Исследование эффективности брейкеров для жидкостей гидроразрыва пласта
Исследование влияния биоразлагаемых брейкеров на реологические характеристики жидкостей гидроразрыва пласта.
Введение …………………………………………………………………………………………………………………………..15
1. Литературный обзор ………………………………………………………………………………………………………16
1.1. Гидравлический разрыв пласта как метод интенсификации работы нефтяных и
газовых скважин. ………………………………………………………………………………………………………………16
1.2. Проведение ГРП ……………………………………………………………………………………………………..17
1.3. Порядок работ при гидравлическом разрыве пласта ………………………………………………..18
1.4. Оборудование для проведения гидравлического разрыва пласта………………………………20
1.5. Виды ГРП……………………………………………………………………………………………………………….21
1.6. Классификация жидкостей для ГРП по назначению…………………………………………………30
1.7. Типы жидкостей ГРП ……………………………………………………………………………………………..32
1.7.1. Жидкости на водной основе …………………………………………………………………………..38
1.7.2. Линейный гель ………………………………………………………………………………………………34
1.7.3. Сшитый гель ………………………………………………………………………………………………….36
1.7.3.1. Боратный сшитый гель ……………………………………………………………………….36
1.7.3.2. Органометаллический сшитый гель ……………………………………………………37
1.7.4. Жидкости на нефтяной основе ……………………………………………………………………….38
1.7.5. Жидкие гелевые концентраты ………………………………………………………………………..41
1.7.6. Вспененные жидкости ……………………………………………………………………………………41
1.7.7. Жидкости на спиртовой основе ………………………………………………………………………43
1.7.8. Деструкторы (брейкеры) ………………………………………………………………………………..43
1.7.9. Стабилизаторы ………………………………………………………………………………………………44
1.7.10. Бактерициды ………………………………………………………………………………………………..45
1.7.11. Ингибиторы глин …………………………………………………………………………………………45
1.7.12. Буферы и регуляторы рН ……………………………………………………………………………..45
1.8. Свойства жидкостей разрыва на водной основе ……………………………………………………….46
1.8.1. Способность удерживать и транспортировать проппант …………………………………46
1.8.2. Эффективность жидкости разрыва и контроль водоотдачи ……………………………..46
1.8.3. Потери давления на трение …………………………………………………………………………….47
1.8.4. Совместимость с горными породами и пластовыми флюидами ………………………48
1.8.5. Удаление жидкости разрыва из трещины ……………………………………………………….48
1.9. Контроль качества жидкости ГРП …………………………………………………………………………..49
1.10. Проблема загрязнения трещины после ГРП …………………………………………………………..51
1.11. Существующие процессы деструкции полимерной составляющей жидкостей ГРП ..52
1.11.1. Влияние типа применяемой жидкости разрыва на проницаемость проппантной
пачки и продуктивного пласта …………………………………………………………………………………………..52
1.11.2. Кольматация порового пространства проппантной пачки при проведении ГРП с
использованием жидкостей разрыва на водной основе ……………………………………………………….53
1.11.3. Кольматация порового пространства проппантной пачки при проведении ГРП с
использованием жидкостей разрыва на углеводородной основе …………………………………………54
1.12. Выявление процессов физической и химической деструкции полимерной
составляющей жидкостей ГРП…………………………………………………………………………………………..54
1.12.1. Физическая деструкция ………………………………………………………………………………..55
1.12.2. Термическая деструкция ………………………………………………………………………………55
1.12.3. Механическая деструкция ……………………………………………………………………………55
1.12.4. Фотодеструкция …………………………………………………………………………………………..56
1.12.5. Радиоционная деструкция …………………………………………………………………………….57
1.12.6. Химическая деструкция ……………………………………………………………………………….58
1.12.7. Деструкция при обработке неорганическими и органическими кислотами …….58
1.12.8. Деструкция под действием энзимов ……………………………………………………………..59
1.12.9. Деструкция под влиянием биологических организмов ………………………………….62
1.13. Деструктор ФЛАКСОР 110……………………………………………………………………………………63
1.14. Заключение по литературному обзору …………………………………………………………………..67
2. Экспериментальная часть ………………………………………………………………………………………………68
2.1. Методика эксперимента ………………………………………………………………………………………….68
2.1.1. Средства и материалы для проведения экспериментов ……………………………………68
2.1.2. Порядок проведения экспериментов ………………………………………………………………71
2.1.2.1. Методика приготовления сшитого геля ………………………………………………71
2.1.2.3. Методика приготовления брейкера …………………………………………………….71
2.1.2.2. Методика определения реологических параметров …………………………….72
2.2. Обработка полученных экспериментальных данных………………………………………………..72
2.2.1. Определение пластической вязкости жидкости ГРП при добавлении кислот
концентрации 15% …………………………………………………………………………………………………………….72
2.2.2.1. Исследование пластической вязкости с лимонной кислотой в качестве
деструктора ………………………………………………………………………………………………………………………72
2.2.2.2. Исследование пластической вязкости с винной кислотой в качестве
деструктора ………………………………………………………………………………………………………………………73
2.2.2.3. Исследование пластической вязкости с молочной кислотой в качестве
