100kitov.ru

Интересные факты — события, биографии людей, психология
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое ГРП и как он вредит окружающей среде?

Гидравлический разрыв пласта (ГРП)

ИА Neftegaz.RU. Гидравлический разрыв пласта (ГРП, основная технологическая составляющая метода Фрекинга, Hydraulic fracturing или fracking) – один из способов интенсификации работы нефтяных и газовых скважин и увеличения приемистости нагнетательных скважин.

Технология ГРП

Технология ГРП заключается в создании высокопроводимой трещины в целевом пласте под действием подаваемой в него под давлением жидкости для обеспечения притока добываемого флюида (природный газ, вода, конденсат, нефть или их смесь) к забою скважины.

  • дебит скважины, как правило, резко возрастает или существенно снижается депрессия.
  • позволяет «оживить» простаивающие скважины, на которых добыча нефти или газа традиционными способами уже невозможна или малорентабельна.
  • может также использоваться для дегазации угольных пластов, подземной газификации, и тд
  • применяется для разработки новых нефтяных пластов, извлечение нефти из которых традиционными способами нерентабельно ввиду низкого дебита.
  • применяется для добычи сланцевого газа и газа уплотненных песчаников.

В однородных по толщине пластах обычно создается 1 трещина значительной длины.

На многопластовых или большой толщины залежах, представленных низкопроницаемыми геологическими формациями, осуществляется, как правило, поинтервальный ГРП.

Рабочая жидкость, применяемая для ГРП, нагнетается в пласт через колонну труб.

Если давление разрыва превышает допустимое рабочее давление для эксплуатационной колонны и устьевой запорной арматуры, то технологи рекомендуют вместо запорной арматуры установить специальную головку, а на нижнем конце НКТ установить пакер, выше которого межтрубное пространство заполнить жидкостью с большей плотностью.

В качестве рабочей жидкости ГРП обычно применяют растворы с использованием высокомолекулярных полимеров (для снижения потерь давления) на водной основе, в том числе:

  • техническая или пластовая вода, реже солянокислотные растворы (для карбонатных пород) или сырая нефть;
  • кислота, противокоррозийный элемент, фрикционная смесь, клей и добавки для вязкости геля.

В качестве расклинивающего материала используются проппанты, кварцевый песок и другие материалы фракции 0,5-1,5 мм.

Эффективность ГРП повышается при одновременной гидропескоструйной или прострелочной перфорации скважины, однако при поинтервальных ГРП при этом необходимо изолировать обработанный участок пласта с помощью пакера и т. д.

Экологическая опасность технологии ГРП

Технология гидравлического разрыва пласта в российских условиях

Не будем обещать, что в ближайшие 15 минут вы точно будете специалистом по гидроразрыву пластов, зато точно узнаете как 33 человека и 22 машины на песчаном пустыре среди болот закачают на 3 км под землю 3 бассейна Сибиряк воды и 9 железнодорожных (Ж/Д) вагонов песка или проппанта всего лишь за 5 часов.

Здесь самое главное слово «Зачем», ведь там под землей и так этого добра достаточно.

Этот песок в белых мешках и есть проппант, сейчас его поднимают кранами на 10-метровую высоту, чтобы потом так вколотить его на 3 км под землю, чтобы он там и остался навсегда.

В общем, это такие похороны проппанта, которые дают скважине новую жизнь.

Сейчас легкой нефти практически нет, все месторождения, которые сейчас разрабатываются, либо на стадии завершающейся, либо это новые месторождения, где нефть очень трудно извлечь и без новых технологий там делать нечего.

В наших геологических условиях, когда больше 70% нефти находится в трудно извлекаемых пластах, ГРП – это единственный способ с которым мы можем экономически рентабельно развиваться, разрабатывать и бурить новые скважины.

И когда для ГРП используют 300 и более т проппанта, то это уже не просто разрыв, а супер ГРП или супер Фрекинг.

Здесь все будет как обычно, но немного не так.

Именно в эту скважину будет закачано 450 т проппанта, те есть это не самый простой супер фрэкинг, и почти 1500 м 3 воды, а все это еще сюда и привезти нужно, а здесь весной это такая беда, что без трактора никуда, да и с ним недалеко.

А привезти нужно 22,5 тягача с проппантом и 75 бочек с водой, потом эту воду надо будет перекачать в емкости и подогреть.

У неоднократных чемпионов Дакара на 1 рейс, а это всего лишь 40 км, уходит по 3-3,5 часа, и то если повезет, если сам ГРП будет длиться всего лишь 5 часов, то процедура подготовки – не менее 3 суток по таким дорогам, причем именно суток, не определяясь на дни и ночи.

То есть, увидев это впервые, проникаешься и эмоциями через край, когда же это только сухие цифры на планерке – ни тени эмоции ни в лице, ни в интонации.

Когда на кустовую площадку заедет весь флот ГРП, то проппант и воду всё еще будут возить, но это будет супер фрахт, не 1, а 2 флота, 22 таких грузовика и 33 человека бригады ГРП.

