Исследование реологических параметров жидкостей ГРП после обработки различными деструкторами

Объектом исследования является процесс деструкции сшитого геля ГРП. Различные разновидности брейкеров выбраны предметом исследования. Цель работы – исследование реологических параметров жидкостей ГРП после обработки их различными деструкторами и выбор наиболее эффективного типа брейкера. В данной магистерской диссертации рассмотрены основные факторы, приводящие к загрязнению проппантной пачки в процессе операции ГРП. Изучены существующие методы борьбы с недоразрушением полимерной составляющей рабочей жидкости ГРП. Также описана методика проведенных экспериментов, произведена обработка массивов экспериментальных данных, а также их представление в графическом виде.

Введение ………………………………………………………………………………………………….. 14
1 Литературный обзор……………………………………………………………………………….. 16
1.1 Гидравлический разрыв пласта как метод повышения проницаемости
призабойной зоны пласта ……………………………………………………………………….. 16
1.2 Факторы, влияющие на эффективность проведения ГРП……………………… 17
1.3 Виды жидкостей разрыва, применяемых при ГРП ……………………………….. 18
1.3.1 Жидкости разрыва на водной основе …………………………………………….. 18
1.3.2. Жидкости разрыва на углеводородной (нефтяной) основе ……………… 18
1.3.3 Жидкости разрыва на основе многофазных смесей ………………………… 19
1.3.3.1 Эмульсионные системы ………………………………………………………….. 19
1.3.3.2 Пенные системы …………………………………………………………………….. 20
1.4 Компоненты, входящие в состав жидкостей разрыва на водной основе … 20
1.4.1 Гуар и его производные ……………………………………………………………….. 20
1.4.2 Сшиватели жидкости разрыва ………………………………………………………. 21
1.4.3 Деструкторы (брейкеры) ………………………………………………………………. 23
1.4.4 Стабилизаторы ……………………………………………………………………………. 24
1.4.5 Бактерициды ……………………………………………………………………………….. 24
1.4.6 Ингибиторы глин…………………………………………………………………………. 25
1.4.7 Буферы и регуляторы pH ……………………………………………………………… 25
1.5 Свойства жидкостей разрыва на водной основе …………………………………… 25
1.5.1 Способность удерживать и транспортировать проппант …………………. 26
1.5.2 Эффективность жидкости разрыва и контроль водоотдачи …………….. 26
1.5.3 Потери давления на трение …………………………………………………………… 27
1.5.4 Совместимость с горными породами и пластовыми флюидами ………. 27
1.5.5 Удаление жидкости разрыва из трещины ………………………………………. 28
1.6 Существующие процессы деструкции полимерной составляющей
жидкостей ГРП ………………………………………………………………………………………. 28
1.6.1 Влияние типа применяемой жидкости разрыва на проницаемость
проппантной пачки и продуктивного пласта………………………………………….. 29
1.6.1.1 Кольматация порового пространства проппантной пачки при
проведении ГРП с использованием жидкостей разрыва на водной основе
………………………………………………………………………………………………………… 29
1.6.1.2 Кольматация порового пространства проппантной пачки при
проведении ГРП с использованием жидкостей разрыва на углеводородной
основе ……………………………………………………………………………………………… 30
1.6.2 Выявление процессов физической и химической деструкции
полимерной составляющей жидкостей ГРП ………………………………………….. 31
1.6.2.1 Физическая деструкция …………………………………………………………… 31
1.6.2.1.1 Термическая деструкция ……………………………………………………. 31
1.6.2.1.2 Механическая деструкция …………………………………………………. 31
1.6.2.1.3 Фотодеструкция ………………………………………………………………… 33
1.6.2.1.4 Радиационная деструкция ………………………………………………….. 33
1.6.2.2 Химическая деструкция ………………………………………………………….. 34
1.6.2.2.1 Деструкция при обработке неорганическими и органическими
кислотами ……………………………………………………………………………………… 34
1.6.2.2.2 Деструкция при добавлении окислителей …………………………… 35
1.6.2.2.3 Деструкция под действием энзимов ……………………………………. 37
1.6.2.2.4 Деструкция под влиянием биологических организмов …………. 40
1.6.3 Эффективность процессов деструкции ………………………………………….. 41
1.6.3.1 Оценка процессов физической деструкции ………………………………. 41
1.6.3.2 Оценка процессов химической деструкции ………………………………. 42
1.6.3.3 Выбор наиболее эффективных процессов деструкции из ранее
рассмотренных …………………………………………………………………………………. 44
1.7 Экологические аспекты проведения ГРП ……………………………………………. 45
1.8 Заключение по литературному обзору ………………………………………………… 48
2 Методика проведения исследований ……………………………………………………….. 50
2.1 Рецептура жидкости ГРП …………………………………………………………………… 50
2.2 Приготовление жидкости ГРП …………………………………………………………… 51
2.3 Контроль реологических параметров жидкости ГРП до и после обработки
деструкторами ……………………………………………………………………………………….. 53
2.4 Обработка полученных экспериментальных данных……………………………. 56
3 Экспериментальная часть ……………………………………………………………………….. 57
3.1 Результаты экспериментов при высоких значениях частот вращения
