Patah hidraulik: jenis, pengiraan dan proses teknologi

2024 Pengarang: Howard Calhoun | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-02 14:00

Pecah hidraulik (HF) ialah salah satu langkah geologi dan teknikal yang paling berkesan, yang tujuannya adalah untuk mempergiatkan aliran bendalir pembentukan ke telaga pengeluaran. Penggunaan teknologi ini membolehkan bukan sahaja untuk meningkatkan pemulihan rizab dalam radius saliran telaga, tetapi juga untuk mengembangkan kawasan ini, meningkatkan pemulihan minyak muktamad takungan. Memandangkan faktor ini, reka bentuk pembangunan lapangan boleh dijalankan dengan susunan corak telaga yang lebih jarang.

Penerangan ringkas

Intipati keretakan hidraulik diterangkan melalui proses berikut:

• takungan tertakluk kepada tekanan yang berlebihan (penggunaan cecair proses jauh lebih besar daripada yang boleh diserap oleh batu);
• tekanan lubang bawah meningkat sehingga melebihi tegasan dalaman dalam manifold;
• batu terkoyak pada satah kekuatan mekanikal yang paling rendah (paling kerap dalam arah serong atau menegak);
• sekali lagiretakan yang terbentuk dan lama bertambah, sambungannya dengan sistem liang semula jadi muncul;
• zon peningkatan kebolehtelapan berhampiran telaga meningkat;
• penyangga berbutir khas (propan) dipam ke dalam patah yang mengembang untuk membaikinya dalam keadaan terbuka selepas tekanan pada pembentukan dikeluarkan;
• rintangan terhadap pergerakan bendalir pembentukan menjadi hampir sifar, akibatnya, kadar aliran telaga meningkat beberapa kali.

Panjang keretakan dalam batu boleh mencapai beberapa ratus meter, dan bahagian bawah telaga bersambung dengan kawasan terpencil takungan. Salah satu faktor yang paling penting dalam keberkesanan rawatan ini ialah penetapan retak, yang membolehkan mencipta saluran penapisan. Walau bagaimanapun, produktiviti telaga tidak boleh meningkat selama-lamanya apabila saiz patah meningkat. Terdapat panjang maksimum, di atasnya kadar aliran tidak menjadi lebih intensif.

Skop permohonan

Teknologi ini digunakan untuk pengeluaran (pemulihan minyak yang dipertingkatkan) dan suntikan (peningkatan suntikan), telaga mendatar dan menegak. Bidang penggunaan keretakan hidraulik berikut dibezakan:

• intensifikasi kadar pengeluaran telaga dengan zon lubang bawah yang tercemar dalam takungan dengan kebolehtelapan yang berbeza;
• pembangunan deposit heterogen;
• memperbaiki sambungan hidrodinamik telaga dengan sistem patah semula jadi dalam takungan;
• pengembangan zon aliran masuk cecair takungan;
• pembangunan takungan dengan kebolehtelapan rendah dantelaga margin rendah;
• perubahan aliran resapan dalam telaga suntikan;
• pemulihan parameter telaga yang tidak terjejas oleh kaedah lain.

Had untuk teknologi patah hidraulik ialah zon gas-minyak, yang dicirikan oleh ciri berikut:

• coning cepat (menarik air pembentukan ke dasar telaga);
• terobosan mendadak air atau gas ke dalam lubang telaga;
• takungan habis dengan rizab rendah, kanta tepu minyak isipadu kecil (disebabkan oleh ketidakberuntungan ekonomi).

Selalunya keretakan hidraulik digunakan sebagai kaedah rangsangan untuk takungan kebolehtelapan sederhana dan tinggi. Bagi mereka, faktor utama dalam meningkatkan aliran masuk cecair takungan ialah panjang patah yang terbentuk, dan dalam mendapan dengan kebolehtelapan batu yang rendah, lebarnya.