И это не подстраховка, за время 5 часовой операции под землей, здесь на земле работы хватит на всех, и вспотеть успеют все.

Причем чем больше механизмов, тем больше вероятность получить проблемы – здесь 22 агрегата, связанные только шлангами и проводами, которые должны отработать как одно целое, плюс человеческий фактор и огромная цена ошибки.

Если что-то я недоподам, то может остановиться вся работа, то есть гель, жидкая химия, понизитель трения стабилизатора.

Стоят компьютеры, надо соблюдать пропорции определённые, сколько литров на м 3 подавать.

Флот ГРП – это мобильный комплекс 10-20 крупноразмерных установок на грузовых шасси для проведения ГРП.

Состав комплекса ГРП (флот):

  • насосные дизельные агрегаты (до 6) или газотурбинные (до 4)
  • смеситель (блендер) для приготовления рабочих гелевых смесей для ГРП,
  • машина манифольдов,
  • автоматизированная станция управления,
  • танки для геля и проппанта (наполнителя).

Жидкости опасные-нужны очки, каска, противогаз.

Все начнется с мини ГРП, это такая разминка перед боем.

Чтобы почувствовать, как поведет себя пласт.

Без этой пробы на деле, вся информация геологоразведки – это просто прогноз.

В пласт закачают гель под давлением, гель это вода+гуар (растительный полимер).

Гуар добавляют почти во все йогурты и желе, именно такое желе должно разорвать пласт.

Ну а давление – это не основной источник гидроразрыва, но и источник информации.

Именно по нему выстраиваются все эти замысловатые графики и делаются расчеты, и именно этот показал, что предварительный расчет был верным на 95%.

Радмир Гайнетдинов (начальник геологической службы): «Наша геологическая служба получает данные от заказчика, по ней мы делаем модель и расчёт по добыче.

Читайте так же:
Слон – описание, характеристики, ареал, виды, питание, сколько весит, фото и видео

Мини ГРП позволяет нам при помощи записи давления подойти ближе к реалии самой трещины.

По первоначальным данным наша трещина должна была составлять почти 200 метров в длину, 129 в высоту, после внесения всех калибровок длина увеличивается на 23 м, высота остаётся прежней.

И когда свои расчеты с учетом данных мини ГРП закончит специалист, на летучке по безопасности их озвучит мастер.

Это единственная часть операции, где всех участников можно увидеть вместе – это 33 человека, которых во время самого процесса найти на кустовой площадке на площадке можно будет только по рации.

По работе, подушка 550 м 3 будет с расходом 5,5, первая песочная стадия 5,5, остальные все стадии 5,2.

Начальная концентрация проппанта 100, конечная 1300.

Нам нужно для работы 1341 м 3 воды.

Когда все разойдутся, начнется самое интересное и после этой команды из штаба «Все,за дело» на площадке станет жутко от рева и уровень децибелов здесь не понизится на ближайшие 5 часов.

Гидротационной установке надо перекачать из емкости 1341 м 3 воды, но это без малого и есть 3 бассейна Сибиряк и уже у себя, в таком бассейне превратить ее в гель, смешать с индийским гуаром.

Ну а химтрал – это где жидкости опасные, и следует помнить и про ТБ, и про пропорции, добавить в этот раствор стабилизатор глин.

Если вода без этого стабилизатора попадет на глину в пласте, то глина разбухнет и забьет всю суглинку.

А с нее как с гуся вода, и во время операции она должна оставаться сухой, несмотря на то, что так много воды утечет.

Но еще понизитель трения, это что-то вроде смазки и это уже для проппанта, чтобы он, этот песок не стёр до дыр стенки колонны скважины.

Дальше насосы все это закачают со свистом, точнее с ревом самолета на взлете и между ними, в самом эпицентре напряжения нужно отстоять старшему оператору.

Если сначала это будет 550 м 3 , то есть один бассейн Сибиряк чистого геля, вода+гуар и разрушитель, то это и есть та подушка, о которой говорил мастер на летучке и именно она, эта мягкая подушка, разорвет каменный пласт.

Ну а то давление, которое создают насосы и средний расход гелия – это 5,3 м 3 /мин, будут удерживать пласт разорванным, пока полученная трещина не нафаршируется проппантом, а его уже блендер будет постепенно добавлять в гель, сначала 100 кг/м 3 проппанта, до 1300 кг/м 3 в конце, и это будет чистый проппант, в котором и гель то будет трудно найти.

Судя по этим кривым, гидроразрыв пласта произошел на 1 й минуте, здесь давление резко подскочило до 550 атмосфер, потом резко же упало, потом стабилизировалось, то есть в этот короткий промежуток времени и произошел разрыв пласта, и разорвало его ни что иное, как этот гель.

В гидроразрыве будут использоваться 3 разных вида проппанта, самый мелкий – его закачают 112,5 тонн, чуть покрупнее – 225 т, и такого же, только с резиновой оболочкой – тоже 112,5, это 450 тонн или 9 железнодорожных вагонов.

