Hidrolik kırma: türleri, hesaplama ve teknolojik süreç

2024 Yazar: Howard Calhoun | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-02 14:04

Hidrolik kırma (HF), amacı formasyon sıvısının üretim kuyularına akışını yoğunlaştırmak olan en etkili jeolojik ve teknik önlemlerden biridir. Bu teknolojinin kullanımı, sadece kuyu drenaj yarıçapı içindeki rezervlerin geri kazanılmasını arttırmakla kalmaz, aynı zamanda bu alanı genişleterek rezervuardan nihai petrol kazanımını arttırır. Bu faktör göz önüne alındığında, saha geliştirme tasarımı, daha seyrek bir kuyu modelinin düzenlenmesi ile gerçekleştirilebilir.

Kısa açıklama

Hidrolik kırılmanın özü aşağıdaki süreçle açıklanmaktadır:

• rezervuar aşırı basınca maruz kalıyor (proses sıvısı tüketimi, kayalar tarafından emilebileceğinden çok daha fazla);
• Kuyu içi basınç manifolddaki iç gerilimleri geçene kadar artar;
• kayalar en az mekanik mukavemete sahip düzlemde (çoğunlukla eğik veya dikey olarak) yırtılır;
• tekraroluşan ve eski çatlaklar artar, doğal gözenek sistemi ile bağlantıları ortaya çıkar;
• kuyuya yakın artan geçirgenlik bölgesi artar;
• özel granül propantlar (proppantlar), oluşum üzerindeki baskı kaldırıldıktan sonra onları açık durumda sabitlemek için genişletilmiş kırıklara pompalanır;
• Oluşma sıvısı hareketine direnç neredeyse sıfır olur, bunun sonucunda kuyu akış hızı birkaç kat artar.

Kayalardaki çatlakların uzunluğu birkaç yüz metre olabilir ve kuyunun dibi rezervuarın uzak bölgeleriyle bağlantılı hale gelir. Bu tedavinin etkinliğindeki en önemli faktörlerden biri de filtrasyon kanalı oluşturmaya imkan veren çatlağın sabitlenmesidir. Bununla birlikte, kırık boyutu arttıkça kuyu verimliliği süresiz olarak artamaz. Akış hızının daha yoğun hale gelmediği bir maksimum uzunluk vardır.

Uygulama kapsamı

Bu teknoloji hem üretim (gelişmiş petrol geri kazanımı) hem de enjeksiyon (artırılmış enjeksiyon), yatay ve dikey kuyular için kullanılır. Hidrolik kırılmanın aşağıdaki uygulama alanları ayırt edilir:

• Farklı geçirgenliğe sahip rezervuarlarda kirlenmiş dip deliği bölgesine sahip kuyuların üretim hızının yoğunlaştırılması;
• heterojen yatakların gelişimi;
• Kuyunun hidrodinamik bağlantısının rezervuardaki doğal çatlak sistemi ile iyileştirilmesi;
• rezervuar sıvı giriş bölgesinin genişlemesi;
• Düşük geçirgenliğe sahip rezervuarların geliştirilmesi vedüşük marjlı kuyular;
• enjeksiyon kuyularında sızıntı akışlarında değişiklik;
• diğer yöntemlerden etkilenmeyen kuyu parametrelerinin restorasyonu.

Hidrolik kırma teknolojisinin sınırları, aşağıdaki özelliklerle karakterize edilen gaz yağı bölgeleridir:

• hızlı koni (formasyon suyunu kuyunun dibine çekme);
• kuyuya ani su veya gaz sızıntıları;
• düşük rezervli tükenmiş rezervuarlar, küçük hacimli yağa doymuş lensler (ekonomik kârsızlık nedeniyle).

Çoğunlukla hidrolik kırılma, orta ve yüksek geçirgenliğe sahip rezervuarlar için bir uyarı yöntemi olarak kullanılır. Onlar için, rezervuar sıvısının içeri akışını arttırmada ana faktör, oluşan çatlağın uzunluğu ve düşük kaya geçirgenliği olan tortularda genişliğidir.

