Frac olio. Applicazione della fratturazione idraulica nei giacimenti di petrolio e gas

La fratturazione idraulica consiste in tre operazioni principali:

1. creazione di fessure artificiali nell'invaso (o espansione di quelle naturali);

2. iniezione di fluido con filler per fratture attraverso il tubo nella zona vicina al pozzo;

3. forzare il fluido con il riempitivo nelle fessure per fissarle.

Queste operazioni ne usano tre categorie liquide:

• fluido di fratturazione,
• portatore di sabbia
• vendere liquidi.

Gli agenti di lavoro devono soddisfare i seguenti requisiti:

1. Non dovrebbe ridurre la permeabilità del CCD. Allo stesso tempo, a seconda della categoria del pozzo (produzione; iniezione; produzione, conversione in iniezione d'acqua), vengono utilizzati fluidi di lavoro di diversa natura.

2. Il contatto dei fluidi di lavoro con la roccia dell'EZS o con i fluidi di giacimento non deve provocare alcuna reazione fisica e chimica negativa, ad eccezione dei casi di utilizzo di agenti di lavoro speciali ad azione controllata e diretta.

3. Non dovrebbe contenere una quantità significativa di impurità meccaniche estranee (ovvero il loro contenuto è regolato per ciascun agente di lavoro).

4. Quando si utilizzano agenti di lavoro speciali, ad esempio un'emulsione olio-acido, i prodotti delle reazioni chimiche devono essere completamente solubili nella produzione del giacimento e non ridurre la permeabilità della zona del pozzo.

5. La viscosità dei fluidi di lavoro utilizzati deve essere stabile e avere un punto di scorrimento basso in inverno (altrimenti, il processo di fratturazione idraulica deve essere eseguito mediante riscaldamento).

6. Deve essere prontamente disponibile, non scarso e poco costoso.

Tecnologia di fratturazione idraulica :

• Ben preparato- uno studio per l'afflusso o l'iniettività, che fornisce dati per la valutazione della pressione di frattura, del volume del fluido di frattura e di altre caratteristiche.
• Ben arrossato- il pozzo viene lavato con un fluido di lavaggio con l'aggiunta di alcuni prodotti chimici. Se necessario, eseguire un trattamento di decompressione, siluramento o trattamento con acido. In questo caso si consiglia di utilizzare tubi con un diametro di 3-4 "(i tubi di diametro inferiore sono indesiderabili, poiché le perdite per attrito sono elevate).
• Iniezione di fluido di frattura- viene creata la pressione necessaria per la rottura della roccia per la formazione di nuove e la divulgazione di crepe che esistevano nel CCD. A seconda delle proprietà del CCD e di altri parametri, vengono utilizzati liquidi filtrabili o leggermente filtrabili.

Fluidi di frattura:

nei pozzi di produzione

olio degasato;

olio addensato, miscela olio-olio;

Emulsione idrofobica olio-acido;

Emulsione idrofobica acqua-olio;

Emulsione acido-cherosene, ecc.;

nei pozzi di iniezione

acqua pulita;

Soluzioni acquose di acido cloridrico;

Acqua addensata (amido, poliacrilammide - PAA, stillage di alcool solfito - PRS, carbossimetilcellulosa - CMC);

Acido cloridrico addensato (una miscela di acido cloridrico concentrato con PRS), ecc.

Quando si sceglie un fluido di fratturazione, è necessario tenere conto e prevenire il rigonfiamento dell'argilla introducendo in esso reagenti chimici che stabilizzano le particelle di argilla quando vengono bagnate (idrofobizzazione dell'argilla).

Come già notato, la pressione di scoppio non è un valore costante e dipende da una serie di fattori.

L'aumento della pressione di fondo pozzo e il raggiungimento del valore di pressione di frattura è possibile quando la velocità di iniezione è superiore alla velocità di assorbimento del fluido da parte della formazione. Nelle formazioni a bassa permeabilità, la pressione di fratturazione può essere ottenuta utilizzando fluidi a bassa viscosità come fluido di fratturazione a una velocità di iniezione limitata. Se le rocce sono sufficientemente permeabili, quando si utilizzano fluidi di iniezione a bassa viscosità, è necessaria un'elevata velocità di iniezione; con velocità di pompaggio limitate è necessario utilizzare fluidi di fratturazione a maggiore viscosità. Se il CCD è un serbatoio ad alta permeabilità, è necessario utilizzare velocità di iniezione elevate e fluidi ad alta viscosità. In questo caso va tenuto conto anche dello spessore dell'orizzonte produttivo (intercalare) che determina l'iniettività del pozzo.

importante questione tecnologicaè determinare il momento della formazione della fessura e i suoi segni. Il momento della formazione di una crepa in un serbatoio monolitico è caratterizzato da un'interruzione della dipendenza "portata volumetrica del fluido di iniezione - pressione di iniezione" e da una significativa diminuzione della pressione di iniezione. L'apertura di fratture già esistenti nella zona del pozzo è caratterizzata da un cambiamento graduale nella dipendenza "portata - pressione", ma non vi è alcuna diminuzione della pressione di iniezione. In entrambi i casi, un segno di apertura della frattura è un aumento dell'iniettività del pozzo.

• Iniezione di fluido che trasporta la sabbia. La sabbia o qualsiasi altro materiale iniettato nella frattura funge da riempitivo della frattura, essendo una struttura al suo interno e impedendo alla frattura di chiudersi dopo che la pressione è stata rimossa (ridotta). Il portatore di sabbia si esibisce funzione di trasporto. I requisiti principali per un fluido che trasporta la sabbia sono un'elevata capacità di trattenere la sabbia e una bassa filtrabilità.

Questi requisiti sono dettati dalle condizioni per un efficace riempimento delle fessure con uno stucco e dall'esclusione di possibili assestamenti dello stucco nei singoli elementi. sistema di trasporto(bocca, tubo, fondo foro), nonché perdita prematura di mobilità da parte del riempitivo nella frattura stessa. La bassa filtrabilità impedisce la filtrazione del fluido portatore di sabbia nelle pareti della frattura, mantenendo una concentrazione costante di riempitivo nella frattura e impedendo l'otturazione della fessura da parte del riempitivo all'inizio. In caso contrario, la concentrazione del riempitivo all'inizio della fessura aumenta a causa della filtrazione del fluido di trasporto della sabbia nelle pareti della fessura e il trasferimento del riempitivo nella fessura diventa impossibile.