Брейкер, этот белый порошок, возвращает гель в его обычное состояние, разлагает его на обычную воду, полимер и проппант.

Вода и полимер откачаются из скважины, а этот проппант так и останется расклеивать трещину.

Ну а гидроразрыв так и называется из-за того, что это ни что иное, как разрушение камня водой.

В соответствии с графиком повышается и напряжение у всех присутствующих на станции контроля и оно не спадет до самой остановки насосов.

Потому что никто не может засунуть глаза в скважину на 3 км глубине, и это давление-единственный источник информации.

Такое ощущение, что если оно резко поднимется или резко упадет, то все схватятся за сердце и полезут за валокордином, это будет аварийная ситуация или по здешнему стоп, она может произойти на каждой секунде, а этих секунд надо пережить 18000».

Радион Галлиев (главный специалист отдела супервайзинга): «Это наверное на каждом ГРП есть, потому что когда идет падение дебита, с 400 до 500 поднимается за какой-то короткий промежуток времени – вот это самая напряженная ситуация.

Конечно, это на каждом ГРМ, вне зависимости от того 400 тонн качаем или 120.

Оно всегда одинаковое.

Если бы у нас не было ГРП, то коэффициент продуктивности у нас составлял бы, где-то 0,3, а при таком большом ГРП как 400 т, именно если эту скважину взять, продуктивность у нас выросла до 1,9, то есть можно сказать, что приток вырос порядка 8 раз».

Алексей Затирахин (старший мастер по повышению): «Весь процесс построен именно на взаимодействии людей, то есть бригада – это семья.

То, как человек сработает на своем месте, из этого складывается успешная работа.

Вообще ГРП напоминает кулачный бой, это мягкий против твердого и вообще непонятно, как этот мягкий гель может сломать твердый камень, но в Юганскнефтегазе провели более 10 тыс. ГРП, и всегда этот гель выходил победителем.

Ну а теперь то, что мы имеем в итоге – там под землей нефть находится в твёрдой структуре, ее очень сложно проходить к устью скважины через этот спресованный песчаник, словно через фильтр, и для того, чтобы это стимулировать, и делают ГРП, те мы в нем делаем трещину и набиваем ее проппантом».

Алексей Никитин (начальник управления повышения): «ГРП можно сравнить с приемом антибиотика в медицине, это новый инструмент, который в умелых руках дает потрясающий эффект, однако в неумелых руках применение этого метода не даст эффекта, а наоборот может навредить.

Для многих это не просто метод интенсификации и увеличения притока нефти и нефтеотдачи, но и средство разработки месторождений.

В 1 ю очередь-это очень мощный инструмент.

Что касается многих мнений по поводу пользы и вреда ГРП, то споры до сих пор не утихают.

Именно на старых месторождениях, таких как Усть-Балыкское и Мамонтова, мы, используя ГРП, смогли увеличить текущую добычу, предотвратить падение, которое уже было нами запланировано, и во многом реанимировать старый фонд.

Читайте так же:
Теория Большого взрыва – описание, фото и видео

В проектах работ на разработку месторождений есть один очень важный фактор – коэффициент извлечения нефти, который редко бывает больше 35, как правило, от 30 до 40% или в долях единицы – 0,3 и 0,4.

По применению ГРП и вовлечению в разработку ранее не гринированных участков пластов позволяет нам на том же фонде скважин на несколько единиц (%) поднять этот коэффициент извлечения нефти (КИН).

Если бы мы не применяли этот метод, то нам бы приходилось забуривать много вторых стволов, бурить новые скважины, чтобы поднять эту пропущенную нефть.

Если говорить о самом процессе ГРП, то для многих он, как черный ящик, но это не так, мы уже знаем какие параметры на входе и что мы получим на выходе, для нас это не черный ящик.

Мы достаточно четко себе представляем, как развивается трещина, каким образом туда заходит проппант и какие процессы там происходят.

Если мы понимаем эти процессы, то мы можем их улучшить, соответственно увеличивается эффективность метода ГРП.

Здесь важен не только процесс ГРП, но и взаимодействие всех служб, подготовка скважины ГРП, сам ГРП, освоение скважины, спуск насоса, последующий вывод насоса на режим, вывод скважины на режим, все это одно большое мероприятие, провал на каком-то этапе даст негативное восприятие всего процесса.

Также применяется многостадийный гидроразрыв пласта (МГРП), который является одним из самых передовых технологий в нефтяной отрасли, наиболее эффективная для горизонтальных скважин».

Гидроразрыв пласта и окружающая среда: мифы и реальность

Вопреки опасениям экологов и политиков по поводу использования технологии гидроразрыва пласта (фрэкинга) при добыче сланцевых углеводородов, в действительности она снижает воздействие добычи нефти и газа на окружающую среду за счет увеличения производительности каждой скважины, утверждает в своей статье для портала WorldOil один из ведущих экспертов американской сланцевой отрасли доктор Али Данеши, глава компании Daneshy Consultants Int’l.

