Hüdrauliline purustamine: tüübid, arvutused ja tehnoloogiline protsess

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-02 13:53

Hüdrauliline purustamine (HF) on üks tõhusamaid geoloogilisi ja tehnilisi meetmeid, mille eesmärk on intensiivistada kihistu vedeliku voolu tootmiskaevudesse. Selle tehnoloogia kasutamine võimaldab mitte ainult suurendada varude taastumist kaevu äravoolu raadiuses, vaid ka laiendada seda piirkonda, suurendades veehoidla lõplikku õlikogust. Seda tegurit arvestades saab põllu arendusprojekti teostada hõredama kaevumustri paigutusega.

Lühikirjeldus

Hüdraulilise purustamise olemust kirjeldab järgmine protsess:

• reservuaar on allutatud ülemäärasele survele (töötlemisvedeliku tarbimine on palju suurem, kui seda suudavad kivid absorbeerida);
• puuraugu rõhk suureneb, kuni see ületab kollektori sisepinged;
• kivid rebenevad kõige väiksema mehaanilise tugevusega tasapinnal (enamasti kaldus või vertikaalselt);
• jällemoodustuvad ja vanad praod suurenevad, ilmneb nende seos loodusliku pooride süsteemiga;
• suurenenud läbilaskvusega tsoon kaevu lähedal suureneb;
• spetsiaalsed granuleeritud tugiained (proppants) pumbatakse laienenud luumurdudesse, et fikseerida need avatud olekus pärast kihistusele avaldatava surve eemaldamist;
• takistus kihistu vedeliku liikumisele muutub peaaegu nulliks, mistõttu kaevu voolukiirus suureneb mitu korda.

Murdude pikkus kivimites võib olla mitusada meetrit ja kaevu põhi ühendatakse veehoidla kaugemate piirkondadega. Selle ravi efektiivsuse üks olulisemaid tegureid on prao fikseerimine, mis võimaldab luua filtreerimiskanali. Kuid kaevu tootlikkus ei saa lõpmatult suureneda, kui murru suurus suureneb. Seal on maksimaalne pikkus, millest kõrgemal ei muutu voolukiirus intensiivsemaks.

Kasutusala

Seda tehnoloogiat kasutatakse nii tootmiseks (täiustatud õli taaskasutamine) kui ka sissepritseks (suurendatud injektsioonivõime), horisontaalsete ja vertikaalsete kaevude jaoks. Eristatakse järgmisi hüdraulilise purustamise rakendusvaldkondi:

• erineva läbilaskvusega reservuaaride saastunud põhjaaugu tsooniga kaevude tootmiskiiruse intensiivistamine;
• heterogeensete hoiuste arendamine;
• kaevu hüdrodünaamilise ühenduse parandamine reservuaari loodusliku murdesüsteemiga;
• reservuaari vedeliku sissevoolutsooni laiendamine;
• madala läbilaskvusega reservuaaride arendamine jamadala varuga kaevud;
• muutus süstekaevude imbvooludes;
• kaevude parameetrite taastamine, mida muud meetodid ei mõjuta.

Hüdraulilise purustamise tehnoloogia piirangud on gaasiõli tsoonid, mida iseloomustavad järgmised omadused:

• kiire koonumine (moodustise vee tõmbamine kaevu põhja);
• vee või gaasi äkiline läbimurre puurauku;
• väikeste varudega tühjenenud reservuaarid, väikese mahuga õliga küllastunud läätsed (majandusliku kahjumlikkuse tõttu).

Enamasti kasutatakse hüdraulilist purustamist keskmise ja suure läbilaskvusega reservuaaride stimuleerimismeetodina. Nende jaoks on reservuaarivedeliku sissevoolu suurendamise peamiseks teguriks moodustunud murru pikkus ja madala kivimite läbilaskvusega ladestutes selle laius.

