Hydraulinen murtaminen: tyypit, laskenta ja teknologinen prosessi

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-02 13:54

Hydraulinen murtaminen (HF) on yksi tehokkaimmista geologisista ja teknisistä toimenpiteistä, jonka tarkoituksena on tehostaa muodostusnesteen virtausta tuotantokaivoihin. Tämän tekniikan käyttö mahdollistaa varastojen t alteenoton lisäämisen kaivon tyhjennyssäteen sisällä, mutta myös laajentaa tätä aluetta, mikä lisää säiliön lopullista öljyn t alteenottoa. Tämä tekijä huomioon ottaen kenttäkehityssuunnittelu voidaan toteuttaa harvemman kaivon mallin järjestelyllä.

Lyhyt kuvaus

Hydraulisen murtamisen ydin kuvataan seuraavalla prosessilla:

• säiliö on alttiina liialliselle paineelle (prosessinesteen kulutus on paljon suurempi kuin se pystyy absorboimaan kivet);
• porareiän paine kasvaa, kunnes se ylittää jakoputken sisäiset jännitykset;
• kivet repeytyvät mekaanisesti heikoimman lujuuden tasossa (useimmiten vinossa tai pystysuunnassa);
• taasmuodostuneet ja vanhat halkeamat lisääntyvät, niiden yhteys luonnolliseen huokosjärjestelmään ilmestyy;
• parantuneen läpäisevyyden vyöhyke kaivon lähellä kasvaa;
• erityisiä rakeisia tukiaineita (proppantit) pumpataan laajennettuihin rakoihin niiden kiinnittämiseksi avoimeen tilaan, kun muodostumaan kohdistuva paine on poistettu;
• muodostelman nesteen liikkeen vastustus muuttuu lähes nollaan, minkä seurauksena kaivon virtausnopeus kasvaa useita kertoja.

Kivissä olevien rakojen pituus voi olla useita satoja metrejä, ja kaivon pohja yhdistyy säiliön syrjäisiin alueisiin. Yksi tärkeimmistä tekijöistä tämän hoidon tehokkuudessa on halkeaman kiinnitys, joka mahdollistaa suodatuskanavan luomisen. Kaivon tuottavuus ei kuitenkaan voi kasvaa loputtomiin murtumien koon kasvaessa. On olemassa maksimipituus, jonka ylittyessä virtausnopeus ei tehostu.

Soveltamisala

Tätä tekniikkaa käytetään sekä tuotannossa (tehostettu öljyn t alteenotto) että ruiskutuksessa (lisätty injektiokyky), vaaka- ja pystysuuntaisissa kaivoissa. Seuraavat hydraulisen murtamisen käyttöalueet erotetaan toisistaan:

• saastunutta pohjareikävyöhykettä sisältävien kaivojen tuotantonopeuden tehostaminen eriläpäisevillä säiliöissä;
• heterogeenisten esiintymien kehitys;
• kaivon hydrodynaamisen yhteyden parantaminen säiliön luonnollisen rakojärjestelmän kanssa;
• säiliön nesteen tulovyöhykkeen laajentaminen;
• alhaisen läpäisevyyden omaavien säiliöiden kehittäminen jamatalakatteiset kaivot;
• muutos vuotovirroissa ruiskutuskaivoissa;
• kaivon parametrien palauttaminen, joihin muut menetelmät eivät vaikuta.

Hydraulisen murtumistekniikan rajat ovat kaasuöljyvyöhykkeitä, joille on tunnusomaista seuraavat ominaisuudet:

• nopea kartio (vetää muodostusvettä kaivon pohjalle);
• äkilliset veden tai kaasun läpimurrot porausreikään;
• tyhtyneet säiliöt, joilla on pienet varat, öljyllä kyllästetyt linssit, joiden tilavuus on pieni (taloudellisen kannattamattomuuden vuoksi).

Hydraulista murtamista käytetään useimmiten stimulaatiomenetelmänä keski- ja korkean läpäisevyyden säiliöille. Heille tärkein tekijä säiliönesteen sisäänvirtauksen lisäämisessä on muodostuneen rakon pituus, ja kerrostumissa, joiden kiviläpäisevyys on alhainen, sen leveys.