В последние несколько лет в США состоялось множество публичных дебатов о воздействии гидроразрыва пласта на окружающую среду, а со стороны гражданских и политических лидеров страны неоднократно звучали призывы запретить фрэкинг ради улучшения качества окружающей среды. Насколько обоснованы и целесообразны такие меры?

Воздействие нефти и газа на окружающую среду обычно обсуждается в одном «пакете». Однако тщательное научное изучение любого предмета подразумевает, что правильный способ анализа — разделение темы на отдельные независимые составляющие. В случае с нефтью и газом такими составляющими оказываются

  1. производство (добыча) — бурение, вскрытие пласта и подъем добываемых ресурсов на поверхность;
  2. использование / потребление – различные виды применения углеводородов в промышленности.

Использование / потребление

Потребление нефти и газа оказывает гораздо большее влияние на окружающую среду, чем их производство. Историческая статистика показывает, что мировой спрос на нефть постоянно растет, превысив более 95 млн баррелей в сутки в 2019 году.

Общий акцент, которые делают правительства, и мнение общественности заключаются в том, что необходимо снизить потребность в нефти и газе, заменив их другими, менее вредными для окружающей среды альтернативами (солнечная, ветровая, геотермальная и ядерная энергия, а также использование электромобилей и т. д.). Эффект от подобной замены заключается в снижении доли нефти и газа в общем энергобалансе.

Но поскольку совокупная глобальная потребность в энергии непрерывно увеличивается, реальная потребность в добыче нефти и газа, согласно прогнозам, будет лишь увеличиваться в абсолютных показателях, хотя относительный вклад нефти и газа будет снижаться благодаря внедрению альтернативных источников. Однако увеличение добычи нефти и газа и в будущем останется важным источником удовлетворения потребностей в энергии.

Производство (добыча)

Теперь обратимся к экологическим аспектам добычи нефти и газа и влиянию различных ее этапов на окружающую среду. Для удовлетворения наших нынешних и будущих потребностей в нефти и газе необходимо бурение и завершение добычей определенного количества скважин. Фактическое их количество зависит от индивидуальной продуктивности конкретных скважин: чем она выше, тем меньше требуется скважин.

Таким образом, любая операция, которая увеличивает продуктивность скважин, будет уменьшать потребность в бурении большего количества скважин, а следовательно, и воздействие производственных операций на окружающую среду.

В настоящее время преобладающим методом повышения продуктивности скважин является именно гидроразрыв пласта. Фактически на подавляющем большинстве всех скважин для их запуска или увеличения добычи используются те или иные виды гидроразрыва. Иными словами, чем более эффективны операции гидроразрыва для увеличения продуктивности скважин, тем меньше потребность в бурении большего количества скважин для достижения производственных целей. Именно это и является причиной огромных финансовых и интеллектуальных усилий отрасли по повышению эффективности операций по гидроразрыву за счет уменьшения их масштаба и интенсивности для достижения необходимого увеличения добычи.

Любое повышение эффективности гидроразрыва также будет снижать общее воздействие производственных операций на окружающую среду, а следствием запрета гидроразрыва станет ограничение возможности увеличивать добычу нефти и газа. В конечном итоге, произойдет вывод из эксплуатации многих истощенных пластов, добыча из которых станет нерентабельной, что приведет к сокращению ресурсов нефти и газа, повышению цен на них, а также к необходимости в дополнительном бурении. Это также приведет к увеличению воздействия на окружающую среду и повышению цен.

Подводя итог, можно сказать, что рациональная оценка экологических последствий запрета гидроразрыва сильно отличается от той, что возникает при непосвященном или эмоциональном рассмотрении этой темы.

Новые технологии

Новым измерением в рамках широкого распространения и технической сложности гидроразрыва пласта стало расширение использования горизонтальных скважин для добычи из коллекторов со сверхнизкой проницаемостью, таких как нетрадиционные сланцевые месторождения США. Обычная практика добычи из этих пластов включает бурение длинных горизонтальных скважин, механическое разделение горизонтального сегмента на несколько изолированных участков и одновременное создание нескольких разрывов внутри каждого изолированного участка на каждом этапе закачки жидкости в пласт.

Возможность выполнять столь сложные операции появилась благодаря разработке и интеграции многих передовых механических компонентов в согласованную и функциональную систему. Без этих достижений вклад нетрадиционных нефтегазовых запасов США в потребность страны в энергии был бы совершенно незначительным.

Читайте так же:
Почему мокасины носят без носков?

На протяжении многих лет отрасль демонстрировала постоянный интерес к различным техническим и эксплуатационным аспектам гидроразрыва, а также внедряла множество передовых технологий. Среди них можно отметить картирование местоположения трещин гидроразрыва в пласте путем обнаружения микросейсмических сигналов, вызванных растущей трещиной, а также развертывание и обнаружение электромагнитных частиц, закачиваемых внутрь трещины. Кроме того, началось использование оптоволоконных линий внутри стволов скважин для обнаружения изменений деформации грунта и температуры, вызванных трещинообразованием; использование различных типов химических реактивов для отслеживания движения жидкости гидроразрыва в трещиноватом пласте; измерение и анализ небольших изменений давления, обнаруженных в соседних стволах скважин, вызванных приближающейся трещиной гидроразрыва.