Come fluidi portatori di sabbia nei pozzi di produzione vengono utilizzati fluidi viscosi od oli, preferibilmente con proprietà strutturali; olio e miscele di olio; emulsioni idrofobe acqua-olio; acido cloridrico addensato, ecc. Nei pozzi di iniezione, le soluzioni PRS vengono utilizzate come fluidi portatori di sabbia; acido cloridrico addensato; emulsioni idrofile olio-acqua; soluzioni amido-alcaline; contatto nero neutralizzato, ecc.

Per ridurre le perdite per attrito durante il movimento di questi fluidi con riempitivo lungo il tubo, vengono utilizzati additivi speciali (depressori) - soluzioni su base di sapone; polimeri ad alto peso molecolare e simili.

• Iniezione fluido cilindrata - comprimendo il fluido che trasporta la sabbia sul fondo e spingendolo nelle fessure. Per evitare la formazione di tappi dal bocchettone, è necessario osservare la seguente condizione:

dov'è la velocità di movimento del fluido che trasporta la sabbia nella stringa di tubi, m/s;

Viscosità del liquido che trasporta la sabbia, mPa s.

Di norma, i liquidi con una viscosità minima vengono utilizzati come fluidi di spostamento. I pozzi di produzione utilizzano spesso il proprio olio degassato (se necessario, viene diluito con cherosene o gasolio); I pozzi di iniezione utilizzano acqua, solitamente commerciale.

Come riempitivo per crepe può essere utilizzato:

Sabbia di quarzo cernita con un diametro dei grani di 0,5 +1,2 mm, che ha una densità di circa 2600 kg/m3. Poiché la densità della sabbia è significativamente maggiore della densità del liquido che trasporta la sabbia, la sabbia può depositarsi, il che predetermina alte velocità download;

Palline di vetro;

Granelli di bauxite agglomerata;

sfere polimeriche;

Riempitivo speciale - proppant.

Requisiti di base per il riempitivo:

Elevata resistenza alla compressione (collasso);

Forma sferica geometricamente corretta.

È abbastanza ovvio che il riempitivo deve essere inerte rispetto alla produzione del serbatoio e non modificarne le proprietà per lungo tempo. È praticamente accertato che la concentrazione del filler varia da 200 a 300 kg per 1 m3 di liquido portante la sabbia.

• Dopo che il filler è stato iniettato nelle fratture, il pozzo lasciato sotto pressione. Il tempo di sosta dovrebbe essere sufficiente affinché il sistema (CCD) passi da uno stato instabile a uno stabile, in cui il filler sarà saldamente fissato nella fessura. Altrimenti, nel processo di stimolazione dell'afflusso, sviluppo e funzionamento del pozzo, il riempimento delle fratture viene effettuato nel pozzo. Se allo stesso tempo il pozzo viene azionato mediante pompaggio, la rimozione del riempitivo porta al guasto dell'impianto sommerso, per non parlare della formazione di tappi dal riempitivo sul fondo. Quanto sopra è un fattore tecnologico estremamente importante, il cui abbandono riduce drasticamente l'efficienza della fratturazione idraulica fino a un risultato negativo.
• chiamata di afflusso, sviluppo di un pozzo e relativo studio idrodinamico. Condurre uno studio idrodinamico è elemento obbligatorio tecnologia, perché i suoi risultati servono come criterio per l'efficienza tecnologica del processo.

schema elettrico viene presentata l'attrezzatura per la fratturazione idraulica dei pozzi riso. 5.5. Durante la fratturazione idraulica, la stringa di tubi deve essere imballata e ancorata.

Questioni importanti durante la fratturazione idraulica sono determinare la posizione, l'orientamento spaziale e la dimensione delle crepe. Tali definizioni dovrebbero essere obbligatorie durante la fratturazione in nuove regioni, perché. consentire lo sviluppo della migliore tecnologia di processo. I compiti elencati vengono risolti sulla base del metodo di osservazione del cambiamento nell'intensità della radiazione gamma da una fessura in cui viene iniettata una parte del riempitivo attivato da un isotopo radioattivo, ad esempio cobalto, zirconio e ferro. Essenza questo metodo consiste nell'aggiungere una certa porzione del filler attivato al filler pulito e condurre la registrazione dei raggi gamma immediatamente dopo la formazione di fratture e l'iniezione di una porzione del filler attivato nelle fessure; confrontando questi risultati della registrazione dei raggi gamma, giudicano il numero, la posizione, l'orientamento spaziale e la dimensione delle fratture formate. Questi studi sono condotti da organizzazioni geofisiche specializzate sul campo.

Riso. 5.5. Diagramma schematico dell'attrezzatura da pozzo per la fratturazione idraulica:

1 - formazione produttiva; 2 - crepa; 3 - gambo; 4 - imballatore; 5 - ancoraggio; 6 - corda dell'involucro; 7 - stringa di tubi; 8 - attrezzatura per la testa del pozzo; 9 - fluido di fratturazione; 10 - liquido vettore di sabbia; 11 - liquido per spremere; 12 - manometro.

Problemi di applicazione della fratturazione idraulica. ASS dove accanto al serbatoio ci sono strati contenenti acqua. Potrebbero essere falde acquifere se l'acqua di fondo. Inoltre, ci possono essere formazioni adiacenti alla formazione trattata che sono allagate dall'acqua.

Le fratture verticali formatesi durante la fratturazione idraulica in tali casi creano un collegamento idrodinamico tra il pozzo e la falda acquifera. Nella maggior parte dei casi, l'acquifero ha una permeabilità maggiore rispetto al serbatoio in cui viene effettuata la fratturazione idraulica. Ecco perché la fratturazione idraulica può portare al completo allagamento dei pozzi. Nei vecchi campi, molti pozzi sono in rovina. La fratturazione idraulica in tali condizioni porta alla rottura della stringa di produzione. Teoricamente, in tali pozzi, viene utilizzato un packer per proteggere la corda, ma a causa di ammaccature sulla corda e corrosione, il packer non svolge il suo ruolo in tali pozzi. Inoltre, a causa della fratturazione idraulica, la pietra cementizia può essere distrutta.