Hydraulinen murtaminen: edut ja haitat

Hydraulisen murtamisen edut ovat:

• soveltuu alueille, joilla on monimuotoinen geologinen rakenne;
• vaikutus sekä koko altaaseen että sen osaan;
• tehokas hydraulisen vastuksen vähentäminen pohjareiän alueella;
• huonosti kuivattujen viereisten alueiden yhteisö;
• halpa käyttöneste (vesi);
• korkea kannattavuus.

Haittoja ovat:

• suurten vesi-, hiekka- ja muiden kemikaalien tarve;
• kontrolloimaton prosessi, jossa kiveen syntyy halkeama, mekanismin arvaamattomuushalkeilu;
• kun suuren virtauksen omaavia kaivoja otetaan käyttöön hydraulisen murtamisen jälkeen, tukiaine voidaan suorittaa raoista, mikä johtaa niiden avautumisasteen laskuun ja virtausnopeuden laskuun ensimmäisten kuukausien aikana aloittamisen jälkeen toiminta;
• hallitsemattoman ruiskutuksen ja ympäristön saastumisen riski.

Prosessin variaatiot

Myrkytysmenetelmät eroavat murtuman muodostumisen tyypistä, ruiskutetun nesteen ja tukiaineiden tilavuudesta ja muista ominaisuuksista. Hydraulisen murtamisen päätyypit ovat seuraavat:

• Muotoilmaan kohdistuvan vaikutusalueen mukaan: paikallinen (murtuman pituus jopa 20 m) - yleisin; syvälle tunkeutuva (murtuman pituus 80-120 m); massa (1000 m ja enemmän).
• Saumapeiton mukaan: yksittäinen (vaikutus kaikkiin saumoihin ja välikerroksiin); useita (kaivoille, jotka ovat avanneet 2 tai useampia kerroksia); aikaväli (tietylle säiliölle).
• Erityismenetelmät: happomurto; TSO-tekniikka - lyhyiden rakojen muodostuminen, jotta estetään niiden leviäminen vesi-öljykontaktiin ja vähennetään tukiaineen ruiskutuksen määrää (tämä menetelmä osoittaa korkean tehokkuuden hiekkasäiliöissä); impulssi (useiden säteittäisesti poikkeavien rakojen muodostuminen keski- ja korkealäpäiseviin kiviin ihovaikutuksen vähentämiseksi - huokosten läpäisevyyden heikkeneminen johtuen niiden saastumisesta suodatusnesteen sisältämillä hiukkasilla.

Useitaaukko

Useita hydraulisia murtumia suoritetaan useilla menetelmillä:

1. Ensinnäkin halkeama luodaan käyttämällä tavanomaista tekniikkaa. Sitten se tukkeutuu tilapäisesti ruiskuttamalla aineita (rakeinen naftaleeni, muovipallot ja muut), jotka sulkevat reiät. Sen jälkeen hydraulinen murtaminen tehdään muualla.
2. Vyöhykkeiden erottelu suoritetaan pakkareilla tai hydraulisilla porteilla. Jokaisella aikavälillä suoritetaan hydraulinen murtaminen perinteisen kaavion mukaisesti.
3. Vaiheittainen hydraulinen murtaminen, jossa jokainen alla oleva vyöhyke eristetään hiekkatulpalla.

Saviosissa tehokkain on pystysuorien rakojen luominen, koska ne yhdistävät tuottavat öljyn ja kaasun välikerrokset. Tällaiset murtumat syntyvät suodattamattomien nesteiden vaikutuksesta tai ruiskutusnopeuden nopeasta lisääntymisestä.

Hydraulisen murtamisen valmistelu

Hydraulisäiliötekniikka koostuu useista vaiheista. Valmistelutyö on seuraava:

1. Tutkimus kaivosta muodostuvan nesteen sisäänvirtaukselle, kyvylle imeä työnestettä ja määrittää hydrauliseen murtamiseen tarvittava paine.
2. Pohjareiän puhdistaminen hiekasta tai savikuoresta (painepesu vedellä, kloorivetyhapolla käsittely, vesihiekkapuhallusrei'itys ja muut menetelmät).
3. Kaivon tarkistaminen erityisellä mallipohjalla.
4. Laskeudu kaivon putkiin käyttönesteen syöttämiseksi.
5. Painepakkauslaitteen ja hydraulisten ankkurien asennus kotelon suojaamiseksi.
6. Kaivonpään asennuslaitteet (jakotukki, voitelulaite ja muut laitteet) pumppuyksiköiden liittämiseen ruiskutusputkistoon ja kaivon tiivistämiseen.