Использование каждой из этих технологий и анализ результатов их применения нашли поддержку высококвалифицированных ученых и специалистов. Фактически о гидроразрыве пласта опубликовано больше статей, чем по любой другой теме в нефтегазовой отрасли. В рамках ряда специализированных технических конференций обсуждается постоянное развитие технологии и усовершенствование ее понимания при одновременном повышении ее эффективности.

Справедливо утверждать, что отрасль очень хорошо осведомлена о положительном влиянии гидроразрыва пласта на продуктивность пластов и поддерживает способы повышения эффективности этой технологии. К тому же почти все скважины, которые бурятся в настоящее время, требуют той или иной степени гидроразрыва, прежде чем они будут готовы к эксплуатации. Более того, без гидроразрыва некоторые из низкопроницаемых коллекторов вообще не внесли бы свой вклад в удовлетворение глобальных потребностей в энергоносителях — прежде всего это касается нетрадиционных сланцевых пластов США.

Изменения в практиках

При добыче нефти из нетрадиционных коллекторов горизонтальные скважины в основном заменили вертикальные, и это существенно сократило необходимое количество скважин. Горизонтальный участок длиной 10 тысяч футов (3 километра) на аналогичной глубине имеет общую длину скважины, пробуренной в ходе одной непрерывной операции, менее 20 тысяч футов (6 километров). Это устраняет необходимость в бурении 8-10 вертикальных скважин глубиной 10 тысяч футов каждая, которые будут иметь общую длину 80-100 тысяч футов (24-30 километров), причем для их бурения потребуется гораздо больше времени, а каждой скважине необходимо отдельное обустройство на поверхности.

Очевидно, что более короткая горизонтальная скважина будет гораздо меньшее воздействовать на окружающую среду, чем несколько вертикальных скважин, которые она заменяет. По аналогии можно оценить и экологические преимущества создания нескольких трещин в рамках одной операции в горизонтальной скважине по сравнению с несколькими установками для гидроразрыва на нескольких вертикальных скважинах.

Еще один важный момент, который следует учитывать — качество добываемой нефти: чем она легче, тем меньше ее воздействие на окружающую среду при использовании.

Из нетрадиционных пластов США добывается именно легкая нефть, при использовании которой в окружающую среду попадают менее вредные побочные продукты, чем в случае более тяжелой нефти. Запрет гидроразрыва практически остановит добычу из этих резервуаров в течение нескольких лет, что приведет к необходимости использовать более тяжелую импортную нефть с более негативным воздействием на окружающую среду.

Отрицательная реакция общества на технологию гидроразрыва, вероятно, связана с увеличением интенсивности ее применения в последнее десятилетие. Но в действительности это снизило воздействие гидроразрыва на окружающую среду при операциях по вскрытию пласта. Некоторые из горизонтальных скважин, пробуренных для добычи из нетрадиционных пластов, за время непрерывной работы осуществляют несколько сотен раз операций гидроразрыва. Концентрированное выполнение этих операций снижает их воздействие на окружающую среду на единицу добываемой продукции.

Еще одним изменением стало бурение нескольких горизонтальных скважин с одной кустовой площадки, что значительно сократило объем буровых работ. Далее в течение одного непрерывного периода проводится гидроразрыв этих скважин, и хотя все эти операции могут занять от двух до трех недель, общий чистый эффект, по сути, заключается в снижении воздействия операций на окружающую среду в пересчете на баррель добытой нефти.

Резюме

Улучшение качества окружающей среды — логичная цель, достойная всеобщей поддержки. Замена потребления нефти и газа более экологически чистыми альтернативами — шаг в правильном направлении. Но эффективность этих шагов зависит от мудрости и глубины знаний, стоящих за ними. Разумный способ решения проблем — заручиться участием и мнением компетентных экспертов по различным аспектам каждого решения и избегать принятия мер, основанных на популярных настроениях.

Поскольку нефть и газ вносят свою лепту в удовлетворение потребности в энергоносителях (хотя и играют меньшую роль), их более эффективная добыча должна быть частью общей экологической стратегии. Операции гидроразрыва повышают продуктивность пластов, сокращают потребность в бурении большого числа скважин и снижают общее воздействие производственных операций на окружающую среду, одновременно удовлетворяя текущие и будущие потребности в нефти и газе.

Запрет на использование гидроразрыва будет неразумным решением, фактически противоречащим задаче улучшения качества окружающей среды. Главным результатом этого станет отказ от добычи нефти и газа из материковых резервов США и удовлетворение потребностей страны в углеводородах за счет импорта — если, конечно, в этом и не состоит цель запрета гидроразрыва.

Горизонтальный гидроразрыв пласта — проблемы, преимущества и перспективы.