Durante la fratturazione idraulica si creano fratture in interstrati a diversa permeabilità, ma molto spesso è più facile rompere un interstrato ad alta permeabilità piuttosto che uno a bassa permeabilità. In un intercalare con una maggiore permeabilità, la frattura può essere più lunga. Con questa opzione, dopo la fratturazione idraulica, il tasso di produzione di petrolio del pozzo aumenta, ma il taglio dell'acqua aumenta se il pozzo è stato irrigato. Ecco perché, prima e dopo la fratturazione idraulica, è necessario analizzare l'acqua prodotta per scoprire da dove provenga l'acqua nel pozzo.

Durante la fratturazione idraulica, come con qualsiasi metodo di stimolazione, si pone sempre la questione di compensare la grande produzione mediante iniezione.

Frattura idraulica (HF) - processo tecnologico aumentare la permeabilità della zona di fondo pozzo della formazione produttiva a causa della formazione di fessure o dell'espansione e dell'approfondimento di fessure naturali in essa. L'essenza di questo processo risiede nell'iniezione di fluido nella zona di fondo pozzo ad alta pressione, che supera la pressione della roccia locale e le proprietà di resistenza della roccia serbatoio.

La fratturazione idraulica viene applicata:

Intensificare la produzione di petrolio da pozzi con una zona di fondo pozzo fortemente contaminata creando crepe;

Al fine di garantire il collegamento idrodinamico del pozzo con il sistema delle fratture di formazione naturale e l'espansione dell'area di drenaggio;

Mettere in sviluppo depositi a bassa permeabilità e trasferire riserve petrolifere fuori bilancio in giacimenti commerciali;

Quando vengono messi in sviluppo giacimenti complessi ed eterogenei per aumentare il tasso di recupero del petrolio e aumentare il recupero finale del petrolio;

Aumentare la produttività dei pozzi petroliferi;

Aumentare l'iniettività dei pozzi di iniezione;

In pozzi con alta pressione di formazione, ma con bassa permeabilità di formazione.

Si sconsiglia di eseguire la fratturazione idraulica in pozzi situati vicino a zone acqua-olio e gasolio, dove sono possibili il cono accelerato e la penetrazione di acqua e gas nei pozzi di produzione; in giacimenti esauriti con basse riserve residue, nonché in giacimenti carbonatici con fratturazione caotica.

HF viene eseguito nel seguente ordine. I tubi vengono calati nel pozzo e un packer e un'ancora vengono installati sopra il tetto della formazione produttiva in cui è prevista la fratturazione idraulica. Il pozzo viene lavato con acqua per pulire il fondo pozzo da argilla e impurità meccaniche. Se necessario, il trattamento con acido cloridrico o perforazione aggiuntiva viene talvolta eseguito prima della fratturazione idraulica. In tali casi, la pressione di scoppio viene ridotta e la sua efficienza viene aumentata. Quindi, un fluido di fratturazione viene iniettato nel pozzo attraverso il tubo (il diametro del tubo è di almeno 89 - 114 mm, non è consigliabile utilizzare tubi di diametro inferiore durante la fratturazione idraulica, poiché si verificano grandi perdite di pressione durante il pompaggio del fluido) il fluido di fratturazione viene iniettato nei volumi necessari a creare la pressione alla fratturazione. Per proteggere l'involucro dall'alta pressione, un packer è installato sopra la formazione fratturata. Separa completamente la zona di formazione produttiva dalla parte sovrastante del pozzo. In questo caso la pressione creata dalle pompe agisce solo sulla formazione e sulla parte inferiore del packer. Installare un ancoraggio idraulico per impedire il movimento del packer.

I fluidi di fratturazione rientrano in tre categorie: fluido di fratturazione, fluido vettore di sabbia e fluido dislocante.

I fluidi di lavoro non dovrebbero ridurre la permeabilità assoluta o di fase della roccia serbatoio. A questo proposito, durante la fratturazione idraulica nei pozzi petroliferi, vengono utilizzati fluidi a base di idrocarburi e nell'iniezione e pozzi di petrolio, destinato alla conversione in iniezione - a base di acqua. Tuttavia, nei pozzi con serbatoi di carbonato, soluzioni acquose di acido cloridrico o altri liquidi a base di esso possono essere utilizzate come fluidi di lavoro.

Il fluido di fratturazione deve penetrare bene nella formazione e nelle fratture naturalmente esistenti in essa. I fluidi di fratturazione sono utilizzati principalmente:

1. idrocarburo

2. soluzioni acquose

3. emulsioni

I fluidi di lavoro per la fratturazione idraulica non devono contenere impurità meccaniche e, a contatto con la roccia e il fluido di giacimento, non devono formare precipitati insolubili.

La massima preferenza per la fratturazione idraulica dovrebbe essere data ai fluidi che sono completamente solubili nei fluidi di formazione. Durante la fratturazione idraulica, la viscosità dei fluidi di lavoro deve essere stabile.

Un fluido vettore di sabbia è un fluido utilizzato per guidare la sabbia dalla superficie nelle fratture risultanti. Il fluido vettore di sabbia dovrebbe essere non filtrabile o avere una capacità di filtrazione che diminuisce rapidamente e dovrebbe anche avere un'elevata capacità di trattenere la sabbia. Gli stessi fluidi sono usati come fluidi portatori di sabbia per la fratturazione.