Hüdrauliline purustamine: eelised ja puudused

Hüdraulilise purustamise eelised on järgmised:

• kohaldatav mitmekesise geoloogilise struktuuriga piirkondadele;
• mõju nii kogu reservuaarile kui ka selle lõigule;
• hüdraulilise takistuse tõhus vähendamine põhjaava tsoonis;
• halvasti kuivendatud külgnevate alade osadus;
• odav töövedelik (vesi);
• kõrge kasumlikkus.

Puuduste hulka kuuluvad:

• vajadus suurte vee, liiva ja täiendavate kemikaalide järele;
• kivisse pragude tekitamise kontrollimatu protsess, mehhanismi ettearvamatuspragunemine;
• kui pärast hüdraulilist purustamist võetakse kasutusele suure vooluhulgaga kaevud, saab luumurrudest välja toetuda, mille tulemusena väheneb nende avanemise määr ja voolukiirus esimestel kuudel pärast käivitamist operatsioonist;
• kontrollimatu väljavoolu ja keskkonnareostuse oht.

Protsessi variatsioonid

Murdumismeetodid erinevad luumurdude moodustumise tüübi, süstitava vedeliku ja tugede mahu ning muude omaduste poolest. Hüdraulilise purustamise peamised tüübid on järgmised:

• Vastav alt kihistu mõjupiirkonnale: lokaalne (murru pikkus kuni 20 m) - kõige levinum; sügavale tungiv (murru pikkus 80-120 m); massiline (1000 m ja rohkem).
• Õmbluse katvuse järgi: ühekordne (mõju kõigile õmblustele ja vahekihtidele); mitu (kaevude jaoks, mis on avanud 2 või enam kihti); intervall (konkreetse reservuaari jaoks).
• Erimeetodid: happeline purustamine; TSO tehnoloogia - lühikeste murdude moodustumine, et vältida nende levikut vee-õli kontakti ja vähendada toetusaine sissepritse mahtu (see meetod näitab kõrget efektiivsust liivastes reservuaarides); impulss (mitme radiaalselt lahkneva murdumise tekitamine keskmise ja suure läbilaskvusega kivimites nahaefekti vähendamiseks – pooride läbilaskvuse halvenemine nende saastumise tõttu filtreerivas moodustumisvedelikus sisalduvate osakestega.

Mituvahe

Mitmekordne hüdrauliline purustamine toimub mitmel viisil:

1. Esiteks luuakse tavatehnoloogia abil pragu. Seejärel on see ajutiselt ummistunud, süstides aineid (granuleeritud naftaleen, plastkuulid ja muud), mis sulgevad perforatsioonid. Pärast seda tehakse hüdraulilist purustamist mujal.
2. Tsoonide eraldamine toimub tihendajate või hüdrauliliste väravate abil. Iga intervalli puhul viiakse hüdrauliline purustamine läbi traditsioonilise skeemi järgi.
3. Etapiline hüdrauliline purustamine koos iga all oleva tsooni isoleerimisega liivakorgiga.

Savisektsioonide puhul on kõige tõhusam vertikaalsete murdude tekitamine, kuna need ühendavad tootlikke nafta- ja gaasivahekihte. Sellised luumurrud tekivad mittefiltreeritavate vedelike mõjul või süstimiskiiruse kiirel suurenemisel.

Ettevalmistus hüdrauliliseks purustamiseks

Hüdraulikapaagi tehnoloogia koosneb mitmest etapist. Ettevalmistustöö on järgmine:

1. Uuring kihistu vedeliku sissevoolu kaevu, töövedeliku neelamise võime ja hüdrauliliseks purustamiseks vajaliku rõhu määramiseks.
2. Põhjaaugu puhastamine liivast või savikoorikust (surveveega pesemine, vesinikkloriidhappega töötlemine, hüdro-liivapritsiga perforeerimine ja muud meetodid).
3. Kaevu kontrollimine spetsiaalse malliga.
4. Töövedeliku varustamiseks laskuge puurauku torudesse.
5. Survepakendi ja hüdrauliliste ankrute paigaldamine korpuse kaitsmiseks.
6. Kaevupea paigaldamineseadmed (kollektor, määrdeseade ja muud seadmed) pumpamisseadmete ühendamiseks sissepritsetorustikuga ja kaevu tihendamiseks.