Prosessilaitteiden putkiston pääkaavio hydraulisen murtamisen aikana on esitetty alla olevassa kuvassa.

Murttuminen

Hydraulisen murtamisen tekniikka ja tekniikka koostuu seuraavista toimenpiteistä:

1. Ruiskutusputket toimitetaan käyttönesteellä (useimmiten öljyä tuotantokaivoon tai vettä ruiskutuskaivoon).
2. Nosta murtumisnesteen painetta maksimisuunnitteluarvoon.
3. Tarkista tiivistimen tiiveys (rengasta ei saa vuotaa yli nestettä).
4. Proppanttia lisätään käyttönesteeseen hydraulisen murtumisen jälkeen. Tämä arvioidaan kaivon injektiokyvyn jyrkän kasvun perusteella (paineen lasku pumppuissa).
5. Radioaktiiviset isotoopit sisältyvät viimeiseen tukiaineerään hävitysvyöhykkeen myöhempää varmennusta varten ydinmateriaalin kirjaamisen avulla.
6. Syötä korkeimman paineen puristusnestettä luotettavaa halkeamien tukemista varten.
7. Muotoilunesteen poistaminen pohjasta, jotta muodostusneste pääsee virtaamaan porausreikään.
8. Puri prosessilaitteet.
9. Kaivoa otetaan käyttöön.

Jos kaivo on suhteellisen matala, käyttöneste voidaan syöttää koteloputkien kautta. Hydraulinen murtaminen on mahdollista myös ilmanpakkaaja - putkien ja renkaan läpi. Tämä vähentää erittäin viskoosisten nesteiden hydraulihäviöitä.

Koneet ja mekanismit hydrauliseen murtamiseen

Hydrauliset murtolaitteet sisältävät seuraavan tyyppisiä laitteita:

• Maakoneet ja -laitteet: pumppuyksiköt (ANA-105, 2AN-500, 3AN-500, 4AN-700 ja muut); hiekan sekoituslaitokset auton alustalle (ZPA, 4PA, USP-50, Kerui, Lantong ja muut); säiliöautot nesteiden kuljetukseen (ATsN-8S ja 14S, ATK-8, Sanji, Xishi ja muut); kaivon pääputket (jakotukki, kaivon pää, sulkuventtiilit, jakelu- ja painejakoputket takaiskuventtiileillä, painemittarit ja muut laitteet).
• Lisävarusteet: aggregaatit laukaisutoimintoihin; vinssit; valvonta- ja valvonta-asemat; putkiautot ja muut laitteet.
• Maanalaiset laitteet: pakkaajat, jotka eristävät muodostuman, jossa suunnitellaan hydraulista murtumista, tuotantoketjun toisesta osasta; ankkurit estämään maanalaisten laitteiden nostamisen korkean paineen vuoksi; letkujono.

Laitetyyppi ja laitteiden lukumäärä määräytyvät hydraulisen murtamisen suunnitteluparametrien perusteella.

Design-ominaisuudet

Seuraavia peruskaavoja käytetään hydraulisen murtumisen laskemiseen:

1. BHP (MPa) hydrauliseen murtamiseen suodatettua nestettä käyttäen: p=10^-2KL_c, jossa K on kerroin, joka on valittu arvoalueelta 1, 5-1, 8 MPa/m, L _{c – kaivon pituus, m.}
2. Nesteen ruiskutuspaine hiekalla (murtuman tukemiseen): p_p =p - ρgL_c + p_t, jossa ρ on hiekan kantajanesteen tiheys, kg/m³, g=9,8 m/s², p _t – hiekkaa kuljettavan nesteen kitkasta johtuva painehäviö. Viimeinen indikaattori määritetään kaavalla: p_t =8λQ² ρL_c/(πdB₎2 ^B – letkun sisähalkaisija.
3. Pumppausyksiköiden lukumäärä: n=pQ/(p_pQ_pK_T) + 1, jossa p_p on pumpun käyttöpaine, Q_p on pumpun syöttö tietyllä paineella, K T- koneen teknisen kunnon kerroin (valittu välillä 0,5-0,8).
4. Syrjäytysnesteen määrä: V=0, 785d_B²L_c.

