Гидроразрыв пласта

АП.ру - 50% ...

Введение 3
1 Сущность метода гидроразрыва пласта 5
2 Технология гидравлического разрыва пласта 8
3 Экологические аспекты применения метода ГРП 12
Заключение 14
Библиографический список 15

Нефтегазовый комплекс (НГК) играет ключевую роль в экономике России и формирует около 20% ВВП, 50% нефтегазовых доходов в структуре федерального бюджета, 67% валютных поступлений от экспорта нефти, газа и продуктов переработки в общем объеме экспорта, 25% объема инвестиций в основной капитал [1].
К объектам повышенной опасности относят объекты предприятий по непосредственной добыче и переработке нефти и газа, в связи с чем необходим постоянный контроль при их эксплуатации.

Таким образом, сущность метода ГРП заключается в нагнетании в призабойную зону жидкости под высоким давлением, в результате чего происходит разрыв горной породы и образование новых или расширение существующих трещин. Вместе с жидкостью в них закачивают закрепляющий агент — проппант с целью сохранения трещин в открытом состоянии при непосредственном снижении давления. Соответственно, жидкость, которая передает давление на породу пласта, называется жидкостью разрыва.
Отмечу, что образующаяся в результате гидроразрыва пласта трещина разрыва может быть как горизонтальной, так и вертикальной. Разрыв горной породы происходит в перпендикулярном наименьшему напряжению направлении. Как правило, в результате гидроразрыва до глубины порядка 500 метров образуются горизонтальные трещины. Соответственно, вертикальные трещины возникают на глубине ниже 500 метров. Но, поскольку наиболее продуктивные пласты, насыщенные нефтью, залегают, как правило, на глубине как раз ниже 500 метров, трещины разрыва в нефтяных скважинах всегда вертикальные.
Успешность ГРП зависит от следующих основных факторов [3]:
правильный выбор объекта для проведения операций;
использование технологии гидроразрыва, наиболее оптимальной для данных условий;
грамотный подбор скважин для обработки.
В следующем разделе я бы хотел подробнее остановиться на технологии гидроразрыва пласта в целом и в российских условиях.
2 Технология гидравлического разрыва пласта
Технология осуществления ГРП включает в себя закачку в скважину при помощи мощных насосов разрывающей жидкости, в качестве которой может применяться как кислота, так и вода, при чрезвычайно высоких давлениях 500-1500 атм [1]. Чтобы образовавшаяся трещина продолжала находиться в открытом состоянии, вводится расклинивающий агент – проппант в терригенных коллекторах, кислота, разъедающая стенки трещины, в карбонатных. Но не исключено применение в карбонатных коллекторах проппанта. ГРП используют для добычи сланцевого газа, метана из угольных пластов.
В большинстве случаев гидроразрыв пласта существенно увеличивает дебит скважин. Но, стоит также отметить, что при горизонтальных и сильнонаклоненных скважинах, а также при многоинтервальной схеме закачивания затраты, в частности капитальные и эксплуатационные, в основном превышают выгоды от повышения итоговой добычи [4]. Но и для этой проблемы есть свое решение, которое предусматривает совместное применение наиболее эффективных систем мгогоинтервального гидроразрыва пласта.
Именно благодаря технологии гидроразрыва пласта можно «оживить» скважины, которые давно простаивают и на которых добыча нефти и газа уже просто невозможна традиционными способами или же просто малорентабельна [3].
Не могу не отметить, что технология гидроразрыва пласта также находит свое применение в дегазации угольных пластов, а также подземной гизификации и т. д. Кроме всего, сегодня данная технология применяется для разработки новых нефтяных пластов, из которых, как я уже упоминал выше, извлечение традиционными способами просто нерентабельно.
В однородных по толщине пластах обычно создается одна трещина значительной длины. На многопластовых или большой толщины залежах, представленных низкопроницаемыми геологическими формациями, осуществляется, как правило, поинтервальный ГРП.
Стоит отметить, что довольно большое количество как техники, так и персонала требуется для проведения ГРП. Технически же процесс идентичен не зависимо от компании, проводящей работу (рисунок 3). Трейлер с блоком манифольдов непосредственно подключается к арматуре скважины. К этому трейлеру подключаются нагнетающие раствор ГРП в скважину насосные установки. Далее, за насосными станциями устанавливается смесительная установка, возле которой устанавливают трейлера с водой и песком. За всем этим хозяйством устанавливают станцию контроля. С противоположенной стороны арматуры устанавливается кран и каротажная машина.
Рис. 3 Справа, на фотографии - блок манифольдов, слева - насосные трейлера, далее - арматура и за ней кран. Каротажная машина находится слева, за трейлерами.