ГРП

Гидроразрыв пласта (ГРП), т. е. создание искусственной трещины в продуктивном пласте с помощью закачивания под давлением в скважину вязкой жидкости с проппантом, является на сегодняшний день одним из основных методов интенсификации добычи углеводородного (УВ) сырья. Термин «горизонтальный» использован для краткости, чтобы выделить его на фоне обычно осуществляемого вертикального ГРП, ориентация и угол распространения трещины которого полностью зависит от действующих в данной области Земной коры внутренних напряжений.

Основными недостатками «вертикального» ГРП считают малую толщину продуктивных слоев и связанное с этим практически необратимое проникновение вершин трещины в зоны водо- и газонефтяного (ВНК и ГНК) контактов, что зачастую приводит к быстрому обводнению продукции и/или прорыву газов. Очевидно, что самым оптимальным расположением трещины ГРП было бы в плоскости продуктивного пласта, при котором вся площадь трещины будет участвовать в фильтрации УВ, многократно снизилась бы вероятность быстрого обводнения и наоборот, увеличилась вероятность пересечения палеотрещин (главным образом вертикальных, в соответствии с направлением действия максимальных напряжений в породе).

В то же время, в сложных литологических условиях с чередующимися напластовываниями и перемежающимися прослоями иногда желательно, чтобы трещина ГРП вскрыла все продуктивные слои, но при этом была бы пологой, например, под углом 45 град. к вертикали, для предотвращения выхода трещины в зону ВНК. Многообразие скважинных условий подталкивает к необходимости разработки нового вида ГРП с управляемым углом наклона распространения трещины, который и станет превалирующим инструментом методов увеличения нефтеотдачи (МУН) на месторождениях после проведения успешных опытно-промышленных испытаний. Вот о такой «адаптивной» технологии сегодня и пойдет речь.

Читайте так же:
Почему собаки облизываются и сами себя кусают? Причины, фото и видео

Проблемы

Основная сложность расположения трещины ГРП в нужной плоскости — это, несомненно, непредсказуемость направления действия суммарного вектора напряжений в горной породе, который принято раскладывать на вертикальное и два горизонтальных составляющих. И хотя методики их определения разработаны и используются, но пока еще они достаточно дорогостоящи и требуют статистического подтверждения (множественного проведения испытаний) в пределах исследуемой области. Оснащение компоновки низа бурильной колонны (КНБК) необходимым комплектом технологических и геофизических датчиков будет способствовать, в том числе, и выявлению геомеханических свойств литологического разреза прямо в процессе бурения [1].

Второй немаловажный фактор, затрудняющий образование горизонтальных трещин ГРП, состоит в том, что на глубинах свыше 600…800 метров вертикальное напряжение (горное давление) как правило гораздо больше горизонтальных стрессов. Как следствие этого, без применения специальных конструктивных и технологических приемов трещина ГРП будет стремится принять вертикальное положение. Уже разработаны несколько методических моделей для отклонения плоскости ГРП в сторону, отличную от вертикали, которые можно применять как по отдельности, так и совместно, для максимизации эффекта.

Третьим обязательным условием управляемого наклона распространения трещины является необходимость расположения траектории данного участка скважины в предполагаемой плоскости проведения разрыва пласта (т. е. в вертикальной скважине горизонтальный гидроразрыв невозможен).

Остальные проблемы вытекают из вышеперечисленных: высота (зазор) раскрытия трещины в нашем случае будет частично меньше, что повлечет за собой и уменьшение длин «крыльев» трещины, их ширины (при равных условиях проведения ГРП — давлении и скорости закачки проппанта). Ухудшатся условия проникновения проппанта в зазор и наполнение им трещины, а последующее давление смыкания трещины будет гораздо больше, что скажется на остаточном зазоре и повышает требования к прочности проппанта. Также в трещиноватых породах есть вероятность остановки роста горизонтальной трещины при ее ширине меньшей, чем существующей в породе вертикальной палеотрещины (обрыв концентратора напряжений).

В дополнение сам процесс проведения горизонтального ГРП будет дороже обычного на 20…30% – в этом плане конкуренцию ему может составить обычный многостадийный миниГРП либо множественные боковые отводы из раздвоенной по 6-му уровню сложности TAML многозабойной скважины [2].

Преимущества

Настал черед сбора камешков и на другую чашу весов. Да, площадь горизонтальной трещины будет меньше вертикальной при сходных параметрах проведения ГРП, зато этим способом можно интенсифицировать достаточно тонкие прослои (до 5м), где выполнение вертикального ГРП будет нерациональным и иногда даже вредным. Однако и в более мощных пластах не вся площадь вертикальной трещины будет способствовать повышению дебита: часть трещины все равно выйдет за границы продуктивного слоя, что выводит в лидеры по эффективной площади фильтрации «адаптивный» ГРП.