Hidrolik kırılma: avantajlar ve dezavantajlar

Hidrolik kırılmanın avantajları:

• farklı jeolojik yapıya sahip alanlara uygulanabilir;
• hem rezervuarın tamamı hem de bölümü üzerinde etki;
• Dip deliği bölgesinde hidrolik direncin etkin şekilde az altılması;
• yetersiz drenajlı bitişik alanların komünyonu;
• ucuz çalışma sıvısı (su);
• yüksek karlılık.

Dezavantajları şunları içerir:

• büyük miktarda su, kum ve ek kimyasallara duyulan ihtiyaç;
• Kayada çatlak oluşturmanın kontrolsüz süreci, mekanizmanın öngörülemezliğiçatlama;
• Hidrolik kırılma sonrası yüksek debili kuyular işletmeye alındığında, kırıklardan proppant yapılabilir, bu da başlangıçtan sonraki ilk aylarda açılma derecesinde azalma ve akış hızında azalma ile sonuçlanır. operasyon;
• kontrolsüz fışkırtma ve çevre kirliliği riski.

Süreç Varyasyonları

Kırma yöntemleri, kırık oluşumunun türüne, enjekte edilen sıvının ve propantların hacmine ve diğer özelliklere göre farklılık gösterir. Hidrolik kırılmanın ana türleri aşağıdakileri içerir:

• Oluşum üzerindeki etki alanına göre: yerel (kırık uzunluğu 20 m'ye kadar) - en yaygın; derin nüfuz (kırık uzunluğu 80-120 m); toplu (1000 m ve üzeri).
• Dikiş kapsamına göre: tek (tüm dikişler ve ara katmanlar üzerindeki etki); çoklu (2 veya daha fazla katman açan kuyular için); aralık (belirli bir rezervuar için).
• Özel yöntemler: asit kırma; TSO teknolojisi - su-yağ temasına yayılmasını önlemek ve propant enjeksiyon hacmini az altmak için kısa kırıkların oluşumu (bu yöntem kumlu rezervuarlarda yüksek verim gösterir); dürtü (cilt etkisini az altmak için orta ve yüksek geçirgenliğe sahip kayalarda birkaç radyal olarak farklı kırıkların oluşturulması - filtreleme oluşturma sıvısında bulunan partiküllerle kontaminasyonları nedeniyle gözenek geçirgenliğinin bozulması.

Çokluboşluk

Çoklu hidrolik kırma birkaç yöntemle gerçekleştirilir:

1. Önce, geleneksel teknoloji kullanılarak bir çatlak oluşturulur. Daha sonra delikleri kapatan maddeler (granül naftalin, plastik toplar ve diğerleri) enjekte edilerek geçici olarak tıkanır. Bundan sonra başka bir yerde hidrolik kırma işlemi yapılır.
2. Bölgelerin ayrılması, paketleyiciler veya hidrolik kapılar kullanılarak gerçekleştirilir. Aralıkların her biri için, geleneksel şemaya göre hidrolik kırılma gerçekleştirilir.
3. Bir kum tapası ile alttaki her bölgenin izolasyonu ile aşamalı hidrolik kırılma.

Kil kesitlerinde en etkili olanı, verimli petrol ve gaz ara katmanlarını bağladıkları için dikey çatlakların oluşturulmasıdır. Bu tür çatlaklar, filtre edilemeyen sıvıların etkisiyle veya enjeksiyon hızındaki hızlı artışla üretilir.

Hidrolik kırılma için hazırlık

Hidrolik rezervuar teknolojisi birkaç aşamadan oluşur. Hazırlık çalışmaları aşağıdaki gibidir:

1. Formasyon sıvısı girişi için kuyu çalışması, çalışma sıvısını emme ve hidrolik kırılma için gerekli basıncı belirleme yeteneği.
2. Dip deliğinin kum veya kil kabuğundan temizlenmesi (basınçlı suyla yıkama, hidroklorik asitle işleme, hidro-kumlama perforasyonu ve diğer yöntemler).
3. Kuyuyu özel bir şablonla kontrol etme.
4. Çalışma sıvısını sağlamak için kuyu borularına inin.
5. Gövdeyi korumak için basınçlı paketleyici ve hidrolik ankrajların montajı.
6. Kuyu başı montajıpompalama ünitelerini enjeksiyon boru hatlarına bağlamak ve kuyuyu kapatmak için ekipman (manifold, yağlayıcı ve diğer cihazlar).

