної міцності.Потім, для утримання тріщини, що вийшла, в розкритому стані після скидання тиску рідини, в закачувану рідину додається розклинювальний матеріал-проппант, (пісок, керамічні кульки або агломерований боксит). Тріщина у породі може бути зорієнтована у горизонтальному чи вертикальному напрямі. Тип розриву, який може статися у конкретних умовах, залежить від напруги у пласті. Розрив відбувається у напрямку, перпендикулярному найменшій напрузі. У більшості свердловин відбуваються вертикальні розриви. Тріщина розриву утворює два крила, орієнтовані під кутом 180 ° один до одного. Горизонтальний розрив відбувається у свердловині, якщо горизонтальна напруга більша, ніж вертикальна напруга. Технологія застосування ГРП заснована на вивченні механізму поширення тріщин під впливом тиску, це дозволяє визначити напрямок тріщини, спрогнозувати її параметри та оптимізувати витрати. Метод ГРП може мати безліч технологічних рішень, виходячи з особливостей об'єкта обробки та поставленої мети. Технології ГРП розрізняються за обсягами закачування технологічних рідин, проппантів і розмірами створюваних тріщин. Перед проведенням ГРП складають проект, у якому виходячи з геології пласта в районі свердловини та заданих цілей визначається технологія на пласт.
Рідини розриву.
Найважливішою частиною проектування гідророзриву пласта є вибір рідини розриву. Рідини розриву можуть бути: - на спиртовій основі; - емульсійні рідини розриву; Також у світовій практиці відомі рідини на основі пін та енергетичні рідини розриву, де використовується азот та вуглекислий газ, що розчиняються у воді. Розрахунок ефективності проведення гідророзриву пласта підтверджується попереднім розрахунком за низкою формул. При достовірності вихідних даних можна з високою точністю прорахувати ефективність ГРП захоплення нафтовіддачі тієї чи іншої пласта.
Технологія та
техніка проведення ГРП.
Операції ГРП включає такі етапи: - спуск високоміцних насосно-компресорних труб з пакером та якорем; - обв'язування та опресування на визначення прийомистості свердловини закачуванням рідини; - Закачування по насосно-компресорних труб в пласт рідини-розриву, рідини-пісконосія та продавочної рідини; - пуск свердловини у роботу. (Малюнок 1). Мал. 1. Гідророзрив пласта ГРП пласта здійснюється при використанні цілого комплексу обладнання: - Спеціальні насосні агрегати високого тиску; — станція контролю та управління процесом; - Автомобіль для перевезення хімічних реагентів; Технологічна схема при ГРП показано малюнку 2. Мал. 2. Технологічна схема гідравлічного розриву пласта: 1 – тріщина розриву; 2 - продуктивний пласт; 3 - пакер; 4 - якір; 5 - обсадна колона; 6 - насосно-компресорні грубі; 7 - арматура гирла; 8 - манометр; 9 - блок маніфольдів; 10 - станція контролю та управління процесом; 11 - насосні агрегати; 12 - піскозмішувачі; 13 - ємності з технологічними рідинами; 14 - насосні агрегати До проведення гідророзриву пласта свердловину випробовують на приплив, визначають її поглинальну здатність та тиск при поглинанні рідини. З цією метою одним агрегатом закачують нафту до отримання на гирлі деякого надлишкового тиску, при якому починає приймати свердловина рідина. Протягом 10-20 хв вимірюють витрату при постійному тиску нагнітання в свердловину.Після підключення другого і наступних агрегатів і збільшення кількості рідини, що закачується, піднімають тиск щоразу на 2-3 МПа і знову визначають витрату. Наприкінці дослідження створюють максимально високий тиск, у якому знову заміряють витрати. За отриманими даними будують графік залежності прийому свердловини від тиску нагнітання. На підставі даних поглинальної здатності свердловини визначають обсяг рідини і тиск, необхідні для проведення ГРП, оцінюють якість проведеного розриву, і змінах проникності пластів привибійної зони після розриву. За тиск розриву пласта умовно приймають тиск, у якому коефіцієнт приемистости свердловини збільшується в 3–4 разу проти початковим. Після промивання, очищення та перевірки спеціальним шаблоном свердловину спускають насосно-компресорні труби діаметром 75 або 100 мм з пакером і якорем. Гирло свердловини обладнають спеціальним обладнанням-головкою, до якої підключають агрегати для нагнітання в свердловину рідини розриву. Після розриву пласта приступають до другого етапу - нагнітання в тріщину рідини-пісконосія з піском при великій витраті та високому тиску. Рідина-пісконосій з піском задавлюють в тріщину рідиною для продажу при максимальному тиску і з максимальною швидкістю закачування. Досягається це шляхом підключення найбільшої кількості агрегатів. Як продавочна рідина для нафтових свердловин використовують нафту і для нагнітальних - воду. Кількість цієї рідини має дорівнювати ємності колони труб. Завантаження продавочної рідини є останнім, третім етапом безперервного процесу гідророзриву пласта. Після продавки гирло закривають і свердловину дають спокій доти, доки тиск на гирлі не впаде до нуля. Потім промивають свердловину, очищають від піску і приступають до освоєння.