Il riempitivo serve a formare crepe e impedire loro di chiudersi quando la pressione viene rimossa. Per riparare le fessure formatesi durante la fratturazione idraulica, viene utilizzata sabbia di quarzo con una granulometria di 0,4 - 1,2 mm. Tale sabbia viene testata in condizioni di laboratorio per la resistenza e la rientranza nella superficie. rocce, in cui si forma una frattura, così come la permeabilità residua (permeabilità dopo la compressione della sabbia sotto una pressa che simula l'effetto della pressione della roccia). La sabbia per riempire le fessure durante la fratturazione idraulica deve soddisfare i seguenti requisiti: a) avere un'elevata resistenza meccanica per formare cuscini di sabbia affidabili nelle fessure e non collassare sotto il peso delle rocce; b) mantenere un'elevata permeabilità. Questa è a grana grossa, ben rullata e uniforme nella composizione granulometrica della sabbia di quarzo. In caso di alta pressione rocciosa o di una superficie instabile di rocce in cui si forma una crepa, viene utilizzata una ceramica artificiale o altro materiale di sostegno.

Durante la prima fratturazione idraulica, in ogni frattura dovrebbero essere introdotte almeno 1,5-2 tonnellate di sabbia.

Quando si pompano grandi quantità di sabbia (più di 15-20 tonnellate) nel serbatoio per penetrarlo più in profondità attraverso le fessure, le prime porzioni di sabbia (30-40%) vengono pompate con sabbia a grana fine di fine (0,4 -0,6 mm), seguita dal passaggio all'iniezione di sabbia grossolana.

Il moderno progetto di fratturazione idraulica è costituito da due parti fondamentalmente diverse.

Nella prima parte del progetto viene fissato l'obiettivo della fratturazione idraulica, vengono determinati pozzi, formazioni e intercalari per la fratturazione idraulica e vengono calcolate le dimensioni (lunghezza, larghezza) delle fratture da formare. Di solito, questa parte della progettazione della fratturazione idraulica viene eseguita da un'impresa o dal suo dipartimento (geologico, sviluppo, recupero potenziato del petrolio), che guida lo sviluppo di campi o di qualche oggetto. Per ordine di un'impresa, la progettazione può essere affidata anche a un ente di ricerca.

La seconda parte del progetto è direttamente correlata alla selezione dei parametri di fratturazione idraulica che forniscono tali velocità di iniezione e volumi di fluidi e sabbia iniettati nelle fratture nei pozzi selezionati, che consentono di creare fratture nel giacimento con le dimensioni e la portata progettate in la prima parte. Questa parte del progetto consiste nel calcolare il processo di formazione di una fessura di riempimento e fissarla con la sabbia. Nella seconda parte del progetto di fratturazione idraulica, vengono selezionati anche fluidi di fratturazione efficaci con proprietà appropriate e sabbia (proppant). La seconda parte della progettazione della fratturazione idraulica viene eseguita da una società di assistenza ("servizio"), che di solito esegue l'operazione di fratturazione idraulica.

IN set completo le attrezzature per la fratturazione idraulica comprendono unità di pompaggio e di miscelazione della sabbia, autocisterne, blocchi collettori e raccordi per testa pozzo.

La testa pozzo è dotata di una testa speciale, alla quale sono collegate unità per l'iniezione di fluidi di fratturazione nel pozzo. Per la fratturazione idraulica è possibile utilizzare: unità di pompaggio 4AN-700, modernizzato 5AN-700 o telaio AHP-700. La pressione massima di queste unità è di 70 MPa con un'alimentazione di 6 l / s, ad una pressione di 20 MPa l'alimentazione è di 22 l / s. Le unità di pompaggio sono collegate al blocco collettore mediante raccordi di tubi flessibili a sgancio rapido, che a sua volta è collegato ai raccordi della testa pozzo.

In pratica, viene spesso utilizzata la fratturazione idraulica a intervalli. Intervallo, viene utilizzato quando diversi serbatoi sono sviluppati da un filtro comune e i serbatoi sono isolati l'uno dall'altro da strati di rocce impermeabili.

Viene utilizzata anche la fratturazione idraulica direzionale. Nella fratturazione idraulica direzionale mediante sabbiatura, viene eseguita una perforazione aggiuntiva in un dato intervallo della formazione produttiva, in cui si prevede di ottenere fratture. In questo caso si utilizza sia la perforazione idrosabbiatura “a punta” che la perforazione ad asola.

Una delle nuove efficaci tecnologie di fratturazione idraulica è la tecnologia della deposizione di proppanato alla fine della frattura (o screening della punta delle fratture (TSO)), che consente di aumentare intenzionalmente la larghezza della frattura, arrestandone la crescita in lunghezza, quindi aumentando notevolmente la conduttività. Per intensificare la produzione di riserve da strati a bassa permeabilità e ridurre il rischio che una frattura entri nelle falde acquifere o nelle formazioni gassose, viene utilizzata la tecnologia di fratturazione idraulica selettiva.

Installato vicino a locali residenziali e industriali. Nell'articolo considereremo lo scopo, la progettazione e la classificazione della fratturazione idraulica. Diamo anche i principi di base per l'installazione di punti e requisiti per il loro funzionamento.

Decifrazione e tipi di fratturazione idraulica

Il punto di controllo del gas (GRP) è un complesso costituito da dotazioni tecnologiche e meccanismi per la regolazione della pressione del gas. Lo scopo principale dell'impianto è quello di ridurre la pressione in ingresso della sostanza naturale e mantenere un dato livello in uscita, indipendentemente dal consumo.

Le tipologie di fratturazione idraulica in relazione al sito di installazione dell'apparecchiatura sono:

• GRPSH (cabinet gas control points) - per questa tipologia si prevede di collocare le apparecchiature corrispondenti in un apposito armadio realizzato con materiali ignifughi;
• GRU (unità di controllo del gas) - per questo tipo di apparecchiature, è montato su un telaio e posizionato nel luogo in cui viene utilizzato il gas o altrove;
• PGB (punti di blocco del controllo del gas) - con questo posizionamento, l'apparecchiatura è montata in edifici di tipo container, uno o più;
• GRP (decodifica - punti di controllo del gas fissi) - con questo tipo di apparecchiatura situata in edifici specializzati o stanze separate, tale dispositivo non è accettato come prodotto standard con piena prontezza di fabbrica.

Classificazione

La fratturazione idraulica può essere classificata secondo diversi parametri. Ad esempio, se possibile, abbassando la pressione del gas. La ripartizione della fratturazione idraulica è discussa di seguito.