Горизонтальные скважины давно перестали быть экзотикой и уже сами по себе увеличивают нефтеотдачу при грамотном их расположении. Причем, многостадийный обычный миниГРП также требует горизонтального окончания и в дополнение траектории, близкой к перпендикуляру к максимальным горизонтальным напряжениям в горной породе, что будем считать паритетом в их противостоянии с «горизонтальным» ГРП. Как уже упоминалось, трещина с управляемым углом наклона может вскрыть множество других, но уже вертикальных, палеотрещин, что в ряде случаев будет способствовать ошеломительному увеличению нефтеотдачи.

Но все-таки самый главный козырь горизонтального ГРП — это снижение вероятности быстрого обводнения продукции. Если подсчитать стоимость последующего проведения всевозможных ремонтно-изоляционных работ (РИР), затрат на отделение и утилизацию пластовых вод, включая электроэнергию и оборудование, оплату сервисных услуг (без 100% гарантии успешного результата), то горизонтальный ГРП окажется в значительном выигрыше [3]. А если сюда присовокупить более оптимальные условия добычи высоковязких нефтей и возможно даже разработку месторождений пресловутого «бажена», то станет ясно, что за этой технологией будущее, пусть и не исключающее альтернативных вариантов.

Предвосхищая скептицизм в отношении осуществимости горизонтального ГРП, напомним, что человечество достаточно долгое время предавалось воле ветра при хождении на кораблях по морю, пока не научилось идти против потока воздушных масс (галсом). С этого момента и началась эра великих географических открытий. Надеемся, что и нас ожидает нечто подобное, но уже при поиске подземных кладовых.

Перспективы

Раз уж речь зашла о прогнозах, давайте вспомним, что мощность разведываемых пластов и их ФЭС падает из года в год; месторождения с легкой нефтью иссякают, а к разработке высоковязких нефтей, можно сказать, еще и не приступали. И методов интенсификации их добычи тоже пока не прибавляется. Вдруг окажется, что «адаптивный» ГРП и есть та палочка-выручалочка, которая позволит решить хотя бы часть проблем с вовлечением в эксплуатацию многочисленных запасов «тяжелой» нефти и других УВ топлив?

Чтобы быть готовым лет через пять активно использовать предлагаемую технологию горизонтального ГРП необходимо уже сейчас начинать разрабатывать математические модели, оборудование и операционную последовательность действий для оптимизации ее под конкретные условия месторождений и тип УВ сырья. Внедрение сложной наукоемкой продукции интеллектуального труда скорым не бывает — надо отдавать себе в этом справедливый отчет.

Предметно о тонкостях технологии гидроразрыва пласта с управляемым углом раскрытия трещины можно будет узнать из следующих публикаций после того, как они будут запатентованы совместно с какой-нибудь из ведущих компаний, желающей стать лидером научно-технического прогресса и инновационного развития в данной области.

1. Оптимизация компоновочных схем телеметрических систем для исследований в процессе бурения / В.В. Синица // Инженерная практика, 2012 г. №1

2. Алгоритм выбора оптимального процесса бурения / В.В. Синица // Нефтесервис, 2012 г., №02

3. До последней капли ТНК-ВР старается продлить жизнь Самотлору // Нефтесервис, 2012 г., №02

Гидроразрыв пласта и вода

Природный газ (метан) представляет собой одну из фундаментальных основ современной цивилизации. Природа словно подарила человечеству этот газ, скрыв его в недрах планеты в различных формах. И каждой форме определено свое время. Как только происходит очередное технологическое усовершенствование, человек получает возможность добывать новые ресурсы метана. Важно, чтобы эта добыча была максимально безопасной для окружающей среды, антропогенная нагрузка на которую постоянно растет и так. Добыча природного газа из нетрадиционных источников стала возможной благодаря гидроразрыву пласта. Именно эта технология и стала в последние годы настоящим камнем преткновения между геологами и промышленниками с одной стороны, и экологами – с другой.

Основная претензия оппонентов разработки залежей нетрадиционного газа (НТГ) относится именно к гидроразрыву пласта (ГРП). Она базируется на том, что закачка в скважину технологического носителя на основе воды с добавлением химических реагентов (0,5…1,5% объема) под высоким давлением (ориентировочный усредненный интервал верхней границы давлений – 800…1300 атм; точнее определяется характеристиками породы, глубиной и особенностями залегания газоносных пластов), приводит к проникновению отравляющих веществ в водоносные горизонты. В результате опасными токсинами может быть загрязнена вода для питья и полива. Среди других последствий – локальные землетрясения и эмиссия парниковых газов (прежде всего метана).

Читайте так же:
Самая большая планета Солнечной системы – описание, строение, фото и видео

Негативные последствия порождают трещины, которые образуются в результате гидроразрыва пласта. Они якобы пронизывают недра на многие сотни метров и входят в водоносные горизонты, нарушая герметичность естественных резервуаров, что в итоге приводит к попаданию химических реагентов и метана в питьевую воду. Это яркий образец манипулирования, ориентированного на техническую неосведомленность рядового человека. Между тем, ключевая вещь для понимания технологии ГРП кроется не столько в слове «гидроразрыв», сколько в понятии «пласт». По определению, пласт – это геологическое тело с плоской формой и однородными признаками, ограниченное параллельными поверхностями: кровлей и подошвой, наименьшее расстояние между которыми определяет его мощность (толщину). Применение ГРП, собственно, направлено на разрыв в пределах отдельно взятого пласта, поэтому она и получила соответствующее название.