Висновок
ГРП пласта в даний час є основною технологією інтенсифікації розробки низькопроникних колекторів, що забезпечує багаторазовий приріст дебіту рідини в експлуатаційних свердловинах. Основні терміни
(генеруються автоматично): високий тиск, гідравлічний розрив пласта, рідина, свердловина, управління процесом, агрегат, тріщина розриву, технологічна схема, станція контролю, витрата, розрив, продуктивний пласт, пласт, надлишковий тиск, рідина, що закачується, рідина розриву, тиск нагнітання, тиск. Текст роботи розміщено без зображень та формул. Нафтогазовий комплекс (НГК) відіграє ключову роль в економіці Росії та формує близько 20% ВВП, 50% нафтогазових доходів у структурі федерального бюджету, 67% валютних надходжень від експорту нафти, газу та продуктів переробки у загальному обсязі експорту, 25% обсягу інвестицій в основний капітал [1]. Газ та нафта - основні види палива, які використовуються в наш час. Початок промислової розробки родовищ нафти посідає кінець XIX - початок XX століть. Кінець XX століття був охарактеризований значним зростанням попиту на дані ресурси та значним збільшенням їхнього споживання. На цьому етапі світового розвитку близько 70% потреби в енергії покривається за рахунок нафти та газу. Надрокористування як вид економічної діяльності надає на екологію колосальне навантаження. При аварії ґрунт зазнає забруднення більш ніж у 80% випадків, а водні об'єкти у 17 %. Об'єкти підприємств з видобутку та переробки нафти та газу належать до об'єктів підвищеної небезпеки, при їх експлуатації необхідний постійний контроль. Виділяють три основні способи експлуатації свердловин: фонтанний, газліфтний та насосний. Для збільшення економічної вигоди почали шукати методи інтенсифікації видобутку нафти та газу. Одним із таких методів став гідророзрив пласта (ГРП). Гідророзрив пласта (ГРП) є одним із основних методів інтенсифікації видобутку нафти та підвищення нафтовіддачі низькопроникних колекторів.На об'єктах, що становлять майже третину світових запасів нафти, що важко видобувається, тільки застосування ГРП дозволяє зробити розробку родовища рентабельною [2]. Розрізняють проппантний гідророзрив та кислотний. Проппантний ГРП - гідророзрив, в якому знаходить застосування спеціальний матеріал, що розклинює - проппант, його закачують, щоб створена тріщина в грунті не стулялася. Даний вид ГРП переважно використовується в теригенних пластах. Саме проппантний ГРП мається на увазі, коли говорять про гідравлічний розрив пласта. Кислотний ГРП – гідророзрив, у якому використовується кислота як рідина розриву. Як правило, знаходить застосування у разі карбонатних пластів. Група каверн і тріщин, що утворюється за допомогою кислоти і високого тиску, не вимагає закріплення проппантом. Відрізняється від звичайної обробки кислотою значно більшим обсягом використовуваної кислоти та тиском закачування, що перевищує тиск розриву гірської породи. Першою у світі компанією, що застосувала даний метод (1949 року в США), стала компанія Halliburton. Технічна вода застосовувалася як розривна рідина, а річковий пісок як розклинювальний агент. У СРСР даний метод почали застосовувати приблизно в той же час, теоретичну основу розробили вчені Желтов Ю. П., Християнович С. А. (1953), тим самим вплинув на розвиток даного методу не тільки в СРСР, але і в світі . Але лише останнє десятиліття ознаменувало справжній розквіт використання ГРП, коли стала можливою сланцева революція США за рахунок переходу даний спосіб видобутку. Ця технологія досить популярна і в Росії, хоча про це мало хто говорить.