Patah hidraulik: kebaikan dan keburukan

Kelebihan keretakan hidraulik ialah:

• berlaku untuk kawasan yang mempunyai struktur geologi yang pelbagai;
• kesan kedua-duanya pada keseluruhan takungan dan bahagiannya;
• pengurangan berkesan rintangan hidraulik di zon lubang bawah;
• persatuan kawasan bersebelahan yang kurang saliran;
• cecair kerja murah (air);
• keuntungan tinggi.

Kelemahan termasuk:

• keperluan untuk bekalan besar air, pasir, bahan kimia tambahan;
• proses yang tidak terkawal untuk mencipta rekahan pada batu, ketidakpastian mekanismeretak;
• apabila telaga dengan kadar aliran tinggi digunakan selepas keretakan hidraulik, proppant boleh dijalankan daripada patah, mengakibatkan penurunan dalam tahap pembukaannya dan penurunan dalam kadar aliran pada bulan pertama selepas permulaan operasi;
• risiko pancutan yang tidak terkawal dan pencemaran alam sekitar.

Proses Variasi

Kaedah patah berbeza dalam jenis pembentukan patah, isipadu cecair dan proppants yang disuntik, dan ciri-ciri lain. Jenis utama keretakan hidraulik termasuk yang berikut:

• Mengikut kawasan kesan pada pembentukan: tempatan (panjang patah sehingga 20 m) - yang paling meluas; penembusan dalam (panjang patah 80-120 m); berjisim (1000 m dan lebih).
• Mengikut liputan jahitan: tunggal (kesan pada semua jahitan dan interlayer); berbilang (untuk telaga yang telah membuka 2 atau lebih lapisan); selang waktu (untuk takungan tertentu).
• Kaedah khas: pemecahan asid; Teknologi TSO - pembentukan patah pendek untuk mengelakkan penyebarannya kepada sentuhan air-minyak dan mengurangkan jumlah suntikan proppant (kaedah ini menunjukkan kecekapan tinggi dalam takungan berpasir); impuls (penciptaan beberapa keretakan bercapah jejari dalam batuan kebolehtelapan sederhana dan tinggi untuk mengurangkan kesan kulit - kemerosotan kebolehtelapan liang disebabkan oleh pencemarannya dengan zarah yang terkandung dalam cecair pembentukan penapisan.

Berbilangjurang

Pepatah hidraulik berbilang dilakukan dengan beberapa kaedah:

1. Pertama, retak dibuat menggunakan teknologi konvensional. Kemudian ia tersumbat buat sementara waktu dengan menyuntik bahan (naftalena berbutir, bola plastik, dan lain-lain) yang menutup perforasi. Selepas itu, keretakan hidraulik dilakukan di tempat lain.
2. Pengasingan zon dijalankan menggunakan pembungkus atau pintu hidraulik. Untuk setiap selang, keretakan hidraulik dijalankan mengikut skema tradisional.
3. Patah hidraulik berfasa dengan pengasingan setiap zon dasar dengan palam pasir.

Dalam bahagian tanah liat, yang paling berkesan ialah penciptaan patah menegak, kerana ia menghubungkan antara lapisan minyak dan gas yang produktif. Keretakan sedemikian dihasilkan oleh tindakan cecair yang tidak boleh ditapis atau dengan peningkatan kadar suntikan yang cepat.

Persediaan untuk keretakan hidraulik

Teknologi takungan hidraulik terdiri daripada beberapa peringkat. Kerja-kerja persediaan adalah seperti berikut:

1. Kajian telaga untuk aliran masuk cecair pembentukan, keupayaan untuk menyerap bendalir kerja dan menentukan tekanan yang diperlukan untuk keretakan hidraulik.
2. Membersihkan lubang bawah daripada pasir atau kerak tanah liat (mencuci dengan air di bawah tekanan, rawatan dengan asid hidroklorik, penembusan hidro-sandblasting dan kaedah lain).
3. Menyemak telaga dengan templat khas.
4. Turun ke dalam paip lubang telaga untuk membekalkan bendalir kerja.
5. Pemasangan pembungkus tekanan dan penambat hidraulik untuk melindungi selongsong.
6. Pemasangan kepala telagaperalatan (manifold, pelincir dan peranti lain) untuk menyambungkan unit pengepaman ke saluran paip suntikan dan mengedap telaga.