Jos hydraulinen murtaminen tapahtuu käyttämällä hiekkaa tukiaineena, sen määräksi yhtä toimenpidettä kohden oletetaan 8-10 tonnia ja nesteen määrä määritetään kaavalla:

V=Q_sC_s, missä Q_s on hiekan määrä, t, C_s – hiekan pitoisuus 1 m:ssä^{3 nestettä.}

Näiden parametrien laskeminen on tärkeää, koska liian korkealla painearvolla hydraulisen murtamisen aikana nestettä puristuu säiliöön, jolloin tapahtuu onnettomuuksiatuotantokolonni. Muussa tapauksessa, jos arvo on liian pieni, hydraulinen murtaminen on lopetettava, koska vaadittua painetta ei voida saavuttaa.

Surkeussuunnittelu tehdään seuraavasti:

1. Kaivojen valinta olemassa olevan tai suunnitellun kenttäkehitysjärjestelmän mukaan.
2. Parhaan rakogeometrian määrittäminen ottaen huomioon useita tekijöitä: kallion läpäisevyys, kaivon ristikko, öljy-vesikontaktin läheisyys.
3. Kivien fysikaalisten ja mekaanisten ominaisuuksien analyysi ja halkeaman muodostumisen teoreettisen mallin valinta.
4. Tukiaineen tyypin, määrän ja pitoisuuden määrittäminen.
5. Suristusnesteen valinta, jolla on sopivat reologiset ominaisuudet ja sen tilavuuden laskeminen.
6. Muiden teknisten parametrien laskenta.
7. Taloudellisen tehokkuuden määritelmä.

Frac Fluids

Työnesteet (syrjäytys-, murto- ja hiekan kantaja) ovat yksi hydraulisen murtamisen tärkeimmistä osista. Niiden eri tyyppien edut ja haitat liittyvät ensisijaisesti reologisiin ominaisuuksiin. Jos aiemmin käytettiin vain viskoosisia öljypohjaisia koostumuksia (vähentämään niiden imeytymistä säiliöön), niin pumppuyksiköiden tehon kasvu on nyt mahdollistanut siirtymisen vesipohjaisiin nesteisiin, joilla on matala viskositeetti. Tästä johtuen kaivon pään paine ja hydraulisen vastuksen häviöt letkussa ovat pienentyneet.

Maailman käytännössä seuraavaHydraulisten murtumisnesteiden päätyypit:

• Vesi tukiaineilla ja ilman. Sen etuna on alhaiset kustannukset. Haittapuolena on alhainen tunkeutumissyvyys säiliöön.
• Polymeeriliuokset (guar ja sen johdannaiset PPG, CMHPG; selluloosahydroksietyylieetteri, karboksimetyyliselluloosa, ksantaanikumi). B-, Cr-, Ti-, Zr- ja muita metalleja käytetään molekyylien silloittamiseen. Kustannusten suhteen polymeerit kuuluvat keskiluokkaan. Tällaisten nesteiden haittana on suuri negatiivisten muutosten riski säiliössä. Etuja ovat suurempi tunkeutumissyvyys.
• Emulsiot, jotka koostuvat hiilivetyfaasista (dieselpolttoaine, öljy, kaasukondensaatti) ja vedestä (mineralisoitu tai tuore).
• Hiilivetygeelit.
• Metanoli.
• Sakeutettu hiilidioksidi.
• Vahtojärjestelmät.
• Vahtogeelit, jotka koostuvat silloitetuista geeleistä, typpi- tai hiilidioksidivaahdoista. Niillä on korkeat kustannukset, mutta ne eivät vaikuta keräimen laatuun. Muita etuja ovat korkea tukiaineen kantokyky ja itsetuhoutuminen pienellä nestejäännösmäärällä.

Näiden yhdisteiden toiminnan parantamiseksi käytetään erilaisia teknologisia lisäaineita:

• pinta-aktiiviset aineet;
• emulgointiaineet;
• nesteen kitkaa vähentävät liitokset;
• vaahdottimet;
• happamuutta muuttavat lisäaineet;
• lämpösabilisaattorit;
• bakteeri- ja korroosionestolisäaineet ja muut.