Protsessiseadmete torustike põhiskeem hüdraulilise purustamise ajal on näidatud alloleval joonisel.

Mõranemisjärjestus

Hüdraulilise purustamise tehnika ja tehnoloogia koosneb järgmistest protseduuridest:

1. Sissepritsetorud on varustatud töövedelikuga (enamasti õli tootmiskaevu jaoks või vesi süstimiskaevu jaoks).
2. Suurendage purustamisvedeliku rõhku maksimaalse projekteeritud väärtuseni.
3. Kontrollige tihendi tihedust (rõngast ei tohiks vedelikku üle voolata).
4. Töövedelikku lisatakse pärast hüdraulilist purustamist. Seda hinnatakse kaevu sisselaskevõime järsu suurenemise järgi (rõhulangus pumpades).
5. Radioaktiivsed isotoobid sisalduvad proppandi viimases partiis, et edaspidi kontrollida kadumistsooni tuumalogimise abil.
6. Varustage kõrgeima survega pigistamise vedelikku usaldusväärseks pragude toetamiseks.
7. Mõranemisvedeliku eemaldamine põhjast, et tagada moodustumise vedeliku sissevool puurauku.
8. Demonteerige protsessiseadmed.
9. Kaev võetakse kasutusele.

Kui kaev on suhteliselt madal, siis on lubatud töövedelikku varustada mantlitorude kaudu. Hüdraulilist purustamist on võimalik läbi viia ka ilmapakkija - läbi torude torud ja rõngas. See vähendab väga viskoossete vedelike hüdraulilisi kadusid.

Hüdraulilise purustamise masinad ja mehhanismid

Hüdraulilised purustamisseadmed hõlmavad järgmist tüüpi seadmeid:

• Maasmasinad ja seadmed: pumpamisseadmed (ANA-105, 2AN-500, 3AN-500, 4AN-700 jt); liiva segamistehased auto šassiil (ZPA, 4PA, USP-50, Kerui, Lantong jt); paakautod vedelike veoks (ATsN-8S ja 14S, ATK-8, Sanji, Xishi jt); kaevupea torustik (kollektor, kaevupea, sulgeventiilid, jaotus- ja rõhukollektorid koos tagasilöögiklappide, manomeetrite ja muude seadmetega).
• Abivarustus: agregaadid väljalülitamiseks; vintsid; seire- ja juhtimisjaamad; toruveokid ja muud seadmed.
• Maa-alused seadmed: pakkijad, et isoleerida moodustist, milles on kavandatud hüdrauliline purustamine, tootmisahela teisest osast; ankrud, mis takistavad maa-aluste seadmete tõstmist kõrge rõhu tõttu; toru string.

Seadmete tüüp ja seadmete arv määratakse hüdraulilise purustamise projekteerimisparameetrite alusel.

Disaini omadused

Hüdraulilise purustamise arvutamiseks kasutatakse järgmisi põhivalemeid:

1. BHP (MPa) hüdrauliliseks purustamiseks, kasutades filtreeritud vedelikku: p=10^-2KL_c, kus K on koefitsient, mis on valitud väärtuste vahemikust 1, 5-1, 8 MPa/m, L _{c – kaevu pikkus, m.}
2. Liivaga vedeliku sissepritserõhk (murrude toetamiseks): p_p =p - ρgL_c + p_t, kus ρ on liiva kandevedeliku tihedus, kg/m³, g=9,8 m/s², p _t – liiva kandva vedeliku hõõrdumisest tingitud rõhukadu. Viimane indikaator määratakse valemiga: p_t =8λQ² ρL_c/(πdB₎2 ^B – toru siseläbimõõt.
3. Pumbaseadmete arv: n=pQ/(p_pQ_pK_T) + 1, kus p_p on pumba töörõhk, Q_p on pumba toide antud rõhul, K T- masina tehnilise seisukorra koefitsient (valitud vahemikus 0,5-0,8).
4. Välitusvedeliku kogus: V=0, 785d_B²L_c.

