CC BY
12
УДК 622.276.66
Волкова М.А., Петухова Е.В.
Гидравлический разрыв пласта - высокоэффективный метод интенсификации добычи нефти
Волкова Мария Александровна - магистрант группы МТ-27; mwolfdoo@gmail.com.
Петухова Евгения Валерьевна - магистрант группы МТ-18; заведующий лабораторией кафедры логистики и экономической информатики;
ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», Россия, Москва, 125047, Миусская площадь, дом 9.
В статье рассмотрен метод интенсификации добычи нефти - гидравлический разрыв пласта. Исследованы различные параметры и свойства жидкостей для проведения разрыва. Среди них выбрана наиболее эффективная с точки зрения проведения гидравлического разрыва и с точки зрения экономической дешевизны. Произведено сравнение различных видов проппантов по различным параметрам из государственного стандарта. Был произведён расчёт затрат на проведение данного метода - заработная плата персонала и аренда оборудования, а также проектирование всего проекта.
Ключевые слова: гидравлический разрыв пласта, нефтедобыча, проппант, углеводород, гель
Formation hydraulic fracturing - high-efficient method of oil production intensification
Volkova Maria Alexandrovna1, Petukhova Evgenia Valerievna1
1 D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation
The article discuss a method for intensifying oil production - hydraulic fracturing. Various parameters and properties of fracturing fluids have been studied. Among them, the most effective one was chosen from the point ofview of hydraulic fracturing and from the point of view of economic cheapness. A comparison of various types ofproppants was made according to various parameters from the state standard. The cost of implementing this method was calculated - staff salaries and equipment rental, as well as the design of the entire project. Key words: hydraulic fracturing, oil production, proppant, hydrocarbon, gel
Введение
В настоящее время добыча нефти вносит существенный вклад в ВВП порядка одной шестой среди всех источников. Столь большой вклад обусловлен огромными запасами, которые таит наша страна. Наиболее крупные месторождения нефти в России расположены в Западной Сибири, Поволжье, Северном Кавказе и других регионах.
Использование традиционных технологий на нефтяных месторождениях приводит к тому, что существенный процент объема минеральной нефти остается в пласте.
В условиях цифровизации экономики и необходимости повышения
энергоресурсоэффективности добывающей и обрабатывающей промышленности [1] важная роль принадлежит интенсификации технологий извлечения нефти из пласта с использованием метода гидравлического разрыва пласта.
Экспериментальная часть
На рисунке 1 представлена карта месторождений Западной Сибири. Глубина залегания месторождений может достигать до 3200 метров.
Месторождения Ноябрьского региона Западной Сибири отличаются повышенной пластовой температурой, достигающей 85 0С. Средняя глубина залегания месторождений данного региона равна 2400 м, с пористостью пласта до 19%, также его проницаемостью до 0,05 мкм2. Показатель средней нефтенасыщенности лежит в интервале 0,44-0,64 ед.
Рис. 1. Карта месторождений Западной Сибири.
Пласты Ноябрьского региона неоднородны: их коэффициент песчанистости равен 0,05-1, а коэффициент расчленённости равен 1-39.
Терригенно-поровый коллектор представлен 4 типами горных пород: алевритистый песчаник, песчаный алевролит, глинистый алевролит и алевритистый аргиллит. Самой частой породой-коллектором является полимиктовый алевритистый песчаник. Его текстура полого- и косоволнистая, часто можно увидеть прослои темных глин.
Несмотря на карбонатные включения, в терригенных коллекторах Западной Сибири практически не применяется кислотный ГРП.
По анализу эффективности ГРП в скважинах Ноябрьского региона основными критериями выбора объектов под ГРП являются [1]:
- дебит жидкости до 10 м3/сут;
- перфорированная толщина пласта не менее 3 м; обводненность продукции менее 30% [2];
- остаточные извлекаемые запасы не менее 70 % от начальных.
Для выбора жидкости для ГРП и проппанта были проведены их исследования. Среди выбираемых жидкостей были: жидкость на водной основе, на основе вязкоупругих ПАВ, углеводородный гель и жидкость для соляно-кислотного ГРП.
Жидкости на водной основе испытывают на ротационном вискозиметре, определяя их вязкость при разных значениях скорости сдвига, концентрации геля и температуры. Чем выше вязкость, тем лучше жидкость транспортирует расклинивающий материал (проппант) в пласт. Помимо этого, оцениваются вторичные параметры: концентрация катионов кальция, магния в используемой воде, совместимость с нефтью (наличие осадка или образование эмульсии при смешивании), способность к деструкции, термостабильность и прочие параметры.
Для углеводородных гелей также проводится исследование температуры вспышки, плотности и давления насыщенных паров.
Среди составов гелей на водной основе самым дешёвым и эффективным оказался полисахаридный гель на основе борной кислоты с деструктором персульфатом аммония и добавлением различных ПАВ, а также «Сликвотер» на основе полиакриламида.
Для соляно-кислотного ГРП был предложен состав на основе гуарового, ксантанового геля на основе метилцеллюлозы, деструкторов и деэмульгатора Нефтенола К марки СК. Вся смесь на основе 12% HCl с ПАВ обрабатывается также ингибитором коррозии ИКУ-118 и стабилизатором железа «Ферикс».
Состав на основе вязкоупругих ПАВ приготовливается с учётом оптимальной простой формулы: амфолитный ПАВ, растворённый в специально подготовленной воде с добавлением различных минеральных солей, таких как хлориды калия, натрия, кальция и магния.
Углеводородный гель основан на товарной нефти с добавлением специального углеводородного гелеобразователя, активатора и деструктора. В качестве активаторов подобран мицеллярный раствор солей многовалентных металлов.
Исследование проппантов проводят по российскому ГОСТ Р 51761-2005 и международному ИСО 13503-2006. Определяют массовую долю оксидов алюминия и железа, насыпную плотность, сопротивление раздавливанию, растворимость в кислотах, сферичность и округлость, гранулометрический состав, массовую долю гранул
основной фракции и эффективную удельную активность естественных радионуклидов.
Были исследованы [3] 6 марок проппантов - три зарубежных (НАШИЛ, СагЬоргор и СагЬоШе) и три отечественных (БОКРЯОР, ForeLWP и БогеРгор). Графики анализа представлены на рисунке 2.
Помимо этого были получены данные о том, что содержание примесей не превышает 10%, установленные ГОСТ, а сферичность и округлость по Крумбейну и Слоссу составила 0,87-0,9. Проппанты ForeLWP и ForeProp имеют форстеритовую основу (2MgO•SЮ2) и химически неустойчивы к действию смеси кислот, несмотря на их органическое покрытие; прочность проппантов убывает в ряду: CarboProp>BORPROP>ForeLWP>ForeProp>CarboLite >НА1НиА. Проппант НА1НиА отличается повышенной радиоактивностью.
Расчёт экономической модели реализации ГРП производился на систему, состоящую из геля «Сликвотер» на основе полиакриламида и проппанта ForeProp.
Для проведения ГРП на сегодняшний день используется в среднем 300 м3 геля. В нём содержится 300 кг суспензионного гелеобразователя ценой 1200 $/тонна. А проппанта используется 200 тонн со стоимостью 280 $/тонна. Итого это 57080 $. Проектирование ГРП стоит 7575$.
Помимо этого, для проведения ГРП нужно оборудование и квалифицированный персонал, способный работать на этих установках. Для стабильности цен они были переведены в доллары по курсу 81,58 руб/$ [4]. Все найденные в интернете суммы представлены в таблице 1.
а)
-BORPROP
- Ford_WP
- ForeProp HAIHUA
-CarboProp -CarboLite Требования ГОСТ
Давление раздавливания, МПа
70 60
S 50 g 40
I 3D
ь
о 70
б)
1,18 1 0,84 0,71 Размер частиц, мм
Рис. 2. Графическое представление некоторых данных анализа для каждого из шести проппантов: а) зависимость сопротивления раздавливания от давления; б) распределение частиц по их размеру в ходе ситового анализа после раздавливания.
Таблица 1. Стоимость оборудования и заработные платы специалистов.
Оборудование или транспорт Стоимость аренды, $ Специалист Заработные платы, $/сут
Насос с подачей 360 м3/час, 3 шт. 886 Бурильщик 6 разряда 117,9
Установка смесительная, на базе Mercedes-Benz 9903 Помощник бурильщика 5 разряда 57,4
Установка для сбора данных, контроля и управления 3261 Помощник бурильщика 4 разряда 81,9
Самосвал 631 Специалист для каждой машины 1007,8
Манифольд на шасси автомобиля 4855 Бурильщик КРС 83,4
Установка автоматизированной подачи химреагентов 6461 Помощник бурильщика КРС 71,6
Установка для подогрева, в комплекте с моющим аппаратом высокого давления 25 Машинист подъёмника 93,4
Километр труб (прокладка, окраска, грунтовка, теплоизоляция) 13271 Фрак-мастер 40,9
Итоговые затраты на оборудование равны 39293 $, а сумма зарплат в день - 1554,3 $.
В компании «РН- Северная нефть» (Республика Коми) проводили БОПЗ в карбонатных пластах -интенсификацию с использованием больших объемов геля и кислоты, можно сказать, что это аналог кислотного ГРП, при котором давление не превышает давление разрыва, при этом добыча выросла в 3,3 раза, что увеличило чистую прибыль с учётом расходов на 368 $/день. Эти данные получены по четырём месторождениям с учётом того, что стоимость нефти на апрель 2023 года равнялась 11,18 $/тонна [5].
Заключение
За полтора года эксплуатации четырёх скважин средний прирост дебита составил по расчётам 28,1 м3/сут, а средняя прибыль 172 тыс $. Таким образом, проведение ГРП на скважинах оправдано с экономической точки зрения.
Данная технология находит применение во всём мире и уже используется много лет в РФ, однако всё ещё не все скважины подвергнуты ГРП, что даёт простор для новых исследований, с целью оптимизации проведения и дальнейшего увеличения прибыли от добычи нефти.
Авторы выражают благодарность академику РАН В.П. Мешалкину и профессору Л.А. Магадовой
за научные консультации и методические советы при
написании данной статьи.
Список литературы 1. Мешалкин В.П. Основы интенсификации и ресурсоэнергоэффективности химико-
технологических систем. - Смоленск: ООО «Принт-экспресс», 2021. - 442 с.: ил.
2. Курамшин Р.М., Иванов С.В., Кузьмичев Н.Д. Эффективность проведения гидраразрывов пласта на месторождениях Ноябрьского региона //Нефтяное хозяйство.- 1997.- № 12.- с. 58-60.
3. Магадова Л.А., Силин М.А., Глущенко В.Н. Нефтепромысловая химия. Технологические аспекты и материалы для гидроразрыва пласта: Учебное пособие для вузов. - М.: РГУ нефти и газа имени И.М.Губкина, 2012. - 423 с.
4. Динамика курса Доллара США // ООО ИА Банкиру: сайт. - URL: https://www.banki.ru/products/currency/usd/ (дата обращения: 25.04.2023).
5. Фьючерс на нефть Brent // Fusion Media Limited : сайт. - URL: https://ru.investing.com/commodities/brent-oil (дата обращения: 25.04.2023).