Hidrolik kırılma sırasında proses ekipmanı borularının ana şeması aşağıdaki şekilde gösterilmektedir.

Kırılma sırası

Hidrolik kırma tekniği ve teknolojisi aşağıdaki prosedürlerden oluşur:

1. Enjeksiyon borularına bir çalışma sıvısı verilir (çoğunlukla üretim kuyusu için yağ veya enjeksiyon kuyusu için su).
2. Kırılma sıvısı basıncını maksimum tasarım değerine yükseltin.
3. Paketleyicinin sıkılığını kontrol edin (halkadan sıvı taşması olmamalıdır).
4. Hidrolik kırılma meydana geldikten sonra çalışma sıvısına Proppant eklenir. Bu, kuyu enjektivitesindeki (pompalardaki basınç düşüşü) keskin bir artışla değerlendirilir.
5. Radyoaktif izotoplar, nükleer günlüğe kaydetme kullanılarak kayıp bölgesinin daha sonra doğrulanması için son proppant grubuna dahil edilir.
6. Güvenilir çatlak desteği için en yüksek basınçlı sıkıştırma sıvısını sağlayın.
7. Formasyon sıvısının kuyu deliğine girmesini sağlamak için kırılma sıvısının alttan çıkarılması.
8. Proses ekipmanını sökün.
9. Kuyu hizmete giriyor.

Kuyu nispeten sığsa, çalışma sıvısının muhafaza borularından beslenmesine izin verilir. Hidrolik çatlatma işlemi de gerçekleştirilebilir.paketleyici - boru boruları ve halka yoluyla. Bu, yüksek viskoziteli sıvılar için hidrolik kayıpları az altır.

Hidrolik kırma için makineler ve mekanizmalar

Hidrolik kırma ekipmanı aşağıdaki ekipman türlerini içerir:

• Toprak makineleri ve cihazları: pompalama üniteleri (ANA-105, 2AN-500, 3AN-500, 4AN-700 ve diğerleri); araba şasisindeki kum karıştırma tesisleri (ZPA, 4PA, USP-50, Kerui, Lantong ve diğerleri); sıvıların taşınması için tankerler (ATsN-8S ve 14S, ATK-8, Sanji, Xishi ve diğerleri); kuyu başı boruları (manifold, kuyu başı, kapatma vanaları, çek valfli dağıtım ve basınç manifoldları, basınç göstergeleri ve diğer ekipmanlar).
• Yardımcı ekipman: açma işlemleri için agregalar; vinçler; izleme ve kontrol istasyonları; boru kamyonları ve diğer ekipmanlar.
• Yer altı ekipmanı: hidrolik kırılmanın planlandığı oluşumu üretim dizisinin başka bir bölümünden izole etmek için paketleyiciler; yüksek basınç nedeniyle yer altı ekipmanının kaldırılmasını önlemek için ankrajlar; boru dizisi.

Ekipman tipi ve ekipman parçası sayısı, hidrolik kırılmanın tasarım parametrelerine göre belirlenir.

Tasarım özellikleri

Hidrolik kırılmayı hesaplamak için aşağıdaki temel formüller kullanılır:

1. BHP (MPa) filtrelenmiş bir sıvı kullanarak hidrolik kırma için: p=10^-2KL_c, burada K 1, 5-1, 8 MPa/m, L değerleri aralığından seçilen bir katsayıdır _{c – kuyu uzunluğu, m.}
2. Akışkanın kumlu enjeksiyon basıncı (kırık desteği için): p_p =p - ρgL_c + p_t, ρ kum taşıyıcı sıvının yoğunluğudur, kg/m³, g=9,8 m/s², p _t – kum taşıyan sıvının sürtünmesinden kaynaklanan basınç kaybı. Son gösterge şu formülle belirlenir: p_t =8λQ² ρL_c/(πdB₎2 ^B – boru iç çapı.
3. Pompalama ünitelerinin sayısı: n=pQ/(p_pQ_pK_T) + 1, burada p_p pompanın çalışma basıncıdır, Q_p belirli bir basınçtaki beslemesidir, K T- makinenin teknik durumunun katsayısı (0,5-0,8 arasında seçilir).
4. Deplasman sıvısı miktarı: V=0, 785d_B²L_c.