1. Punti di controllo gas monostadio. In tali sistemi, la pressione del gas dall'ingresso a quella di lavoro è regolata in uno stadio.
2. Punti di controllo gas multistadio. Nei sistemi con pressione troppo alta, un regolatore potrebbe non essere in grado di far fronte alla funzione di riduzione. In questo caso la regolazione avviene in più passi impostando uno o più regolatori.

In base alla pressione del gas in uscita, fornita dalla fratturazione idraulica (decodifica: punti di controllo del gas), si distinguono gli impianti che forniscono la stessa o diversa pressione.

Inoltre, la fratturazione idraulica può essere con una o due uscite. L'esecuzione del dispositivo è mancina o destra, a seconda del luogo di fornitura del gas.

L'ingresso e l'uscita di una sostanza volatile possono essere effettuati da lati opposti della fratturazione idraulica, da un lato, essere verticale e orizzontale.

La pressione del gas all'uscita del punto può variare, mentre la fratturazione idraulica è classificata:

Linee idrauliche di riduzione della fratturazione

La decodifica della fratturazione idraulica è già stata data. Gli elementi possono essere vicoli ciechi o loop. Questo schema è utilizzato per l'affidabilità della fornitura di gas. Consiste nel combinare diverse fratture idrauliche. Si ritiene che più installazioni sono in loop, maggiore è l'affidabilità del sistema. Viene preso in considerazione uno schema senza uscita quando non è pratico utilizzare più di una fratturazione idraulica per la fornitura di gas al consumatore.

Secondo gli schemi tecnologici della fratturazione idraulica, ci sono:

1. Elementi a riga singola. Sono dotati di una linea di riduzione del gas.
2. Multithread. Possono essere dotati di due o più linee di riduzione del gas collegate in parallelo. Tale dispositivo viene utilizzato quando si cerca di ottenere la massima affidabilità e parametri prestazionali della fratturazione idraulica.
3. Circonvallazione. Linea di riduzione di riserva, che viene utilizzata durante la riparazione della linea principale.

I regolatori in installazioni multilinea possono essere collegati in parallelo o in serie.

L'unità di fratturazione idraulica è dotata delle seguenti attrezzature:

• riduttore di pressione del gas;
• filtro gas;
• raccordi di sicurezza;
• valvole di arresto;
• strumentazione;
• un'unità di immissione di sostanze per l'odore di gas;
• riscaldatori a gas.

Sulla linea di riserva sono installati due dispositivi di bloccaggio, tra i quali è montato un manometro.

punti a filo singolo

I punti di controllo del gas (decodifica della fratturazione idraulica) con una linea di riduzione del gas sono costituiti da: apparecchiature di processo e un telaio su cui è posizionato.

Il principio di funzionamento di tali dispositivi:

1. Il gas passa attraverso l'ingresso ed entra nel filtro. Qui viene pulito da sostanze nocive e impurità.
2. Quindi il gas viene fornito al regolatore di pressione attraverso una valvola di intercettazione di sicurezza, in cui viene regolata la pressione, abbassandola ai parametri richiesti, oltre a mantenere i valori al livello desiderato.

Se, passando attraverso il regolatore, la pressione non scende ai parametri standard, viene attivata la valvola di sicurezza o la tenuta idraulica.

Se il gas non viene scaricato, viene attivata la valvola di intercettazione di sicurezza e viene interrotta l'alimentazione del gas alla RN-GRP (decodifica: parametro di pressione all'inizio dell'apertura della valvola di blocco) non più di +0,02 MPa - il valore normativamente impostato dell'azionamento della valvola (GOST R 53402-2009 8.8.2.7).

Negli impianti di controllo del gas possono essere utilizzati regolatori sia ad azione diretta che indiretta.

Quando si sceglie una fratturazione idraulica con una linea di riduzione, di solito si basano sui parametri operativi del regolatore: portata, pressione di ingresso e di uscita.

Punti multifilo

Decifrare l'abbreviazione di fratturazione idraulica - punti di controllo del gas, questo è già stato detto, ce ne sono con una linea di riduzione, con due o più.

I regolatori sulla linea di massima pressione del gas possono essere installati sia in parallelo che in serie.

Il principio di funzionamento di un sistema multi-thread:

1. Una fonte è utilizzata per l'approvvigionamento di gas.
2. Dopo essere entrato, il gas viene distribuito attraverso tutte le linee di fratturazione idraulica.
3. All'uscita, le linee sono combinate in un collettore.

I sistemi multi-thread sono più affidabili, perché se una linea di riduzione fallisce, le sue funzioni possono essere eseguite dal resto. Azioni simili vengono eseguite e, se necessario, lavoro tecnico: sostituzione regolatore, pulizia filtro.

Gli schemi sono utilizzati principalmente in punti ad alta pressione, ad esempio per la fornitura di consumatori industriali. I sistemi multi-thread sono più costosi delle controparti single-thread, hanno grandi dimensioni.

Frattura con linea di bypass

Quanto sopra descrive come viene decifrata la fratturazione idraulica e quali tipi si verificano. In questo paragrafo verrà presentata l'ultima opzione per organizzare un punto di controllo del gas: con un bypass.

Un bypass è chiamato bypass, un altro nome è una linea di riduzione del gas naturale di riserva. Viene utilizzato al momento della riparazione del principale.

I circuiti multi-thread o single-thread sono dotati di una linea di bypass. È dotato della stessa attrezzatura del lavoratore, ma non partecipa al processo di fornitura del gas se la linea principale è in funzione.