Процесс ГРП начинается в смесителе, куда подается песок и вода, а также химические добавки. Затем, все это смешивается до определенной консистенции, после чего подается в насосные установки [3]. Раствор ГРП на выходе из насосной установки попадает в блок манифольдов, после чего раствор отправляется в скважину.
Процесс ГРП проходит этапами, а не проводится за один подход. Команда петрофизиков занимается составлением этих этапов на основе акустического каротажа, как правило, открытой скважины, проведенной во время бурения. В течение каждого этапа каротажная команда ставит в скважине заглушку, тем самым отделяя интервал ГРП от остальной скважины, после чего производит перфорацию интервала. Затем проходит ГРП интервала, и заглушка снимается. На новом интервале ставится новая заглушка, снова проходит перфорация, и новый интервал ГРП. Процесс ГРП может длится от нескольких дней, до нескольких недель, а количество интервалов может доходить до сотни.
Рис. 4 Помпы подключенные к блоку манифольдов. "Будка" на заднем плане - пункт контроля работы смесителя
Помпы, которые ипользуются при ГРП, оснащены дизельными двигателями мощностью от 1 000 до 2 500 л.с. (рисунок 4). Мощные насосные прицепы способны нагнетать давление до 80 МПа, при пропускной способности 5-6 баррелей в минуту [3].
На основе картожа количество помп рассчитывается все теми же петрофизиками. Высчитывается необходимое давление для разрыва пласта, и затем уже на его основе считается количество насосных станций. В течение работы количество используемых помп всегда превосходит расчетное количество. Каждая помпа работает в менее интенсивном режиме, чем это требуется. Делается это по двум причинам.
Во-первых, это значительно сохраняет ресурс помп, во-вторых, при выходе из строя одной из помп она просто выводится из линии, а давление на остальных помпах слегка увеличивается. Таким образом поломка помпы не влияет на процесс ГРП. Это весьма важно, т.к. если процесс уже начат то остановка неприемлема.
Отмечу, что только детальный гидродинамический анализ и математическое моделирование участка пласта или объекта в целом позволяет проанализировать влияние распределения неоднородности пласта и интерференции скважин, определить параметры и оптимальное размещение трещин гидроразрывов в горизонтальном стволе на объекте [5]. При проектировании применения гидроразрыва пласта как элемента разработки с учетом системы размещения скважин и непосредственной оценки их взаимовлияния может быть и достигнута высокая эффективность ГРП.
Поэтому, вопрос оптимального расположения трещин относительно других скважин нагнетательного и эксплуатационного фонда является одним из главных при проектировании систем разработки нефтяных залежей с применением ГРП [6].
Как вывод по данному разделу, считаю нужным подчеркнуть, что при одновременной гидропескоструйной или прострелочной перфорации скважины эффективность ГРП повышается.
3 Экологические аспекты применения метода ГРП
Экологическую безопасность метода гидроразрыва пласта подтверждает практика широкомасштабного применения этого метода в течение достаточно длительного периода времени (более 50 лет). Следует отметить, что работы по непосредственному проведению ГРП ведутся под пристальным контролем как государственных регулирующих органов, так и супервайзеров самих нефтяных компаний.
В связи с тем, что нефтяные пласты залегают достаточно на больших глубинах (1000-3000 м) исключено влияние процесса на грунтовые и поверхностные воды [1]. Экологическую безопасность в процессе нефтедобычи и работ, которые проводятся в скважинах, способны обеспечить сами конструкции нефтяных скважин с применением нескольких колонн.
Тем не менее, большое количество людей и организаций с бурным развитием горизонтального бурения стали резко высказываться против проведения стимуляции скважин, аргументируя это тем, что метод гидроразрыва пласта приносит вред окружающей среде. Было написано очень много трудов, снято видео и проведено расследований.
Самый главный аргумент против применения метода гидроразрыва пласта - загрязнение грунтовых вод химическими веществами. Что именно входит в состав раствора - тайна компаний, но кое-какие элементы все же разглашены и есть в открытых публичных источниках. Достаточно обратиться к базе данных по ГРП "ФракФокус", и можно найти общий состав геля (1, 2). На 99% гель состоит из воды, лишь оставшийся процент - химические добавки. Сам проппант не входит в данном случае в подсчет, т.к. не является жидкостью, да и безвреден.
Как эти химические вещества могут подняться на верх минуя ловушки удерживающие нефть? Ответ приводит Ассоциации по защите окружающей среды в своем отчете. Случиться это может либо из-за взрывов на скважинах, либо из-за разливов во время проведения ГРП, либо из-за разливов утилизационных бассейнов, либо из-за проблем с целостностью скважин. Первые три причины не в состоянии заразить источники воды на огромных площадях, остается лишь последний вариант, который сегодня официально подтвержден Академией наук США [3].