Rajah utama perpaipan peralatan proses semasa keretakan hidraulik ditunjukkan dalam rajah di bawah.

Jujukan patah

Teknik dan teknologi keretakan hidraulik terdiri daripada prosedur berikut:

1. Paip suntikan dibekalkan dengan cecair kerja (paling kerap minyak untuk telaga pengeluaran atau air untuk telaga suntikan).
2. Tingkatkan tekanan bendalir patah kepada nilai reka bentuk maksimum.
3. Periksa kekejangan pembungkus (sepatutnya tiada limpahan cecair daripada anulus).
4. Proppant ditambahkan pada bendalir kerja selepas keretakan hidraulik berlaku. Ini dinilai oleh peningkatan mendadak dalam penyuntikan telaga (penurunan tekanan dalam pam).
5. Isotop radioaktif disertakan dalam kumpulan terakhir proppant untuk pengesahan zon kehilangan berikutnya menggunakan pembalakan nuklear.
6. Bekalkan cecair pemerah tekanan tertinggi untuk sokongan rekahan yang boleh dipercayai.
7. Mengeluarkan cecair patah dari bahagian bawah untuk memastikan aliran masuk cecair pembentukan ke dalam lubang telaga.
8. Buang peralatan proses.
9. Telaga sedang diuruskan.

Jika telaga agak cetek, maka bendalir kerja dibenarkan untuk dibekalkan melalui paip selongsong. Ia juga mungkin untuk menjalankan patah hidraulik tanpapembungkus - melalui paip tiub dan anulus. Ini mengurangkan kehilangan hidraulik untuk cecair yang sangat likat.

Mesin dan mekanisme untuk keretakan hidraulik

Peralatan patah hidraulik termasuk jenis peralatan berikut:

• Mesin dan peranti tanah: unit pengepaman (ANA-105, 2AN-500, 3AN-500, 4AN-700 dan lain-lain); loji pencampur pasir pada casis kereta (ZPA, 4PA, USP-50, Kerui, Lantong dan lain-lain); trak tangki untuk pengangkutan cecair (ATsN-8S dan 14S, ATK-8, Sanji, Xishi dan lain-lain); paip kepala telaga (manifold, kepala telaga, injap tutup, agihan dan manifold tekanan dengan injap sehala, tolok tekanan dan peralatan lain).
• Peralatan tambahan: agregat untuk operasi tersandung; win; stesen pemantauan dan kawalan; trak paip dan peralatan lain.
• Peralatan bawah tanah: pembungkus untuk mengasingkan pembentukan di mana keretakan hidraulik dirancang dari bahagian lain rentetan pengeluaran; sauh untuk mengelakkan pengangkatan peralatan bawah tanah akibat tekanan tinggi; tali tiub.

Jenis peralatan dan bilangan kepingan peralatan ditentukan berdasarkan parameter reka bentuk keretakan hidraulik.

Ciri reka bentuk

Formula asas berikut digunakan untuk mengira keretakan hidraulik:

1. BHP (MPa) untuk keretakan hidraulik menggunakan cecair yang ditapis: p=10^-2KL_c, dengan K ialah pekali yang dipilih daripada julat nilai 1, 5-1, 8 MPa/m, L _{c – panjang perigi, m.}
2. Tekanan suntikan cecair dengan pasir (untuk sandaran patah): p_p =p - ρgL_c + p_t, dengan ρ ialah ketumpatan cecair pembawa pasir, kg/m³, g=9.8 m/s², p _t – kehilangan tekanan akibat geseran bendalir pembawa pasir. Penunjuk terakhir ditentukan oleh formula: p_t =8λQ² ρL_c/(πdB₎2 ^B – diameter dalam tiub.
3. Bilangan unit pengepaman: n=pQ/(p_pQ_pK_T) + 1, di mana p_p ialah tekanan operasi pam, Q_p ialah bekalannya pada tekanan tertentu, K T- pekali keadaan teknikal mesin (dipilih dalam 0.5-0.8).
4. Jumlah cecair anjakan: V=0, 785d_B²L_c.