Per la fratturazione idraulica si scelgono innanzitutto pozzi a bassa produttività, a causa della naturale bassa permeabilità delle rocce, oppure pozzi la cui capacità filtrante della zona di fondo pozzo si è deteriorata all'apertura del giacimento. È inoltre necessario che la pressione di formazione sia sufficiente a garantire il flusso di petrolio nel pozzo. Prima della rottura delle rocce, il pozzo viene esaminato per l'afflusso e vengono determinate la sua capacità di assorbimento e la pressione di assorbimento. I risultati dello studio di afflusso e i dati sulla capacità di assorbimento del pozzo prima e dopo la frattura consentono di giudicare i risultati dell'operazione, aiutano a valutare approssimativamente la pressione di frattura, selezionano correttamente le proprietà e la quantità di fluido appropriate per la frattura , giudicare i cambiamenti nella permeabilità delle rocce della zona di fondo pozzo dopo la frattura. Prima di iniziare i lavori, il pozzo viene ripulito dallo sporco mediante drenaggio e risciacquato per migliorare le proprietà di filtrazione della zona di fondo pozzo. Buoni risultati la fratturazione può essere ottenuta mediante pretrattamento del pozzo con acido cloridrico o argilloso (una miscela di cloridrico e fluoridrico), poiché all'apertura del giacimento la permeabilità delle rocce si deteriora negli intervalli in cui il filtrato e la soluzione argillosa penetrano maggiormente. Tali proppast sono le sezioni più permeabili della sezione, che, dopo aver aperto la formazione durante la perforazione nel fango argilloso, a volte diventano leggermente permeabili al fluido di fratturazione. Dopo il trattamento acido preliminare, le proprietà di filtrazione di tali formazioni sono migliorate e condizioni favorevoli a formare crepe.

I tubi della pompa con un diametro di 76 o 102 mm vengono calati nel pozzo lavato e pulito, attraverso il quale il fluido di fratturazione viene immesso nel pozzo di fondo (Figura 1.3). Quando si abbassano tubi di diametro inferiore, a causa di significative perdite di carico, il processo di rottura diventa più difficile. Per proteggere l'involucro dall'alta pressione, sopra la formazione è installato un packer. Affinché non si sposti lungo la colonna quando la pressione sui tubi aumenta, si consiglia di installare un ancoraggio idraulico (Figura 1.4). Maggiore è la pressione nei tubi e all'interno dell'ancora, maggiore è la forza che i pistoni dell'ancora si estendono e premono contro l'involucro. I bordi anulari all'estremità dei pistoni, andando a sbattere contro il piantone, hanno maggiore effetto frenante, maggiore è la pressione. Ci sono ancore e altri tipi.

Figura 1.3 - Schema dell'attrezzatura del pozzo per la fratturazione idraulica: 1 - packer; 2 - ancoraggio idraulico; 3 - tubi; 4 - testa di riempimento

Figura 1.4 - Schema del dispositivo di ancoraggio idraulico

La testa pozzo è dotata di una testa speciale, alla quale sono collegate le unità di iniezione del liquido. Lo schema generale delle tubazioni e l'ubicazione delle apparecchiature vicino ai pozzi è mostrato nella Figura 1.5.

Figura 1.5 - Schema delle tubazioni dell'attrezzatura per la fratturazione idraulica: 1 - serbatoio dell'olio; 2, 4 - unità ad alta pressione; 3 - bene; 5 - unità ausiliaria; 6 - miscelatore di sabbia; 7 - autocisterne

La fratturazione della formazione viene effettuata iniettando il fluido di fratturazione nei tubi fino a stratificazione della formazione, che è caratterizzata da un aumento significativo del fattore di iniettività del pozzo. Se si utilizza un fluido scarsamente filtrabile per la fratturazione, e anche se la permeabilità delle rocce nella zona del bassofondo è notevolmente peggiorata a causa dell'intasamento con fango argilloso, si osserva talvolta una diminuzione della pressione di iniezione al momento della fratturazione.

I primi fluidi di fratturazione erano a base di petrolio, ma dalla fine degli anni '50. ha iniziato a utilizzare liquidi a base d'acqua, i più comuni dei quali sono la gomma di guar e l'idrossipropil guar. Attualmente, oltre il 70% di tutte le fratture idrauliche negli Stati Uniti viene eseguito utilizzando questi fluidi. I gel a base di olio vengono utilizzati nel 5% dei casi, le schiume con gas compresso (solitamente CO 2 e N 2) vengono utilizzate nel 25% di tutte le fratture idrauliche. Per aumentare l'efficienza della fratturazione idraulica, al fluido di fratturazione vengono aggiunti vari additivi, principalmente agenti antifiltrazione e agenti di riduzione dell'attrito.

I materiali moderni utilizzati per riparare le crepe nello stato aperto sono i sostegni. Sono classificati come segue: sabbie di quarzo e materiali di sostegno sintetici di resistenza medio-alta. Le caratteristiche fisiche dei materiali di sostegno che influiscono sulla conduttività della frattura includono resistenza, dimensione dei grani e distribuzione delle dimensioni delle particelle, qualità (presenza di impurità, solubilità negli acidi), forma dei grani (sfericità e rotondità) e densità.

Il materiale principale e più utilizzato per riparare le crepe è la sabbia. La sua densità è di circa 2,65 g/cm 2 . Le sabbie sono comunemente utilizzate nella fratturazione idraulica in cui la sollecitazione di compressione non supera i 40 MPa. Di media resistenza sono i sostegni ceramici con una densità di 2,7-3,3 g/cm 2 utilizzati con una sollecitazione di compressione fino a 69 MPa. I materiali di sostegno per impieghi gravosi, come la bauxite sinterizzata e l'ossido di zirconio, vengono utilizzati a sollecitazioni di compressione fino a 100 MPa, la densità di questi materiali è di 3,2-3,8 g/cm 2 . L'uso di puntelli per impieghi gravosi è limitato dal loro costo elevato.

Inoltre, negli Stati Uniti viene utilizzata la cosiddetta supersand: sabbia di quarzo, i cui granuli sono rivestiti con resine speciali che aumentano la resistenza e impediscono la rimozione di particelle di materiale di sostegno sbriciolate dalla frattura. La densità del supersand è di 2,55 g/cm 2 . Vengono anche prodotti e utilizzati materiali di sostegno rivestiti di resina sintetica.

La forza è il criterio principale nella selezione dei sostegni per condizioni specifiche del giacimento al fine di garantire la conduttività della frattura a lungo termine alla profondità del giacimento. Pertanto, i seguenti tipi di supporti vengono utilizzati per diverse profondità: sabbie di quarzo - fino a 2500 m; puntelli di media resistenza - fino a 3500 m; puntelli ad alta resistenza - oltre 3500 m.