В рассматриваемом контексте следует подчеркнуть четыре момента.

  1. Глубины залегания водоносных горизонтов чистой питьевой воды – несколько сот метров, тогда как ГРП в плотных породах проводится на глубинах в несколько километров. Даже при минимальной глубине ГРП и максимальной глубине залегания водоносных горизонтов питьевой воды толщина изолирующих слоев составит не менее километра.
  2. Трещины, возникающие вследствие ГРП под давлением в несколько атмосфер, могут иметь длину от нескольких до десятков метров (лишь в отдельных исключительных случаях – нескольких сотен метров) в зависимости от плотности и однородности пласта, направления разрыва (поперечного или продольного) и заданной программы. Но эти трещины никак не могут иметь километровой длины, которая позволила бы достичь водоносного горизонта (причем разрывая наслоение пластов в поперечном направлении).
  3. Чтобы трещины имели многокилометровую длину и проникли в водоносные горизонты, давление разрыва пласта должно быть на 3…4 порядка (!) выше. Гипотетически, его может обеспечить подземный подрыв ядерного фугаса камуфлетного типа ( то есть не выходящий на поверхность), при котором могут быть созданы давления в несколько миллионов атмосфер. Расчет по эмпирической формуле для моделирования подземных ядерных взрывов промышленного назначения показывает, что необратимые изменения геологической среды в радиусе 3 км произойдут при ядерном взрыве мощностью в 10 килотонн. Никакой гидроразрыв пласта в принципе не может дать такого уровня энергии и такой ее концентрации в единицу времени.
  4. В природе известно явление, похожее на гидроразрыв, но способное привести к более серьезным последствиям. Это вулканическая деятельность, когда жидкая вязкая магматическая масса с высокой температурой разрывает земную кору и выходит на поверхность. Магморазрыв по своей природе базируется на гидродинамическом ударе высокотемпературного флюида с разрывом литосферы и имеет энергию на один-два порядка больше энергии ядерного взрыва. Опять же, ни о чем похожем в случае ГРП не идет.

Таким образом, имеем дело с манипуляцией.

Риском для безопасной добычи нетрадиционного газа могут быть косые или вертикальные разломы в литосфере природного происхождения, которые образовались в различное геологическое время под влиянием тектонических явлений. Они достаточно хорошо определяются методами дистанционного зондирования Земли. Бурение скважины в зоне разлома означает, что она может попасть под действие поперечных нагрузок и из нее (при разгерметизации) могут иметь место утечки с высокой вероятностью вертикальных миграций. Причем они могут продолжаться десятилетиями. Экологи часто преподносят это как опасность подъема токсичных химических реагентов из технологического раствора после выполнения ГРП, а также углеводородов вверх, до водоносных горизонтов. Но при этом забывают, что прежде всего имеет место опускание основной их части под действием гравитации, вверх могут подниматься только летучие вещества. Если рассмотреть Юзовский участок в пределах Днепровско-Донецкой впадины, то можно сделать вывод, что он имеет значительно меньшую концентрацию разломов по сравнению с другими участками, например, вдоль линии Рубежное–Сватово–Купянск–Готвальд.

Выбор компаниями «Шелл» и «Укргаздобыча» месторасположения первой поисковой скважины «Беляевская-400» оказался удачным как с точки зрения отсутствия разломов, так и мест водозаборов. Таким образом, имеют место попытки подменить понятия и совершение манипуляций, направленных на перевод потенциальных рисков в реальные опасности.

Очень серьезным упреком при добыче НТГ являются случаи загрязнения воды опасными для здоровья химическими веществами и метаном. Однако наличие метана в воде является естественным явлением (болотный газ), хотя он – малорастворим, нетоксичен и не опасен для человека при вдыхании. Поскольку молекула метана имеет полностью насыщенные все четыре валентных связи атома углерода, то в химические реакции соединения метан не вступает и в крови человека почти не растворяется.

Что же касается наличия химических реагентов ГРП в воде, то хотя большинство месторождений НТГ залегает гораздо глубже подземных вод, такие случаи неоднократно отмечались в процессе реализации проектов. Главными проблемами при разработках сланцевых месторождений считается то, что на небольшой площади бурится много скважин. При этом они пронизывают водоносные горизонты, но могут стать проницаемыми до них только при несоблюдении технологий бурения. В итоге в водоносные горизонты могут попадать растворы для гидроразрыва и метан. Изабель Моретти из Французского института нефти и новой энергии объяснила, что технология надежной герметизации скважин существует, но имеет свою цену, и не все компании обладают знаниями, необходимыми для обеспечения полной герметизации скважины.

Подробнее материал читайте в журнале «Терминал» №23 (661) от 10 июня 2013 г.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию