Применяемые жидкости для гидроразрыва

Применяемые для ГРП жидкости приготавливаются либо на нефтяной, либо на водной основе.

Сначала использовались вязкие жидкости на нефтяной основе для уменьшения поглощения жидкости пластом и улучшения песконесущих свойств этих жидкостей.

С развитием и усовершенствованием технических средств для ГРП, увеличением подачи насосных агрегатов удается обеспечить необходимые расходы и песконесущую способность при маловязких жидкостях на водной основе. Переход на жидкости на водной основе привел к тому, что гидростатические давления за счет увеличения плотности этих жидкостей возросли, а потери на трение в НКТ уменьшились. Это в свою очередь уменьшило необходимые для ГРП давления на устье.

По своему назначению жидкости различаются на три категории: жидкость разрыва, жидкость-песконоситель и продавочную жидкость.

Жидкость разрыва должна хорошо проникать в пласт или в естественную трещину, но в тоже время иметь высокую вязкость, так как в противном случае она будет рассеиваться в объеме пласта, не вызывая необходимого расклинивающего действия в образовавшейся трещине.

По физико-химическим свойствам жидкости разрыва делятся на жидкости на углеводородной основе и жидкости на водной основе.

К жидкостям первого типа относятся углеводороды, загущенные нафтеновыми кислотами и напалмом, “очищенные нефти”, представляющие смесь тяжелых нефтяных фракций, сырая и амбарные нефти, мазут или его смесь с нефтями, дизельное топливо и т.д.

К жидкостям второго типа относятся вода, водный раствор сульфитноспиртовой барды, растворы соляной и плавиковой кислот, а также так называемые “загущенная вода” и “загущенная кислота”.

Выбор той или иной жидкости разрыва зависит от температуры пласта, подвергаемого разрыву, поскольку вязкость жидкости, стойкость геля и эмульсии, а также другие физико-химические свойства зависят от температуры. В связи с этим имеются рекомендации по применению жидкостей разрыва. Так, при забойной температуре ниже 600С допускается использование вязкой нефти и минеральных масел. Гели напалмового типа можно применять при любых забойных температурах. То же относится к эмульсиям.

Для увеличения вязкости и уменьшения фильтруемости жидкостей, применяемых при разрыве пластов, применяют соответствуюшие добавки. Такими загустителями для углеводородных жидкостей разрыва служат соли органических кислот, высокомолекулярные и коллоидные соединения нефтей, например (битум, асфальтит, нефтяной гудрон или отходы нефтепереработки). В качестве жидкостей разрыва нефтедобывающих скважин получили распространение эмульсии типа кислота или вода в углеводородах, которые можно причислить и к первому и ко второму типу, смотря по тому, что является дисперсной и дисперсионной средами эмульсий.

Значительной вязкостью и высокой песконесущей способностью обладают некоторые нефти, керосино-кислотные, нефте-кислотные и водонефтяные эмульсии.

Эти жидкости наиболее часто используются в качестве жидкостей разрыва и жидкостей-песконосителей при разрыве пластов в нефтяных скважинах.

 Также используют сырые дегазированные нефти с вязкостью до 0.3 Па*с; нефти, загущенные мазутными остатками; нефтекислотные эмульсии (гидрофобные); водонефтяные эмульсии (гидрофильные) и кислотнокеросиновые эмульсии.

Эмульсии приготавливаются путем механического перемешивания компонентов центробежными или шестеренчатыми насосами с введением необходимых химических реагентов.

Как правило, жидкости на углеводородной основе применяют при ГРП в добывающих скважинах.

В нагнетательных скважинах в качестве жидкости разрыва используют чистую или загущенную воду. К загустителям относятся компоненты, имеющие крахмальную основу, полиакриламид, сульфит-спиртовая барда (ССБ), КМЦ (карбоксилметилцеллюлоза).

При использовании жидкости на водной основе необходимо учитывать ее взаимодействие с породой пласта, так как некоторые глинистые компоненты пластов чувствительны к воде и склонны к набуханию. В таких случаях в жидкости на водной основе вводят химические реагенты, стабилизирующие глины при смачивании.

Обычно рецептура жидкостей составляется и исследуется в промысловых лабораториях и НИИ.

Жидкости-песконосители также изготавливают на нефтяной и водной  основах. Для них важна пескоудерживающая способность и низкая фильтруемость. Это достигается как увеличением вязкости, так и приданием жидкости структурных свойств. В качестве жидкостей песконосителей используют те же жидкости, что и для разрыва пласта. Для оценки фильтруемости используется стандартный прибор ВМ-6 для определения водоотдачи глинистых растворов.