Hidrolik kırılma propant olarak kum kullanılarak meydana gelirse, 1 işlem başına miktarının 8-10 ton olduğu varsayılır ve sıvı miktarı aşağıdaki formülle belirlenir:

V=Q_sC_s, burada Q_s kum miktarıdır, t, C_s – 1 m^{3 sıvıdaki kum konsantrasyonu.}

Bu parametrelerin hesaplanması önemlidir, çünkü hidrolik kırılma sırasında aşırı yüksek bir basınç değerinde, sıvı hazneye sıkışır, kazalar meydana gelir.üretim sütunu. Aksi takdirde değer çok düşük ise gerekli basınca ulaşılamadığı için hidrolik kırılmanın durdurulması gerekecektir.

Çatlatma tasarımı şu şekilde yapılır:

1. Mevcut veya planlanan saha geliştirme sistemine göre kuyu seçimi.
2. Birkaç faktörü dikkate alarak en iyi kırılma geometrisinin belirlenmesi: kaya geçirgenliği, kuyu ızgarası, petrol-su temasına yakınlık.
3. Kayaların fiziksel ve mekanik özelliklerinin analizi ve çatlak oluşumu için teorik model seçimi.
4. Propant türü, miktarı ve konsantrasyonunun belirlenmesi.
5. Uygun reolojik özelliklere sahip bir kırılma sıvısının seçilmesi ve hacminin hesaplanması.
6. Diğer teknolojik parametrelerin hesaplanması.
7. Ekonomik verimliliğin tanımı.

Frac Sıvıları

Çalışma sıvıları (yer değiştirme, kırılma ve kum taşıyıcı) hidrolik kırılmanın en önemli unsurlarından biridir. Çeşitli türlerinin avantaj ve dezavantajları öncelikle reolojik özelliklerle ilgilidir. Daha önce sadece viskoz yağ bazlı bileşimler kullanılmışsa (rezervuar tarafından emilmelerini az altmak için), o zaman pompalama ünitelerinin gücündeki bir artış, şimdi düşük viskoziteli su bazlı sıvılara geçişi mümkün kılmıştır. Bu nedenle, boru dizisindeki kuyu başı basıncı ve hidrolik direnç kayıpları azaldı.

Dünya pratiğinde aşağıdakilerhidrolik kırılma sıvılarının ana türleri:

• Propantlı ve propantsız su. Avantajı düşük maliyetlidir. Dezavantajı, rezervuara girme derinliğinin düşük olmasıdır.
• Polimer çözeltileri (guar ve türevleri PPG, CMHPG; selüloz hidroksietil eter, karboksimetil selüloz, ksantan zamkı). Molekülleri çapraz bağlamak için B, Cr, Ti, Zr ve diğer metaller kullanılır. Maliyet açısından, polimerler orta kategoriye aittir. Bu tür sıvıların dezavantajı, rezervuarda yüksek olumsuz değişiklik riskidir. Avantajları arasında daha fazla penetrasyon derinliği bulunur.
• Hidrokarbon fazı (dizel yakıt, yağ, gaz kondensat) ve sudan (mineralize veya taze) oluşan emülsiyonlar.
• Hidrokarbon jeller.
• Metanol.
• Kalınlaşmış karbondioksit.
• Köpük sistemleri.
• Çapraz bağlı jeller, nitrojen veya karbon dioksit köpüklerinden oluşan köpük jeller. Maliyetleri yüksektir, ancak toplayıcının kalitesini etkilemezler. Diğer avantajlar, yüksek propant taşıma kapasitesi ve çok az artık sıvı ile kendi kendini yok etmedir.

Bu bileşiklerin işlevlerini iyileştirmek için çeşitli teknolojik katkı maddeleri kullanılır:

• yüzey aktif maddeler;
• emülgatörler;
• akışkan sürtünmesini az altan eklemler;
• köpükler;
• asitliği değiştiren katkı maddeleri;
• termal stabilizatörler;
• bakterisit ve antikorozif katkı maddeleri ve diğerleri.