Тим часом значна частина великих вітчизняних добувачів нафти вважає ГРП однією з найефективніших методик. Малюнок. Метод гідророзриву пласта Технологія здійснення ГРП включає в себе закачування в свердловину за допомогою потужних насосів рідини, що розриває, в якості якої може застосовуватися як кислота, так і вода, при надзвичайно високих тисках 500-1500 атм. Щоб тріщина, що утворилася, продовжувала знаходитися у відкритому стані, вводиться розклинювальний агент - проппант в теригенних колекторах, кислота, що роз'їдає стінки тріщини, в карбонатних. Але не виключено застосування в карбонатних колекторах пропанта. ГРП використовують для видобутку сланцевого газу метану з вугільних пластів. Розглянемо докладніше негативні наслідки видобутку сланцевого газу шляхом ГРП. Природний сланцевий газ, всупереч поширеній думці, пов'язаний не з горючими сланцями, а з темнокольоровими сланцюватими пелітоморфними породами, вміст органічної речовини в яких нижче 20% [3]. Газ у природі міститься у невеликих кількостях, тому для його видобутку потрібна розробка великих площ. При його видобутку потрібні величезні запаси води, використовують від 5000 до 20000 тонн суміші води, піску та хімікатів, а таких гідророзривів десятки на одній свердловині. А самих свердловин бурять 10-15 штук на 1 кв. км. Поблизу родовищ відбувається значне накопичення обсягів відпрацьованої забрудненої хімічними речовинами води, яка неминуче потрапить у ґрунт, знищуючи при цьому її родючі властивості та підземні води. Видобуток сланцевого газу методом ГРП призводить до забруднення ґрунтових вод бензолом, толуолом, диметилбензолом, етилбензолом, миш'яком та багатьма іншими небезпечними речовинами.Для однієї операції гідророзриву потрібно 80-300 тонн хімікатів до 500 найменувань. Як показує багаторічна практика закачування забруднених стічних вод під землю - все це, однозначно, буде виявлятися в більш високих шарах, нехай і через десяток років. Шкода від видобутку даним методом сланцевого газу настільки велика, що достатньо одного вибуху, щоб грунтові води набули металевого смаку, відповідного кольору і стали небезпечними для застосування. Так, у деяких районах видобутку воду, що знаходиться в колодязях, можна підпалити. Таке забруднення родючого шару та ґрунтових вод протягом кількох років перетворює земельні площі на пустелю. Газ, який не вдалося викачати, вступає в реакцію з хімічними речовинами, які за технологією закачуються в ґрунт, і просочується через тріщини на поверхню. Також при видобутку сланцевого газу виникають значні втрати метану 3,6 -7,9%, що призводить до посилення парникового ефекту. Рівень викидів парникових газів у процесі видобутку значно більший, ніж у видобутку інших видів викопного палива. А також існує велика ймовірність забруднення радіоактивними речовинами, які також виносяться на поверхню. Навіть американські вчені – творці методу ГРП – визнають його екологічну небезпеку та виникнення руйнівних процесів у самому ґрунті, аж до сейсмічної нестабільності та землетрусів, а також просідання ґрунту, яке може становити понад десяток метрів. Видобуток сланцевого газу потребує вилучення великих обсягів підземних вод у районі родовища. А це, як правило, викликає утворення додаткових порожнин під землею. Шкода від видобутку сланцевого газу може перетворити життя людей, які проживають на територіях поблизу родовищ, на жах. У місцях, де використовується ГРП, вода стає непридатною для пиття, люди частіше хворіють, відбувається збільшення онкологічних захворювань та хвороб легень, оскільки у сланцевих родовищ фіксується високий