Hydraulisten murtumisnesteiden tärkeimmät ominaisuudet ovat:

• halkeaman avaamiseen vaadittava dynaaminen viskositeetti;
• nestehäviön määräävät tunkeutumisominaisuudet;
• kyky kuljettaa tukiainetta ilman, että se laskeutuu ennenaikaisesti liuoksesta;
• leikkaus- ja lämpötilavakaus;
• yhteensopivuus muiden reagenssien kanssa;
• syövyttävä toiminta;
• vihreä ja turvallinen.

Matalan viskositeetin nesteet edellyttävät suuremman tilavuuden ruiskuttamista vaaditun paineen saavuttamiseksi säiliössä, ja korkeaviskoosiset nesteet vaativat enemmän pumppauslaitteiden kehittämää painetta, koska hydraulinen vastus heikkenee merkittävästi. Viskoosisemmat nesteet ovat myös ominaista huonompi suodatettavuus kivissä.

Tukimateriaalit

Yleimmin käytetyt proppantit tai proppantit ovat:

• Kvartsihiekka. Yksi yleisimmistä luonnonmateriaaleista, ja siksi sen hinta on alhainen. Korjaa halkeamia erilaisissa geologisissa olosuhteissa (yleinen). Hydraulisen murtamisen hiekkajyvien kooksi valitaan 0,5-1 mm. Hiekkakantajanesteen pitoisuus vaihtelee välillä 100-600 kg/m3. Kivissä, joille on ominaista voimakas murtuminen, materiaalin kulutus voi olla useita kymmeniä tonneja yhtä kaivoa kohti.
• Bauksiitit (alumiinioksidi Al₂O_{3). Tämän tyyppisen tukiaineen etuna on sen suurempi lujuus hiekkaan verrattuna. Valmistanutbauksiittimalmin murskaus ja paahtaminen.}
• Zirkoniumoksidi. Sillä on samanlaiset ominaisuudet kuin edellisellä tukiainetyypillä. Laaj alti käytössä Euroopassa. Tällaisten materiaalien yleinen haittapuoli on niiden korkea hinta.
• Keraamiset rakeet. Hydrauliseen murtamiseen käytetään rakeita, joiden koko vaihtelee välillä 0,425 - 1,7 mm. Ne kuuluvat keskivahvaisiin tukiaineisiin. Näytä korkea taloudellinen tehokkuus.
• Lasimarmorit. Aikaisemmin syvissä kaivoissa, nyt melkein kokonaan korvattu halvemmilla bauksiiteilla.

Happomurto

Happohydraulisen murtamisen ydin on, että ensimmäisessä vaiheessa murto luodaan keinotekoisesti (kuten perinteisessä hydraulisessa murtumistekniikassa), ja sitten siihen pumpataan happoa. Jälkimmäinen reagoi kiven kanssa luoden pitkiä kanavia, jotka lisäävät säiliön läpäisevyyttä pohjareikävyöhykkeellä. Tämän seurauksena öljyn t alteenottokerroin kaivosta kasvaa.

Tällainen hydraulinen murtamisprosessi on erityisen tehokas karbonaattimuodostelmille. Tutkijoiden mukaan yli 40 % maailman öljyvarannoista liittyy tämäntyyppisiin säiliöihin. Hydraulisen murtamisen tekniikka ja tekniikka poikkeavat tässä tapauksessa hieman edellä kuvatuista. Laite on valmistettu haponkestävällä mallilla. Inhibiittoreita (formaliini, unikol, urotropiini ja muut) käytetään myös koneiden suojaamiseen korroosiolta.

Happaman murtamisen tyypit ovat kaksivaiheisia käsittelyjä, joissa käytetään materiaaleja, kuten:

• polymeeriyhdisteet (PAA, PVC, gipan jamuut);
• lateksiyhdisteet (SKMS-30, ARC);
• styreeni;
• hartsit (BNI-5, TSD-9, TS-10).

Happamina liuottimina käytetään 15-prosenttista suolahappoliuosta sekä erikoiskoostumuksia (SNPKh-9010, SNPKh-9633 ja muita).

Happaman murtamisen tyypit ovat kaksivaiheisia käsittelyjä, joissa käytetään materiaaleja, kuten:

• polymeeriyhdisteet (PAA, PVV, gipan ja muut);
• lateksiyhdisteet (SKMS-30, ARC);
• styreeni;
• hartsit (BNI-5, TSD-9, TS-10).

Happamina liuottimina käytetään 15-prosenttista suolahappoliuosta sekä erikoiskoostumuksia (SNPKh-9010, SNPKh-9633 ja muita).