Hidrolik kırılma sıvılarının ana özellikleri şunları içerir:

• bir çatlak açmak için gerekli dinamik viskozite;
• sıvı kaybını belirleyen sızma özellikleri;
• Propantı erken çözümden çıkmadan taşıma yeteneği;
• kesme ve sıcaklık kararlılığı;
• diğer reaktiflerle uyumluluk;
• aşındırıcı aktivite;
• yeşil ve güvenli.

Düşük viskoziteli sıvılar, rezervuarda gerekli basıncı elde etmek için daha büyük hacimli enjeksiyon gerektirir ve yüksek viskoziteli sıvılar, hidrolik dirençte önemli kayıplar meydana geldiğinden, pompalama ekipmanı tarafından geliştirilen daha fazla basınca ihtiyaç duyar. Daha viskoz sıvılar, kayalarda daha düşük filtrelenebilirlik ile de karakterize edilir.

Destekleme Malzemeleri

En yaygın kullanılan propantlar veya propantlar şunlardır:

• Kuvars kumu. En yaygın doğal malzemelerden biri ve bu nedenle maliyeti düşüktür. Çeşitli jeolojik koşullarda (evrensel) çatlakları düzeltir. Hidrolik kırılma için kum tanelerinin boyutu 0,5-1 mm olarak seçilir. Kum taşıyıcı akışkandaki konsantrasyon 100-600 kg/m3 arasında değişir. Güçlü kırılma ile karakterize edilen kayalarda, malzeme tüketimi 1 kuyu başına birkaç on tona ulaşabilir.
• Boksitler (alüminyum oksit Al₂O_{3). Bu tip propantın avantajı, kuma kıyasla daha güçlü olmasıdır. Tarafından üretildiboksit cevheri kırma ve kavurma.}
• Zirkonyum oksit. Önceki propant tipine benzer özelliklere sahiptir. Avrupa'da yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu tür malzemelerin ortak bir dezavantajı, yüksek maliyetleridir.
• Seramik granüller. Hidrolik kırma için 0,425 ila 1,7 mm arasında değişen granüller kullanılır. Orta güçlü propantlara aittirler. Yüksek ekonomik verimlilik gösterin.
• Cam bilyeler. Daha önce derin kuyular için kullanılıyordu, şimdi neredeyse tamamen daha ucuz boksitler ile değiştirildi.

Asit kırma

Asitli hidrolik kırılmanın özü, ilk aşamada yapay olarak bir kırılma oluşturulmasıdır (tıpkı geleneksel hidrolik kırma teknolojisinde olduğu gibi) ve ardından buna asit pompalanır. Sonuncusu kaya ile reaksiyona girerek dip deliği bölgesindeki rezervuarın geçirgenliğini artıran uzun kanallar oluşturur. Sonuç olarak kuyudan petrol geri kazanım faktörü artar.

Bu tip hidrolik kırma işlemi özellikle karbonat oluşumları için etkilidir. Araştırmacılara göre, dünya petrol rezervlerinin %40'ından fazlası bu tür rezervuarlarla ilişkilidir. Bu durumda hidrolik kırılma tekniği ve teknolojisi, yukarıda açıklananlardan biraz farklıdır. Ekipman aside dayanıklı tasarımda üretilmiştir. Makineleri korozyondan korumak için inhibitörler (formalin, unikol, urotropin ve diğerleri) de kullanılır.

Asit kırma türleri, aşağıdaki gibi malzemelerin kullanıldığı iki aşamalı işlemlerdir:

• polimer bileşikleri (PAA, PVC, gipan vediğerleri);
• lateks bileşikleri (SKMS-30, ARC);
• stiren;
• reçineler (BNI-5, TSD-9, TS-10).

Asidik çözücüler olarak, %15 hidroklorik asit çözeltisi ve ayrıca özel bileşimler (SNPKh-9010, SNPKh-9633 ve diğerleri) kullanılır.

Asit kırma türleri, aşağıdaki gibi malzemelerin kullanıldığı iki aşamalı işlemlerdir:

• polimer bileşikleri (PAA, PVV, gipan ve diğerleri);
• lateks bileşikleri (SKMS-30, ARC);
• stiren;
• reçineler (BNI-5, TSD-9, TS-10).

Asidik çözücüler olarak, %15 hidroklorik asit çözeltisi ve ayrıca özel bileşimler (SNPKh-9010, SNPKh-9633 ve diğerleri) kullanılır.