рівень гамма-випромінювання, у тварин випадає шерсть, погіршується якість повітря Існуючі проблеми з екологією як мінімум у трьох штатах Америки, що поступово набувають статусу катастрофи. Саме з цієї причини у штаті Нью-Йорк видобуток сланцевого газу було заборонено. У Європі, на думку багатьох експертів, видобуток сланцевого газу не набуде серйозного поширення, оскільки екологічне законодавство є більш жорстким, ніж у США. Основна причина, через яку метод гідророзриву все ж таки знаходить своє застосування, полягає в різкому зростанні дебіту свердловини в процесі експлуатації. Метод дозволяє «оживити» свердловини, що простоюють, на яких видобуток викопних ресурсів традиційними способами малорентабельна або навіть неможлива. Але чи варто замислитися, чи такий вигідний видобуток сланцевого газу і сам метод? Адже він завдає чималих збитків в економіці, оскільки установки для його видобутку дуже дорогі, а термін експлуатації свердловини дуже короткий. Внаслідок цього його видобуток може не окупитися. Але все ж таки фінансові збитки не йдуть в порівнянні з величезним шкодою, що метод ГРП завдає екології та, відповідно, життю та здоров'ю людини. Література:
У статті аналізуються сутність та основні аспекти застосування методу гідророзриву пласта на нафтових родовищах. У сучасній галузі нафтовидобутку гідророзрив пласта (ГРП) є ефективним методом впливу на привибійну область свердловини. Цей спосіб необхідний збільшення продуктивної віддачі від родовища нафти чи газу, ступеня поглинання нагнітальних різновидів свердловин, і навіть у межах робіт із ізоляції грунтових вод. Сам процес гідравлічного розриву пласта включає створення нових тріщин та збільшення вже наявних, які пролягають у привибійній породі. Вплив на тріщини відбувається за допомогою регулювання тиску рідини, що подається у свердловину. В результаті гідророзриву пласта із свердловини стає можливо видобувати цінні ресурси, розташовані на віддаленій відстані від ствола. Особливості технології промивання та освоєння горизонтальних свердловин після селективного гідророзриву пласта на родовищах Західного Сибіру МЕТОД ГІДРОРОЗРИВУ ПЛАСТА: СУТНІСТЬ ТА ОСНОВНІ АСПЕКТИ ЗАСТОСУВАННЯ НА НАФТОВІХ МІСЦЯХ Гузенко Ю.В. Гузенко Юлія Владленівна – студент, кафедра розробки нафтових та газових родовищ, Тюменський індустріальний університет, м. Тюмень Анотація: у статті аналізуються сутність та основні аспекти застосування методу гідророзриву пласта на нафтових родовищах. У сучасній галузі нафтовидобутку гідророзрив пласта (ГРП) є ефективним методом впливу на привибійну область свердловини. Цей спосіб необхідний збільшення продуктивної віддачі від родовища нафти чи газу, ступеня поглинання нагнітальних різновидів свердловин, і навіть у межах робіт із ізоляції грунтових вод. Сам процес гідравлічного розриву пласта включає створення нових тріщин та збільшення вже наявних, які пролягають у привибійній породі. Вплив на тріщини відбувається за допомогою регулювання тиску рідини, що подається у свердловину. В результаті гідророзриву пласта із свердловини стає можливо видобувати цінні ресурси, розташовані на віддаленій відстані від ствола. Ключові слова: гідророзрив пласта, привибійна зона, пласт, проппант, тріщина, режим роботи пласта, дренування. Сутність технології ГРП полягає у створенні високопровідної тріщини в пласті під дією рідини, що подається в нього під тиском, яке забезпечуватиме приплив флюїду до вибою свердловини. Зазвичай, після проведення ГРП відбувається збільшення дебіту свердловини та зменшення депресії. Ця технологія допомагає "оживити" малорентабельні свердловини або свердловини, де здійснювати видобуток традиційними способами вже неможливо, а також він застосовується при розробці нових пластів. У однорідних пластах за товщиною зазвичай створюється 1 тріщина значної довжини. На багатопластових чи великій товщині покладах, представлених низькопроникними геологічними формаціями, здійснюється, як правило, поінтервальне ГРП. Робоча рідина, що застосовується для ГРП, нагнітається у пласт через колону труб. Якщо тиск розриву перевищує допустимий робочий тиск для експлуатаційної колони та гирлової запірної арматури, то технологи рекомендують замість запірної арматури встановити спеціальну головку, а на нижньому кінці НКТ встановити пакер, вище якого міжтрубний простір заповнити рідиною з більшою щільністю. Як робочої рідини ГРП зазвичай застосовують розчини з використанням високомолекулярних полімерів (для зниження втрат тиску) на водній основі, у тому числі технічну або пластову воду, рідше солянокислотні розчини (для карбонатних порід) або сиру нафту та ін. Як розклинювальний матеріал використовуються пропанти, кварцовий пісок та інші матеріали фракції 0,5-1,5 мм. Ефективність ГРП підвищується при одночасної гідропіскоструминної або прострілювальної перфорації свердловини, проте при поінтервальних ГРП при цьому необхідно ізолювати оброблену ділянку пласта за допомогою пакера і т.д. Технологічна ефективність застосування методів збільшення нафтовіддачі характеризується: 1. додаткового видобутку нафти рахунок підвищення нафтовіддачі пласта; 2. поточним додатковим видобуванням нафти за рахунок інтенсифікації відбору рідини з пласта; 3. скороченням обсягу попутно видобутої води. Додатково видобута нафта за встановлений період визначається арифметичною різницею між фактичною свердловин з ГРП і розрахунковим видобуванням без проведення ГРП (базовий видобуток). На сьогоднішній день існує наступна рекомендація при підборі свердловин для проведення ГРП: 1. Аналіз геолого-фізичної та промислової інформації; побудова детальної геологічної моделі об'єкта 2. Визначення орієнтації тріщин. 3. Розрахунок оптимальних параметрів тріщини - довжини та провідності. 4. Виявлення свердловин із забрудненою привибійною зоною. 5. При розміщенні свердловин на новій ділянці або родовищі необхідно враховувати по можливості орієнтацію тріщин. 6. Створення геолого-математичної моделі об'єкта. 7. Розрахунок базового варіанта розробки (без проведення ГРП). 8. Розрахунок варіанта з гідророзривами у всіх свердловинах, намічених на етапах 4 - 5. 9. Зіставлення базового варіанта та варіанта з ГРП: а) виявлення свердловин, у яких гідророзрив не призводить до суттєвого збільшення видобутку нафти; б) виявлення невиробних ділянок пласта та проектування додаткових ГРП у видобувних свердловинах для дренування цих ділянок; в) виявлення ділянок, що характеризуються зниженим пластовим тиском, та проектування додаткових ГРП у нагнітальних свердловинах. 10. Створення нових варіантів з ГРП, проведення розрахунків, зіставлення варіантів між собою та з базовим варіантом. 11. Вибір кількох, технологічно ефективних варіантів. 