деструктора ………………………………………………………………………………………………………………………74
2.2.2.4. Исследование пластической вязкости с гликолевой кислотой в качестве
деструктора ………………………………………………………………………………………………………………………74
2.2.3. Определение пластической вязкости жидкости ГРП при добавлении кислот
концентрации 8% ………………………………………………………………………………………………………………75
2.2.3.1. Исследование деструкции сшитого геля при обработке гликолевой
кислотой …………………………………………………………………………………………………………………………..75
2.2.3.2. Исследование деструкции сшитого геля при обработке винноой
кислотой …………………………………………………………………………………………………………………………..76
2.2.3.3. Исследование деструкции сшитого геля при обработке молочной
кислотой …………………………………………………………………………………………………………………………..77
2.2.3.1. Исследование деструкции сшитого геля при обработке лимонной
кислотой …………………………………………………………………………………………………………………………..77
2.2.3.1. Исследование деструкции сшитого геля при обработке гликолевой
кислотой …………………………………………………………………………………………………………………………..78
2.2.3.1. Исследование деструкции сшитого геля при обработке смесью
лимонной и гликолевой кислот ………………………………………………………………………………………….78
2.3. Вывод по экспериментальной части ………………………………………………………………………..79
3. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение ………………………..80
3.1. SWOT-анализ …………………………………………………………………………………………………………81
3.2. Планирование научно-исследовательской работы ……………………………………………………82
3.2.1. Структура работы в рамках научного исследования ……………………………………….82
3.2.2. Определение трудоемкости выполнения работ ……………………………………………….83
3.2.3. Разработка графика проведения научного исследования …………………………………84
3.2.4. Бюджет научно-технического исследования …………………………………………………..88
3.2.4.1. Расчет материальных затрат научно-технического исследования ………..88
3.2.4.2. Основная заработная плата исполнителей темы ………………………………….88
3.2.4.3. Страховые взносы ………………………………………………………………………………90
3.2.4.4. Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта …..91
3.2.5. Оценка эффективности применения различных брейкерных систем ……………….91
4. Социальная ответственность ………………………………………………………………………………………….93
4.1. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности…………………………..93
4.1.1. Специальные (характерные при эксплуатации объекта исследования,
проектируемой рабочей зоны) правовые нормы трудового законодательства ….93
4.1.2. Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны исследователя ..93
4.2. Производственная безопасность ……………………………………………………………………………..96
4.2.1. Анализ выявленных вредных и опасных факторов ………………………………………….96
4.2.2. Обоснование мероприятий по снижению воздействия…………………………………….99
4.3. Экологическая безопасность …………………………………………………………………………………100
4.3.1. Анализ влияния объекта исследования на окружающую среду ……………………..100
4.3.2. Анализ влияния процесса исследования на окружающую среду ……………………101
4.3.3. Обоснование мероприятий по защите окружающей среды ……………………………102
4.4. Безопасность в чрезвычайных ситуациях……………………………………………………………….104
4.4.1. Анализ вероятных ЧС, которые может инициировать объект исследования …..104
4.4.2. Анализ вероятных ЧС, которые могут возникнуть в лаборатории при
проведении исследований………………………………………………………………………………………………..104
Заключение……………………………………………………………………………………………………………………..106
Список использованных источников………………………………………………………………………………..107
Приложение А …………………………………………………………………………………………………………………114
Приложение Б …………………………………………………………………………………………………………………117
Приложение В …………………………………………………………………………………………………………………120
Гидравлический разрыв пласта (ГРП) – один из методов
интенсификации работы нефтяных и газовых скважин и увеличения
приёмистости нагнетательных скважин. [4]. Широко используется
нефтегазовыми компаниями в виду высокой рентабельности.
Метод ГРП состоит в том, что в продуктивном пласте на больших
глубинах (ниже 500 м от поверхности земли) создаются трещины, облегчающих
путь в пласт воде, закачиваемой в нагнетательные скважины, или облегчающих
приток нефти из пласта в эксплуатационные скважины. При закачке в скважину
рабочей жидкости с высокой скоростью на ее забое создается высокое
давление. Если оно превышает горизонтальную составляющую горного
давления, то образуется вертикальная трещина. В случае превышения горного
давления формируется горизонтальная трещина. [2]
После проведения гидравлического разрыва пласта, прежде чем начать
добычу, обработка призабойной зоны является важнейшим фактором,
связанным с удалением жидкости ГРП и извлечением остатка
расклинивающего материала с забоя скважины. Это необходимо для
повышения относительной проницаемости и предупреждения препятствия на
пути притока углеводородов. К обработке подземных произведенных трещин
относятся состав для разрушения жидкостей ГРП.