Fino a poco tempo fa, in Russia veniva utilizzata solo sabbia naturale in quantità fino a 130 t/pozzo, e nella maggior parte dei casi venivano pompate 20-50 t/pozzo. A causa della profondità relativamente ridotta delle formazioni trattate, non è stato necessario utilizzare materiali di sostegno sintetici di alta qualità. Fino alla fine degli anni '80. durante la fratturazione idraulica sono state utilizzate principalmente attrezzature domestiche o rumene, in alcuni casi americane.

Ora ci sono ampie opportunità potenziali per l'introduzione di operazioni di fratturazione idraulica su larga scala in formazioni gassose a bassa permeabilità nei campi della Siberia (profondità - 2000-4000 m), Stavropol (2000-3000 m) e Krasnodar (3000- 4000 m) territori, regioni di Saratov (2000 m), Orenburg (3000-4000 m) e Astrakhan (campo Karachaganak (4000-5000 m)).

Scelta schema tecnologico e l'efficienza di elaborazione dipendono in gran parte dalla capacità dell'apparecchiatura. Determinato che migliori risultati ottenuto con alte pressioni iniezione e grande esibizione attrezzature, apparentemente dovuto alla significativa apertura di fessure ad alte pressioni e al loro riempimento con sabbia. L'industria domestica produce unità 2AN-500 e 4AN-700, progettate per la fratturazione idraulica. L'unità AN-500 può creare pressioni di esercizio fino a 50 MN/m 2 . L'utilizzo di 3-4 unità contemporaneamente permette di iniettare fluido di fratturazione nel pozzo ad una portata di 10-15 dm 3 /sec ad una pressione fino a 50 MN/m 2 . Il processo di miscelazione della sabbia con il liquido è meccanizzato con l'ausilio di speciali unità di miscelazione della sabbia. L'unità di miscelazione della sabbia P-100 progettata da Hydroneftemash è in grado di creare un contenuto di sabbia nel portasabbia fino a 1000 kg/m 3 con una capacità di sabbia secca fino a 100 t/h. Un laboratorio mobile è stato progettato per monitorare continuamente i parametri dei fluidi di fratturazione e la tecnologia del processo.

Oltre allo schema di fratturazione idraulica descritto, vengono utilizzati altri schemi tecnologici a seconda delle condizioni del processo e del suo scopo.

In pozzi poco profondi, la fratturazione può essere eseguita senza far scorrere tubi o con tubi ma senza packer. Nel primo caso, il liquido viene iniettato direttamente attraverso i tubi dell'involucro, e nel secondo caso, sia attraverso i tubi che attraverso l'anello. Con questa tecnologia è possibile ridurre significativamente la perdita di carico nel pozzo durante l'iniezione di un fluido molto viscoso. La fratturazione multipla può anche essere utilizzata per migliorare le condizioni di afflusso. La sua essenza sta nel fatto che nel giacimento si creano diverse fratture a diverse profondità e, quindi, la permeabilità delle rocce della zona di fondo pozzo nei pozzi aumenta notevolmente.

La fratturazione multipla della formazione può essere eseguita nei seguenti modi:

1. Eseguire la fratturazione idraulica utilizzando la tecnologia convenzionale e quindi, insieme al fluido, iniettare sostanze nel pozzo che tappano temporaneamente la frattura o chiudono le perforazioni contro l'intervallo di frattura. Ciò consente di aumentare nuovamente la pressione e rompere il serbatoio in un altro punto. Come materiale di tamponamento sono stati utilizzati naftalene granulare, sfere di plastica elastica, ecc.. Durante lo sviluppo del pozzo, il naftalene si dissolve nell'olio e viene rimosso dalla frattura e le sfere vengono portate in superficie dal flusso.

2. La zona destinata alla formazione delle fratture può essere separata di volta in volta da due packeramn o paratoie idrauliche e la formazione può essere fratturata utilizzando la tecnologia convenzionale.

3. Eseguire fratture multiple con isolamento degli strati sottostanti della formazione produttiva con un tampone di sabbia.

In sezioni con un gran numero di intercalari di argilla, ad es. con bassa permeabilità verticale, è altamente desiderabile creare fratture verticali che collegano interstrati produttivi. Per formare crepe verticali, vengono utilizzati fluidi di fratturazione non filtrabili. Le fratture verticali possono anche formarsi durante l'iniezione di fluidi di fratturazione filtrabili con un rapido aumento del flusso del fluido e della pressione di fondo pozzo.

Per facilitare la fratturazione delle formazioni in un luogo prescelto, è possibile effettuare preliminarmente sabbiatura o siluramento della corda: la sezione stessa viene separata (sigillata) da packer.

Più di 2.500 operazioni di fratturazione idraulica sono state effettuate ogni anno nei campi dell'URSS. L'efficienza della fratturazione idraulica è di circa il 70%.

La tecnologia di fratturazione idraulica sta rapidamente migliorando. I lavoratori degli istituti di ricerca e dell'artigianato ne hanno proposti un gran numero varie opzioni fratture intervallate, metodi per proteggere la guaina di cemento dalla distruzione o dalla rottura e vari metodi tecnologici che migliorano i risultati di fratturazione.

Molto questione importante durante la fratturazione idraulica, uno che richiede particolare attenzione è determinare la posizione e la natura delle fratture risultanti. Questo problema viene risolto con successo mediante metodi di registrazione radioattiva, effettuati dopo l'introduzione di una miscela di sabbia ordinaria e radioattiva nella frattura. La sabbia viene attivata dall'adsorbimento e dalla fissazione di sostanze radioattive sulla sua superficie. L'ingrediente attivo adsorbito può essere fissato rivestendo i granelli di sabbia con adesivi insolubili in acqua e olio. Ci sono chiare anomalie di radioattività nelle curve dei raggi gamma nell'intervallo di frattura.