рабочей части измерительного прибора с введением дополнительного
температурного фактора …………………………………………………………………………. 57
3.2 Результаты экспериментов по определению степени деструкции жидкости
ГРП после её обработки различными брейкерами …………………………………….. 57
3.2.1 Применение лимонной кислоты ……………………………………………………. 57
3.2.1.1 Применение лимонной кислоты без смешивания с иными
деструкторами ………………………………………………………………………………….. 58
3.2.1.2 Применение смеси лимонной кислоты и перекиси водорода ……… 58
3.2.1.3 Применение смеси лимонной кислоты и перкарбоната натрия ….. 59
3.2.2 Применение гликолевой кислоты………………………………………………….. 60
3.2.3 Применение молочной кислоты ……………………………………………………. 60
3.2.3.1 Применение молочной кислоты производства фирмы M.C.D. Import
& Export Gmbh …………………………………………………………………………………. 60
3.2.3.2 Применение молочной кислоты производства фирмы Sigma Aldrich
………………………………………………………………………………………………………… 61
3.2.4 Применение уксусной кислоты …………………………………………………….. 62
3.3 Выводы по экспериментальной части …………………………………………………. 62
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение ……. 65
4.1 SWOT-анализ ……………………………………………………………………………………. 65
4.2 Планирование научно-исследовательской работы ……………………………….. 66
4.2.1 Структура работы в рамках научного исследования ………………………. 66
4.2.2 Определение трудоемкости выполнения работ ………………………………. 68
4.2.3 Разработка графика проведения научного исследования ………………… 69
4.2.4 Бюджет научно-технического исследования ………………………………….. 71
4.2.4.1 Расчет материальных затрат научно-технического исследования . 71
4.2.4.2 Основная заработная плата исполнителей темы ……………………….. 71
4.2.4.3 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) ….. 73
4.2.4.4 Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта
………………………………………………………………………………………………………… 74
4.2.5 Оценка эффективности применения различных брейкерных систем .. 74
5 Социальная ответственность …………………………………………………………………… 76
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ………. 77
5.1.1 Специальные (характерные для рабочей зоны исследователя) правовые
нормы трудового законодательства ………………………………………………………. 77
5.1.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны
исследователя ……………………………………………………………………………………… 77
5.2 Профессиональная социальная безопасность ………………………………………. 78
5.2.1 Анализ вредных и опасных факторов, которые может создать объект
исследования ………………………………………………………………………………………. 79
5.2.2 Анализ вредных и опасных факторов, которые могут возникнуть в
лабораторном помещении при проведении исследований ………………………. 80
5.2.3 Обоснование мероприятий по защите исследователя от действия
опасных и вредных факторов ……………………………………………………………….. 85
5.3 Экологическая безопасность ……………………………………………………………… 86
5.3.1 Анализ влияния объекта исследования на окружающую среду ……….. 86
5.3.2 Анализ влияния процесса исследования на окружающую среду ……… 87
5.3.3 Обоснование мероприятий по защите окружающей среды ……………… 88
5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ……………………………………………. 89
5.4.1 Анализ вероятных ЧС, которые может инициировать объект
исследований ………………………………………………………………………………………. 89
5.4.2 Анализ вероятных ЧС, которые могут возникнуть в лаборатории при
проведении исследований ……………………………………………………………………. 89
5.4.3 Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка
порядка действия в случае возникновения ЧС ……………………………………….. 89
Заключение ………………………………………………………………………………………………. 93
Список использованных источников ………………………………………………………….. 95
Приложение А ………………………………………………………………………………………… 100
Приложение Б …………………………………………………………………………………………. 108
Приложение В ………………………………………………………………………………………… 114

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 технико-
экономической точки зрения брейкера является немаловажным аспектом в
процессе проектирования и осуществления операций гидроразрыва
продуктивного пласта.
Несмотря на значительный объем экспериментов и теоретических
изысканий, проведенных в данной работе, можно сказать, что область, в которой
возможно проведение дальнейших исследований во много раз превышает ту
малую часть, что была затронута в данной работе.
На данный момент особенно хотелось бы отметить некоторые из
возможных направлений дальнейших исследований, к числу которых возможно
отнести:
 рассмотрение других видов деструкторов;
 проведение экспериментов с другими рецептурами модельной жидкости
ГРП, наиболее приближенными к реальным;
 расширение охватываемых интервалов концентраций брейкеров за счет
рассмотрения областей, не исследованных в данной работе;
 проведение более подробной оценки влияния механической и
термической деструкции.