При высокой фильтруемости перенос песка в трещине жидкостью ухудшается, так как довольно быстро скорость течения ее по трещине становится равной нулю, и развитие ГРП затухает в непосредственной близости от стенок скважины. Хорошей песконесущей способностью обладают эмульсии, особенно кислотно-керосиновые, обладающие высокой стойкостью, не разрушающиеся в жаркую погоду и выдерживающие длительную транспортировку с наполнителем. Известные трудности возникают при закачке песконосительной жидкости, так как из-за большой вязкости, наличия в ней наполнителя - песка и необходимости вести закачку на большой скорости возникают большие устьевые давления. Кроме того, насосные агрегаты хотя и делаются в износостойком исполнении, при работе на высоких давлениях быстро изнашиваются. Для снижения потерь давления на трение на 12-15 % разработаны химические добавки к растворам на мыльной основе, которые хотя несколько увеличивают вязкость, но уменьшают трение при движении жидкости по НКТ. Другим типом таких добавок являются тяжелые высокомолекулярные углеводородные полимеры. Заметим, что недостаточная песконесущая способность может быть всегда компенсирована увеличением ее расхода. В качестве жидкости-песконосителя как в нагнетательных, так иногда и в добывающих скважинах используется чистая вода. Дешевизна воды, повсеместное ее наличие, присущие ей свойства хорошего растворителя при введении различных облагораживающих добавок привели к тому, что в настоящее время около 90 % операций ГРП осуществляются с использованием жидкостей на водной основе.

Продавочные жидкости закачивают в скважину только для того, чтобы довести жидкость-песконоситель до забоя скважины. Таким образом, объем продавочной жидкости равен объему НКТ, через которые ведется закачка жидкости-песконосителя. К расчетному объему НКТ прибавляется объем затрубного пространства между башмаком НКТ и верхними дырами фильтра.

В качестве продавочной жидкости используется практически любая недорогая жидкость, имеющаяся в достаточном количестве, и чаще всего обычная вода.

Наполнитель служит для заполнения образовавшихся трещин и предупреждения их смыкания при снятии давления.

Известны факты эффективного ГРП без применения наполнителя. Однако, в этих случаях эффект менее продолжителен. Наполнитель при заполнении трещины воспринимает нагрузку от горного давления после снижения давления жидкости. В результате он частично разрушается, а частично вдавливается в породу стенок трещин. Поэтому он должен обладать высокой прочностью на смятие. В идеале наполнитель должен иметь плотность, равную плотности жидкости-песконосителя. В этом случае перенос его по трещине и ее заполнение были бы наиболее успешными. Размеры зерен наполнителя должны обеспечить его проникновение в самые удаленные части трещины и высокую их проницаемость при последующей эксплуатации скважин. Для ГРП применяют песок размером от 0.5 до 1.2 мм. Обычно в первые порции жидкости-песконосителя замешивается более мелкая фракция (0.5 - 0.8мм), а в последующую часть расчетного объема - более крупные фракции.

В качестве наполнителя наиболее часто используется чистый кварцевый песок. Однако песок имеет очень большую плотность (2650 кг/м3), которая сильно отличается от плотности жидкости, что способствует его оседанию из потока жидкости и затрудняет заполнение трещин. Кроме того, его плотность на смятие в ряде случаев бывает недостаточной. В связи с этим в мировой практике в последние время находят применение в качестве наполнителя стеклянные шарики, а также зерна агломерированного боксита соответствующего размера и молотая скорлупа грецкого ореха. Плотность стеклянных шариков примерно равна плотности кварца, т.е. 2650 кг/м3, но они прочнее и меньше вдавливаются в породу. Плотность порошка агломерированного боксита 1400 кг/м3. Производятся промышленные испытания наполнителя из особо прочных искусственных полимерных веществ, имеющих плотность, близкую к плотности жидкости (1100 кг/м3) песконосителя.

В настоящее время современная техника и применяемые жидкости позволяют осуществлять успешную закачку при средней концентрации песка порядка 200 кг/м3 жидкости. Однако применяются как большие, так и меньшие концентрации. Количество закачиваемого песка, расходуемого на операцию ГРП, по данным фирмы Халибуртон, к настоящему времени доведено до 22,5 т, а количество закачанной жидкости в среднем ( жидкость разрыва + жидкость-песконоситель) до 151,4 м3. 


Ищи здесь, есть все, ну или почти все

Архив блога