Удаление жидкости ГРП может быть затруднено неполной деструкцией
сшитого геля и образованием остаточного значительного количества
хлопьевидного осадка, ухудшая проводимость трещины пласта. Данная
проблема связывается с рядом причин:
неправильный выбор рецептуры жидкости ГРП;
неправильный выбор деструкторов;
неправильный выбор концентрации деструкторов;
несоблюдение конкретных рабочих условий.
Кроме того, использование составляющих агентов в составе жидкости
ГРП без воздействия на окружающую среду также заслуживает внимания.
Исходя из этого, можно сказать что, правильный выбор типа деструкторов
является важным фактором в процессе удаления жидкости ГРП из пласта.
Данная тема исследования относится к способам и составам,
используемым для обработки подземных формаций в процессе ГРП, в
частности для разрушения загущенных жидкостей биоразлагаемыми
полимерами в качестве деструкторов.
1.1 Гидравлический разрыв пласта как метод интенсификации
работы нефтяных и газовых скважин.
На сегодняшний день гидравлический разрыв пласта является одним из
самых эффективных методов интенсификации притока и повышения
нефтеотдачи. [5].
Метод ГРП состоит в том, что в продуктивном пласте на больших
глубинах (ниже 500 м от поверхности земли) создаются трещины, облегчающих
путь в пласт воде, закачиваемой в нагнетательные скважины, или облегчающих
приток нефти из пласта в эксплуатационные скважины. При закачке в скважину
рабочей жидкости с высокой скоростью на ее забое создается высокое
давление. Если оно превышает горизонтальную составляющую горного
давления, то образуется вертикальная трещина. В случае превышения горного
давления формируется горизонтальная трещина. [1, 2].
Сеть созданных трещин улучшает гидравлическую проводимость
породы пласта и увеличивает зону дренирования скважины. Данный метод
приводит к интенсификации выработки запасов, соответственно к достижению
более высокой конечной нефтеотдачи и увеличению эффективности.
Технология гидроразрыва пласта активно применяется с середины XX
века: в США — с 1948 года, в СССР — с 1952-го. Однако в нашей стране с
открытием крупных нефтегазовых месторождений отпала необходимость
искусственно увеличивать дебит скважин и метод в больших масштабах не
применялся. Практика использования гидроразрыва пласта в СССР возродилась
с конца 1980-х годов для увеличения добычи в связи с выработкой многих
месторождений. [1].
Огромное увеличение производительности углеводородов за счет
создания в процессе ГРП обширной сети трещин является показателем
экономической целесообразности для нефтяной и газовой промышленности
задействовать огромные углеводородные ресурсы в ранее неразработанных
низкопроницаемых нетрадиционных коллекторах.
Назначение гидравлического разрыва пласта заключается в следующем:
1) увеличение производительности добывающих и приемистости
нагнетательных скважин;
2) повышение нефтеотдачи пластов из добывающих скважин,
восстановление рабочих характеристик, невосстановимых традиционными
методами;
3) метод разработки нефтяных и газовых месторождений [2].
Область применения гидравлического разрыва пласта:
1) нефтяные месторождения с осложненными условиями разработки
(неоднородность пластов, низкая проницаемость и т.д.);
2) добывающие и нагнетательные скважины, продуктивность которых
ниже потенциально возможной;
3) нагнетательные скважины, для изменения фильтрационных потоков;
4) широкий диапазон изменения и состава коллектора в разрезе,
большое разнообразие геологического строения пласта;
5) может применяться при комплексном воздействии на целую залежь
или участок месторождения.
В результате ГРП кратно повышается дебит добывающих или
приемистость нагнетательных скважин за счет снижения гидравлических
сопротивлений в призабойной зоне и увеличения фильтрационной поверхности
скважины, а также увеличивается конечная нефтеотдача за счет приобщения к
выработке слабо дренируемых зон и пропластков. [1, 2]
1.2 Проведение ГРП
Для проведения гидравлического разрыва пласта составляется план,
который утверждается главным инженером и главным геологом НПУ. Согласно
этому плану необходимо:
1) подготовить скважину;
2) выбрать рабочие жидкости и песок;
3) определить расчетные показатели процесса гидроразрыва;
4) выбрать технологическую схему для проведения гидроразрыва и
необходимые агрегаты;
5) освоить и исследовать скважину после гидроразрыва.
Вначале скважину исследуют на приток, определяют ее поглотительную
способность и давление поглощения. Результаты исследования скважины
позволяют определять количество жидкости и давления, необходимые для
проведения разрыва, а также судить о качестве проведенного разрыва, об
изменениях проницаемости призабойной зоны после разрыва. Забой скважины
очищают от песчаной и глинистой пробок и отмывают стенки от загрязняющих
отложений. В ряде случаев перед гидроразрывом целесообразно проводить
соляно-кислотную обработку или дополнительную перфорацию. Эти
мероприятия снижают давление разрыва и повышают его эффективность.
Наилучшим из этих мероприятий является гидропескоструйная перфорация
интервала, намеченного для разрыва. При этом все операции по
гидропескоструйной перфорации проводятся теми же средствами и
оборудованием, что и сам гидравлический разрыв. В промытую, очищенную и
проверенную специальным шаблоном скважину спускают трубы диаметром
89—114 мм, по которым жидкость разрыва подается на забой. Трубы меньшего
диаметра для гидравлического разрыва применять не следует, так как при
прокачке жидкости в них возникают большие потери давления. [11]
Для предохранения обсадной колонны от воздействия большого
давления над разрываемым пластом устанавливают пакер, который полностью
разобщает фильтровую зону скважины от ее вышележащей части. При этом
давление, создаваемое насосами, передается только на фильтровую зону и на
нижнюю поверхность пакера. При значительных давлениях, создаваемых в
процессе гидравлического разрыва пласта, на пакер снизу вверх действуют
большие усилия. Для предотвращения сдвига пакера по колонне при
повышении давления на трубах устанавливают гидравлический якорь. При
нагнетании в трубы жидкости давление действует на поршеньки в якоре,
выдвигает их из гнезд и прижимает к обсадной колонне. Чем выше давление,
тем с большей силой поршеньки будут прижиматься к колонне. Кольцевые
грани на торце 15 поршеньков, врезаясь в колонну, будут оказывать
тормозящее действие на движение насосно-компрессорных труб. Устье
скважины оборудуется специальной головкой, к которой подключаются
агрегаты для нагнетания в скважину жидкостей разрыва. [8]. Общая схема
обвязки и расположения у скважины оборудования для гидроразрыва
приведена на рисунке 1.
В данном разделе магистерской диссертации произведен анализ
возможных опасных и вредных факторов при работе с деструкторами в
лабораторных условиях, меры по их минимализации. Выявлены возможные
чрезвычайные ситуации, действия по их устранению. Описаны мероприятия по
обеспечению безопасности человека в процессе ведения производственной
деятельности с сохранением его нормальной работоспособности и
производительности, а также составлены рекомендации, выполнение которых
необходимо для соблюдения требований по охране окружающей среды.
Заключение
Проведенный обзор литературных источников по тематике магистерской
диссертации позволяет говорить о чрезвычайной важности и сложности
проблемы, затрагиваемой в данной работе. Недоразрушение сшитого геля ГРП
в пустотном пространстве проппантной пачки ведет к значительному
снижению ее проницаемости и проводимости для поступающих из
продуктивного пласта флюидов.
Зачастую это приводит к уменьшению продуктивности данной скважины,
в случае, если она является добывающей, или же к снижению её приемистости,
для случая, если рассматриваемая скважина нагнетательная. Но даже во втором
варианте итогом является снижение общей продуктивности сетки скважин, в
частности тех, что находятся в зависимом положении от данной нагнетательной
скважины.
Поэтому, для того, чтобы загрязнение эффективного пустотного
пространства было минимальным, требуется применять такие разновидности
брейкеров, которые способны разрушать полимерную основу жидкости ГРП
максимально качественно и с минимальными временными затратами.
Однако, у данного решения могут быть и отрицательные последствия.
Подобные разновидности брейкеров могут начать действовать раньше срока,
указанного в проектной документации. Это, безусловно, приведет к раннему
разрушению части жидкости ГРП, что может стать причиной меньшей глубины
проникновения трещины в породу-коллектор. При этом, трещина уже не
сможет вместить в себя тот объем проппанта, который был запланирован
проектом. Поэтому, после закрытия трещины, её ширина может быть намного
меньше той требуемой ширины, которая позволила бы достичь наибольшего
значения дебита добычи пластовых флюидов.
Из этого следует, что подбор наиболее эффективного с
техникоэкономической точки зрения брейкера является немаловажным
аспектом в процессе проектирования и осуществления операций гидроразрыва
продуктивного пласта.
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
5 (174 отзыва)
5 (8 отзывов)
4.2 (25 отзывов)
4.6 (71 отзыв)
4.4 (59 отзывов)
4.8 (373 отзыва)
4.9 (5 отзывов)
4.7 (96 отзывов)
5 (145 отзывов)