Jika keretakan hidraulik berlaku menggunakan pasir sebagai proppant, maka jumlahnya bagi setiap 1 operasi diandaikan sebagai 8-10 tan, dan jumlah cecair ditentukan oleh formula:

V=Q_sC_s, dengan Q_s ialah jumlah pasir, t, C_s – kepekatan pasir dalam 1 m^{3 cecair.}

Pengiraan parameter ini adalah penting, kerana pada nilai tekanan yang terlalu tinggi semasa keretakan hidraulik, bendalir diperah ke dalam takungan, kemalangan berlaku dalamruangan pengeluaran. Jika tidak, jika nilainya terlalu rendah, keretakan hidraulik perlu dihentikan kerana ketidakupayaan untuk mencapai tekanan yang diperlukan.

Reka bentuk keretakan dilakukan seperti berikut:

1. Pemilihan telaga mengikut sistem pembangunan lapangan sedia ada atau yang dirancang.
2. Penentuan geometri patah terbaik, dengan mengambil kira beberapa faktor: kebolehtelapan batu, grid telaga, berdekatan dengan sentuhan air minyak.
3. Analisis ciri fizikal dan mekanikal batuan dan pilihan model teori untuk pembentukan rekahan.
4. Penentuan jenis proppant, jumlah dan kepekatan.
5. Memilih cecair patah dengan sifat reologi yang sesuai dan mengira isipadunya.
6. Pengiraan parameter teknologi lain.
7. Definisi kecekapan ekonomi.

Frac Fluid

Bendalir kerja (anjakan, keretakan dan pembawa pasir) ialah salah satu elemen terpenting dalam keretakan hidraulik. Kebaikan dan keburukan pelbagai jenis mereka terutamanya berkaitan dengan sifat reologi. Jika sebelum ini hanya komposisi berasaskan minyak likat yang digunakan (untuk mengurangkan penyerapannya oleh takungan), maka peningkatan kuasa unit pengepaman kini telah memungkinkan untuk beralih kepada cecair berasaskan air dengan kelikatan rendah. Disebabkan ini, tekanan kepala telaga dan kehilangan rintangan hidraulik dalam rentetan tiub telah berkurangan.

Dalam amalan dunia, perkara berikutjenis utama cecair patah hidraulik:

• Air dengan dan tanpa proppants. Kelebihannya adalah kos rendah. Kelemahannya ialah kedalaman penembusan yang rendah ke dalam takungan.
• Pelarut polimer (guar dan derivatifnya PPG, CMHPG; selulosa hidroksietil eter, selulosa karboksimetil, gusi xanthan). B, Cr, Ti, Zr dan logam lain digunakan untuk molekul penghubung silang. Dari segi kos, polimer tergolong dalam kategori pertengahan. Kelemahan cecair tersebut adalah risiko tinggi perubahan negatif dalam takungan. Kelebihan termasuk kedalaman penembusan yang lebih besar.
• Emulsi yang terdiri daripada fasa hidrokarbon (bahan api diesel, minyak, kondensat gas) dan air (mineral atau segar).
• Gel hidrokarbon.
• Methanol.
• Karbon dioksida pekat.
• Sistem buih.
• Gel buih, yang terdiri daripada gel bersilang, buih nitrogen atau karbon dioksida. Mereka mempunyai kos yang tinggi, tetapi tidak menjejaskan kualiti pengumpul. Kelebihan lain ialah kapasiti tampung proppant yang tinggi dan pemusnahan diri dengan sedikit cecair sisa.

Untuk meningkatkan fungsi sebatian ini, pelbagai bahan tambahan teknologi digunakan:

• surfaktan;
• pengemulsi;
• sendi mengurangkan geseran cecair;
• berbuih;
• aditif yang mengubah keasidan;
• penstabil terma;
• bahan tambahan bakteria dan antikarat dan lain-lain.