Kui hüdrauliline purustamine toimub, kasutades tugiainena liiva, siis eeldatakse, et selle kogus 1 toimingu kohta on 8-10 tonni ja vedeliku kogus määratakse järgmise valemiga:

V=Q_sC_s, kus Q_s on liiva kogus, t, C_s – liiva kontsentratsioon 1 m^{3 vedelikus.}

Nende parameetrite arvutamine on oluline, kuna liiga kõrge rõhu korral hüdraulilise purustamise ajal pressitakse vedelikku reservuaari ja juhtub õnnetusi.tootmiskolonn. Vastasel juhul, kui väärtus on liiga madal, tuleb hüdrauliline purustamine peatada, kuna ei ole võimalik saavutada vajalikku rõhku.

Murdumine toimub järgmiselt:

1. Kaevude valik olemasoleva või kavandatava põlluarendussüsteemi järgi.
2. Parima purunemise geomeetria määramine, võttes arvesse mitmeid tegureid: kivimite läbilaskvus, puurkaevude võrk, õli-vee kontakti lähedus.
3. Kivimite füüsikaliste ja mehaaniliste omaduste analüüs ning teoreetilise mudeli valik pragude tekkeks.
4. Tugiaine tüübi, koguse ja kontsentratsiooni määramine.
5. Sobivate reoloogiliste omadustega purustamisvedeliku valimine ja selle mahu arvutamine.
6. Muude tehnoloogiliste parameetrite arvutamine.
7. Majandusliku efektiivsuse määratlus.

Frac Fluids

Töövedelikud (väljasurve, purustamine ja liivakandja) on hüdraulilise purustamise üks olulisemaid elemente. Nende erinevate tüüpide eelised ja puudused on eelkõige seotud reoloogiliste omadustega. Kui varem kasutati ainult viskoosseid õlipõhiseid koostisi (et vähendada nende imendumist reservuaaris), siis pumpamisseadmete võimsuse suurenemine on nüüd võimaldanud üleminekut madala viskoossusega veepõhistele vedelikele. Tänu sellele on kaevupea surve ja hüdraulilise takistuse kaod torustikus vähenenud.

Maailma praktikas järgminepeamised hüdrauliliste purustamisvedelike tüübid:

• Vesi tugenditega ja ilma. Selle eeliseks on madal hind. Puuduseks on väike läbitungimissügavus reservuaari.
• Polümeerlahused (guar ja selle derivaadid PPG, CMHPG; tselluloosi hüdroksüetüüleeter, karboksümetüültselluloos, ksantaankummi). Molekulide ristsidumiseks kasutatakse B, Cr, Ti, Zr ja teisi metalle. Kulude poolest kuuluvad polümeerid keskmisesse kategooriasse. Selliste vedelike puuduseks on reservuaari negatiivsete muutuste suur oht. Eeliste hulka kuulub suurem läbitungimissügavus.
• Emulsioonid, mis koosnevad süsivesiniku faasist (diislikütus, õli, gaasikondensaat) ja veest (mineraliseeritud või värske).
• Süsivesinikgeelid.
• Metanool.
• Paksenenud süsinikdioksiid.
• Vahtsüsteemid.
• Vahugeelid, mis koosnevad ristseotud geelidest, lämmastiku- või süsinikdioksiidivahtudest. Neil on kõrge hind, kuid need ei mõjuta kollektori kvaliteeti. Teised eelised on suur tugiaine kandevõime ja enesehävitamine vähese jääkvedelikuga.

Nende ühendite funktsioonide parandamiseks kasutatakse erinevaid tehnoloogilisi lisandeid:

• pindaktiivsed ained;
• emulgaatorid;
• vedeliku hõõrdumist vähendavad liigendid;
• vahutajad;
• happelisust muutvad lisandid;
• termilised stabilisaatorid;
• bakteritsiidsed ja korrosioonivastased lisandid ja muud.