Nella moderna industria petrolifera, la fratturazione idraulica (HF) è un metodo efficace impatto sull'area di fondo pozzo del pozzo. Questo metodo è necessario per aumentare il rendimento produttivo di un giacimento di petrolio o gas, il grado di assorbimento delle varietà di iniezione dei pozzi e anche come parte del lavoro di isolamento delle acque sotterranee. Lo stesso processo di fratturazione idraulica include la creazione di nuove fratture e l'aumento di quelle esistenti che si trovano nella roccia del foro inferiore. L'impatto sulle fratture avviene regolando la pressione del fluido fornito al pozzo. Come risultato della fratturazione idraulica, diventa possibile estrarre risorse preziose situate a una distanza remota dal pozzo dal pozzo.

Dalla storia della fratturazione idraulica

Sviluppi per aumentare la produttività della produzione di petrolio da pozzi finiti furono realizzati negli Stati Uniti già alla fine dell'Ottocento: fu quindi sperimentato un metodo di stimolazione mediante un'esplosione di nitroglicerina, che frantumò le rocce solide e rese possibile per ottenere risorse preziose da lì. Nello stesso periodo sono stati effettuati test per sviluppare la zona di fondo pozzo utilizzando l'acido, e quest'ultimo metodo è stato utilizzato attivamente negli anni '30 del secolo scorso.

Durante l'uso dell'acido per stimolare la produttività del pozzo, è stato riscontrato che l'aumento della pressione può portare alla formazione di fratture. Questo iniziò lo sviluppo dell'idea della fratturazione idraulica, e il primo tentativo fu fatto già nel 1947. Nonostante il fallimento, i ricercatori hanno continuato a sviluppare il metodo e il loro lavoro è stato coronato dal successo due anni dopo. Negli anni '50, gli Stati Uniti iniziarono a svilupparsi sempre più utilizzando il metodo della fratturazione idraulica e, nell'ultimo terzo del XX secolo, il numero di tali operazioni superava il milione solo nella stessa America.

La fratturazione idraulica come tecnica di sviluppo dei pozzi è stata utilizzata anche in URSS: i primi tentativi sono stati fatti nel 1959. Successivamente, la popolarità di questo metodo iniziò a svanire, poiché in Siberia iniziarono a svilupparsi pozzi che, anche senza ulteriori manipolazioni, garantivano la produzione ininterrotta di petrolio e gas nei volumi richiesti. Dalla fine degli anni '80 la tecnica si è nuovamente diffusa, quando gli ex depositi cessavano di produrre la stessa quantità di risorse preziose, ma non potevano ancora essere considerati del tutto esauriti. Attualmente, la tecnica della fratturazione idraulica è utilizzata in tutta la Russia, così come in altri stati.

Varietà di fratturazione idraulica

Nel moderno campo dello sviluppo delle risorse, si distinguono due tipi di fratturazione idraulica:

• Proppant fratturazione idraulica. Con questo metodo viene utilizzato uno speciale materiale di incuneamento. Durante la procedura, il proppant viene versato in modo che le crepe create dalla pressione non si ricolleghino. Questo tipo di metodo è adatto per arenarie, siltiti e altre rocce terrigene. La fratturazione idraulica con materiale di sostegno è la più comunemente utilizzata.
• Frattura idraulica mediante acido. Questo metodo è più adatto per le rocce carbonatiche e le fessure che si ottengono combinando l'aumento di pressione e l'aggiunta di un fluido di fratturazione non necessitano di rinforzi aggiuntivi, come nel primo caso. La principale differenza tra la fratturazione con acido e la fratturazione convenzionale con lo stesso acido è la quantità di materiale e il grado di pressione.

Indipendentemente dal tipo di trattamento, il successo della fratturazione idraulica dipende da una serie di fattori. Innanzitutto, l'oggetto per l'attuazione del metodo deve essere selezionato tenendo conto delle sue caratteristiche, dei tipi di serbatoi, nonché della profondità e dell'intensità dello sviluppo. La scelta della tecnologia dipende dalle condizioni in cui si trova il pozzo. A corretta applicazione l'efficienza della produzione di petrolio nel pozzo trattato diventa molto più elevata.

Il processo di fratturazione idraulica

Si consiglia di eseguire la fratturazione idraulica per pozzi a bassa produttività, che si verifica a causa della naturale densità degli strati o quando la qualità della filtrazione diminuisce dopo l'apertura dello strato successivo.

Il processo di elaborazione richiede diverse fasi:

• Studio del pozzo, durante il quale vengono determinate la sua capacità di assorbimento, resistenza alla pressione e altri parametri.
• Bene la pulizia. Per questo vengono utilizzate pompe di drenaggio e il pozzo viene lavato in modo che le proprietà di filtrazione nell'area del fondo pozzo siano sufficienti per ulteriori lavori. Inoltre, il pozzo può essere trattato con acido cloridrico in modo che le condizioni per la formazione di fratture da rottura siano ottimali.
• Discesa nel pozzo dei tubi per l'alimentazione del fluido al fondo. La batteria di rivestimento è dotata di un packer e di un ancoraggio idraulico in modo che la pressione non deformi il tubo. La bocca è dotata di una testa per il collegamento dell'attrezzatura necessaria per il pompaggio del liquido di lavaggio.
• La fratturazione idraulica stessa viene eseguita iniettando fluido fino a quando non compaiono crepe nella formazione. Immediatamente dopo l'azione idraulica, è necessario pompare liquido ad alta velocità.
• La bocca è bloccata, il pozzo non viene toccato finché la pressione non diminuisce.
• Lavaggio del pozzo dopo la fratturazione idraulica e lo sviluppo.

A una profondità ridotta, la fratturazione idraulica può essere eseguita senza tubi o senza fusibile. Nella prima situazione l'iniezione viene effettuata tramite tubi di rivestimento e nella seconda può essere organizzata lungo l'anello che li circonda. Questa tecnica riduce al minimo la perdita di pressione quando nel processo viene utilizzato un liquido molto denso. Inoltre, per alcuni pozzi viene eseguita una fratturazione a più stadi, in cui diversi strati ricevono crepe, grazie alle quali la loro permeabilità aumenta notevolmente.

Per determinare la posizione delle fratture stesse, viene utilizzato il metodo della registrazione radioattiva. Questa tecnologia consente di scoprire esattamente dove si trovano gli spazi vuoti, con l'introduzione di sabbia ordinaria e carica.