Ciri-ciri utama cecair patah hidraulik termasuk:

• kelikatan dinamik diperlukan untuk membuka retak;
• sifat penyusupan yang menentukan kehilangan cecair;
• keupayaan untuk membawa proppant tanpa ia mengendap sebelum masanya daripada larutan;
• kestabilan ricih dan suhu;
• keserasian dengan reagen lain;
• aktiviti menghakis;
• hijau dan selamat.

Bendalir berkelikatan rendah memerlukan suntikan volum yang lebih besar untuk mencapai tekanan yang diperlukan dalam takungan, dan cecair kelikatan tinggi memerlukan lebih banyak tekanan yang dibangunkan oleh peralatan mengepam, kerana kehilangan ketara dalam rintangan hidraulik berlaku. Cecair yang lebih likat juga dicirikan oleh kebolehturasan yang lebih rendah dalam batu.

Bahan Penopang

Propan yang paling biasa digunakan, atau proppants, ialah:

• Pasir kuarza. Salah satu bahan semula jadi yang paling biasa, dan oleh itu kosnya rendah. Membaiki keretakan dalam pelbagai keadaan geologi (sejagat). Saiz butiran pasir untuk patah hidraulik dipilih 0.5-1 mm. Kepekatan dalam cecair pembawa pasir berbeza-beza antara 100-600 kg/m3. Dalam batuan yang dicirikan oleh keretakan yang kuat, penggunaan bahan boleh mencapai beberapa puluh tan setiap 1 telaga.
• Bauksit (aluminium oksida Al₂O_{3). Kelebihan proppant jenis ini adalah kekuatannya yang lebih besar berbanding dengan pasir. Dikilangkan olehmenghancurkan dan memanggang bijih bauksit.}
• Zirkonium oksida. Ia mempunyai sifat yang serupa dengan jenis proppant sebelumnya. Digunakan secara meluas di Eropah. Kelemahan biasa bahan tersebut ialah kosnya yang tinggi.
• Berbutir seramik. Untuk patah hidraulik, butiran bersaiz antara 0.425 hingga 1.7 mm digunakan. Mereka tergolong dalam proppants kekuatan sederhana. Tunjukkan kecekapan ekonomi yang tinggi.
• Guli kaca. Sebelum ini digunakan untuk telaga dalam, kini hampir sepenuhnya digantikan oleh bauksit yang lebih murah.

Pecah asid

Intipati keretakan hidraulik asid ialah pada peringkat pertama patah dibuat secara buatan (sama seperti dalam teknologi keretakan hidraulik konvensional), dan kemudian asid dipam ke dalamnya. Yang terakhir bertindak balas dengan batu, mewujudkan saluran panjang yang meningkatkan kebolehtelapan takungan di zon lubang bawah. Akibatnya, faktor pemulihan minyak dari telaga meningkat.

Proses keretakan hidraulik jenis ini amat berkesan untuk pembentukan karbonat. Menurut penyelidik, lebih daripada 40% rizab minyak dunia dikaitkan dengan takungan jenis ini. Teknik dan teknologi patah hidraulik dalam kes ini berbeza sedikit daripada yang diterangkan di atas. Peralatan ini dihasilkan dalam reka bentuk tahan asid. Perencat (formalin, unikol, urotropin dan lain-lain) juga digunakan untuk melindungi mesin daripada kakisan.

Jenis pemecahan asid ialah rawatan dua peringkat menggunakan bahan seperti:

• sebatian polimer (PAA, PVC, gipan danyang lain);
• sebatian lateks (SKMS-30, ARC);
• stirena;
• resin (BNI-5, TSD-9, TS-10).

Sebagai pelarut berasid, larutan asid hidroklorik 15% digunakan, serta komposisi khas (SNPKh-9010, SNPKh-9633 dan lain-lain).

Jenis pemecahan asid ialah rawatan dua peringkat menggunakan bahan seperti:

• sebatian polimer (PAA, PVV, gipan dan lain-lain);
• sebatian lateks (SKMS-30, ARC);
• stirena;
• resin (BNI-5, TSD-9, TS-10).

Sebagai pelarut berasid, larutan asid hidroklorik 15% digunakan, serta komposisi khas (SNPKh-9010, SNPKh-9633 dan lain-lain).