Hüdrauliliste purustamisvedelike peamised omadused on järgmised:

• prao avamiseks vajalik dünaamiline viskoossus;
• infiltratsiooniomadused, mis määravad vedeliku kadu;
• võime kanda tugiainet, ilma et see lahusest enneaegselt välja satuks;
• nihke- ja temperatuuristabiilsus;
• ühilduvus teiste reagentidega;
• söövitav tegevus;
• roheline ja turvaline.

Madala viskoossusega vedelikud nõuavad suurema mahu sissepritse, et saavutada nõutav rõhk reservuaaris, ja kõrge viskoossusega vedelikud vajavad pumpamisseadmete poolt tekitatud suuremat rõhku, kuna hüdrauliline takistus väheneb oluliselt. Viskoossemaid vedelikke iseloomustab ka madalam filtreeritavus kivimites.

Tugimaterjalid

Kõige sagedamini kasutatavad proppantid on:

• Kvartsliiv. Üks levinumaid looduslikke materjale ja seetõttu on selle maksumus madal. Parandab pragusid erinevates geoloogilistes tingimustes (universaalne). Hüdraulilise purustamise jaoks valitakse liivaterade suurus 0,5-1 mm. Kontsentratsioon liiva kandevedelikus varieerub vahemikus 100-600 kg/m3. Kivimites, mida iseloomustab tugev purunemine, võib materjalikulu ulatuda mitmekümne tonnini 1 kaevu kohta.
• Boksiidid (alumiiniumoksiid Al₂O_{3). Seda tüüpi tugiaine eeliseks on selle suurem tugevus võrreldes liivaga. Toodetudboksiidimaagi purustamine ja röstimine.}
• Tsirkooniumoksiid. Selle omadused on sarnased eelmise tüüpi tugiainega. Euroopas laialdaselt kasutatav. Selliste materjalide tavaline puudus on nende kõrge hind.
• Keraamilised graanulid. Hüdrauliliseks purustamiseks kasutatakse graanuleid suurusega 0,425–1,7 mm. Need kuuluvad keskmise tugevusega propantide hulka. Näidake suurt majanduslikku efektiivsust.
• Klaasist marmor. Varem kasutati süvakaevude jaoks, nüüd on peaaegu täielikult asendatud odavamate boksiitidega.

Happemurdumine

Happelise hüdraulilise purustamise olemus seisneb selles, et esimeses etapis tekitatakse kunstlikult murd (nagu tavapärase hüdraulilise purustamise tehnoloogia puhul) ja seejärel pumbatakse sinna hape. Viimane reageerib kivimiga, luues pikad kanalid, mis suurendavad reservuaari läbilaskvust põhjaaugu tsoonis. Selle tulemusena suureneb kaevust õlitagastuse tegur.

Seda tüüpi hüdrauliline purustamisprotsess on eriti tõhus karbonaatsete moodustiste puhul. Teadlaste sõnul on seda tüüpi reservuaaridega seotud üle 40% maailma naftavarudest. Hüdraulilise purustamise tehnika ja tehnoloogia erineb sel juhul veidi ülalkirjeldatust. Seadmed on valmistatud happekindla disainiga. Masinate korrosiooni eest kaitsmiseks kasutatakse ka inhibiitoreid (formaliin, unikol, urotropiin jt).

Happepurustamise tüübid on kaheetapiline töötlemine, kasutades selliseid materjale nagu:

• polümeerühendid (PAA, PVC, gipan jateised);
• lateksiühendid (SKMS-30, ARC);
• stüreen;
• vaigud (BNI-5, TSD-9, TS-10).

Happeliste lahustitena kasutatakse 15% vesinikkloriidhappe lahust, aga ka spetsiaalseid koostisi (SNPKh-9010, SNPKh-9633 jt).

Happepurustamise tüübid on kaheetapiline töötlemine, kasutades selliseid materjale nagu:

• polümeerühendid (PAA, PVV, gipan ja teised);
• lateksiühendid (SKMS-30, ARC);
• stüreen;
• vaigud (BNI-5, TSD-9, TS-10).

Happeliste lahustitena kasutatakse 15% vesinikkloriidhappe lahust, aga ka spetsiaalseid koostisi (SNPKh-9010, SNPKh-9633 jt).