12. Проведення техніко-економічних розрахунків з урахуванням витрат на ГРП; вибір варіанта, що рекомендується. Ефективність технології гідророзриву для застосування на тому чи іншому об'єкті залежить від великої кількості геологічних, технологічних та технічних факторів. Найважливішим і суттєвим чинником є тип пласта, у якому ми проводитимемо операцію ГРП. Великий вплив тут має такий параметр як розчленованість пласта і неоднорідність простягання, оскільки дані характеристики дозволяють забезпечити високу ефективність гідророзриву за рахунок прилучення до розробки зон, що не дренуються раніше. Варто також враховувати товщину і витриманість екранів, що відокремлюють продуктивний пласт від газо- або водонасичених колекторів, яка повинна бути не менше 4-6 метрів. Наступний важливий фактор, який дуже впливає на ефективність ГРП - це режим роботи пласта або характер рушійних сил у пласті, які просувають до забою свердловини флюїд. При правильному та грамотному проведенні ГРП ефективність буде вищою при режимах пласта із створюваним великим пластовим тиском, тобто при водонапірному режимі, жорстко газо- та водонапірних режимах, а також режимі газової шапки. Однак при даних режимах пласта операції ГРП може виникнути ризик прориву води, що нагнітається або підошов, по тріщинах ГРП в свердловину, а це призведе до значного зростання обводненості продукції, що видобувається і зменшенню показників видобутку нафти.Така сама ситуація і з жорстко газонапірним і з режимом газової шапки. Тому слід дуже ретельно проводити дослідження пласт і режиму його роботи. Таким чином, ГРП дозволяє вирішувати такі завдання: 1) при забрудненій привибійній зоні або малій проникності колектора дозволяє підвищувати прийомистість (продуктивність) свердловини; 2) при багатопластовій будові об'єкта можна розширити інтервал припливу (поглинання); 3) регулювання профілю прийомистості, ізоляція припливу води, інтенсифікація нафтового припливу тощо. 1. Гнездов А.В. Про точність розрахунків параметрів тріщин при гідророзриві пласта Текст. / А.В. Гніздів // Гірський інформаційно-аналітичний бюлетень. М: Державний гірничий університет, 2010. № 3. С. 95-97. 2. Чубано, О.В. Прогнозування ефективного гідророзриву пласта та використанням послідовної діагностичної процедури Текст. / О.В. Чубанов, В.О. Богопольський // Вчені записки Азіннафтохім. Баку, 1970. № 6. З. 60-68. 3. Кудряшов, С.І. Гідророзрив пласта як спосіб розробки низькопроникних колекторів на родовищах НК "Роснефть" Текст. / С.І. Кудряшов, С.І. Бачин, І.С. Афанасьєв, А.Р. Латипов та ін// Вісник ЦКР Роснедра, 2006. № 2. С. 72 - 84. 4. Жовте Ю.П. Про гідравлічний розрив нафтоносного пласта [Текст]/Ю.П. Жовтов, С.А. Християнович // Ізв. АН СРСР. ОТН, 1955. № 5. С. 3-41. 5. Жданов С.А. Проектування та застосування гідророзриву пласта в системі свердловин [Текст] / С. А. Жданов, С.В. Костянтинов // Нафтове господарство, 1995. № 9. З. 24-25. 6. Горобець Є.А. Особливості застосування гідророзриву пласта при розробці низькопроникних колекторів Самотлорського родовища Текст. / Є.А. Горобець, М.А. Гапон, А.П. Тітов, С.Х. Абдульмянов// Нафтове господарство, 2007. № 3. С. 54 - 55.Гідравлічний розрив пласта при бурінні нафтових та газових свердловин
VII Міжнародна студентська наукова конференція Студентський науковий форум – 2015
ЕКОЛОГІЧНА НЕБЕЗПЕКА ЗАСТОСУВАННЯ МЕТОДУ ГІДРОРАЗРИВУ ПЛАСТА ПРИ ВИБУТКУ СЛАНЦЕВОГО ГАЗУ
Повна версія роботи доступна у вкладці "Файли роботи" у форматі PDF
Метод гідророзриву пласта: сутність та основні аспекти застосування на нафтових родовищах Текст наукової статті зі спеціальності «Енергетика та раціональне природокористування»
Анотація наукової статті з енергетики та раціонального природокористування, автор наукової роботи — Гузенко Юлія Владленівна
Схожі теми наукових праць з енергетики та раціонального природокористування, автор наукової роботи — Гузенко Юлія Владленівна
Текст наукової роботи на тему «Метод гідророзриву пласта: сутність та основні аспекти застосування на нафтових родовищах»