Wstęp

1. Szczelinowanie hydrauliczne jako sposób na utrzymanie produktywności odwiertu

2. Istota metody szczelinowania hydraulicznego

2.1 Szczelinowanie hydrauliczne

2.2 Narzędzia do szczelinowania hydraulicznego

3 Technologia i sprzęt do szczelinowania hydraulicznego

4 Wybór technologii szczelinowania hydraulicznego

5 Sprzęt używany do szczelinowania hydraulicznego

6 Przykład obliczenia szczelinowania hydraulicznego

Wniosek

Wykaz używanej literatury

WSTĘP

Wydobywanie ropy ze złoża i wszelkie oddziaływanie na nią odbywa się poprzez studnie. Strefa dna odwiertu (BZZ) jest obszarem, w którym wszystkie procesy zachodzą najintensywniej. Tutaj, jak w jednym urządzeniu, linie prądowe zbiegają się podczas ekstrakcji cieczy lub rozchodzą się podczas wtrysku. Efektywność zagospodarowania złoża, natężenie przepływu wydobycia, wydajność zatłaczania oraz część energii złożowej, którą można wykorzystać do uniesienia płynu bezpośrednio do odwiertu, zależą w istotny sposób od stanu strefy dennej formacji.

Metody oddziaływania mechanicznego są skuteczne w skałach twardych, gdy utworzenie dodatkowych spękań w CZ umożliwia wprowadzenie do procesu filtracji nowych, odległych części formacji.

Jedną z najpowszechniejszych metod intensyfikacji wydobycia ropy naftowej lub odzysku gazu jest szczelinowanie hydrauliczne (HF).

Służy do tworzenia nowych szczelin, zarówno sztucznych, jak i do poszerzania starych (naturalnych), w celu poprawy łączności z odwiertem i powiększenia układu szczelin lub kanałów w celu ułatwienia dopływu i ograniczenia strat energii w tym ograniczonym obszarze odwiertu tworzenie.

Szczelinowanie hydrauliczne przeprowadza się pod ciśnieniami dochodzącymi do 100 MPa, przy dużym przepływie płynu i przy użyciu skomplikowanego i zróżnicowanego sprzętu.

1. SZCZĘKOWANIE HYDRAULICZNE JAKO SPOSÓB UTRZYMANIA DOBREJ WYDAJNOŚCI

Istotą metody szczelinowania hydraulicznego jest wytworzenie na dnie odwiertu wysokiego ciśnienia poprzez wtłoczenie lepkiego płynu, przekraczającego 1,5-2 razy ciśnienie złożowe, w wyniku czego formacja rozwarstwia się i tworzą się w niej pęknięcia.

Praktyka terenowa pokazuje, że wydajność odwiertów po szczelinowaniu hydraulicznym wzrasta czasami kilkudziesięciokrotnie. Wskazuje to, że powstałe pęknięcia łączą się z wcześniej istniejącymi, a napływ płynu do odwiertu następuje z odległych, wysoce produktywnych stref odizolowanych od odwiertu przed pęknięciem formacji. Otwarcie naturalnych lub powstawanie sztucznych pęknięć w formacji ocenia się na podstawie wykresów zmian natężenia przepływu Q i ciśnienia P podczas procesu. Tworzenie sztucznych pęknięć na wykresie charakteryzuje się spadkiem ciśnienia przy stałej prędkości wtrysku, a w przypadku otwarcia naturalnych pęknięć natężenie przepływu płynu szczelinującego wzrasta nieproporcjonalnie do wzrostu ciśnienia.

Szczelinowanie hydrauliczne przeprowadza się w celu utrzymania produktywności odwiertu, gdyż praktyka pokazuje, że szczelinowanie hydrauliczne jest bardziej opłacalne niż budowa nowego odwiertu, zarówno z ekonomicznego, jak i rozwojowego punktu widzenia. Jednak przeprowadzenie szczelinowania hydraulicznego wymaga bardzo dokładnego zbadania warunków termodynamicznych i stanu strefy odwiertu, składu skał i płynów, a także systematycznego badania zgromadzonego doświadczenia terenowego na danym polu. Szczelinowanie hydrauliczne zalecane jest w następujących odwiertach:

1. Te, które dały słaby napływ podczas testów

2. Przy wysokim ciśnieniu w złożach, ale przy niskiej przepuszczalności zbiornika

3. Z zanieczyszczoną strefą denną

4. Ze zmniejszoną produktywnością

5. Z wysokim współczynnikiem gazu (w porównaniu do innych)

6. Wtrysk o niskim wtrysku

7. Rozładuj, aby wydłużyć okres absorpcji

Celem szczelinowania hydraulicznego jest zwiększenie wydajności odwiertów, co ma wpływ na strefę denną odwiertu – zmianę właściwości ośrodka porowatego i cieczy (właściwości ośrodka porowatego zmieniają się podczas szczelinowania hydraulicznego na skutek tworzenia się układ pęknięć).

Załóżmy, że powodzenie lub niepowodzenie szczelinowania hydraulicznego wiążemy z dwoma czynnikami: natężeniem przepływu w poprzednim odwiercie oraz miąższością formacji. W rzeczywistości skuteczność szczelinowania hydraulicznego zależy oczywiście nie od dwóch, ale od wielu czynników: ciśnienia wtryskiwanego płynu, szybkości wtryskiwania, zawartości piasku w tym płynie itp.

2. Istota metody łamania

Szczelinowanie hydrauliczne formacji przeprowadza się w następujący sposób: do formacji przepuszczalnej pod ciśnieniem do 100 MPa wpompowuje się ciecz, pod wpływem której formacja ulega rozszczepieniu albo wzdłuż płaszczyzn podsypki, albo wzdłuż naturalnych pęknięć. Aby zapobiec zamykaniu się pęknięć po odjęciu ciśnienia, wpompowuje się do nich gruboziarnisty piasek wraz z cieczą, co utrzymuje przepuszczalność tych pęknięć, tysiąckrotnie większą niż przepuszczalność nienaruszonej formacji.

Aby zapobiec zamykaniu się pęknięć powstałych w formacji i utrzymać je otwarte po obniżeniu ciśnienia poniżej ciśnienia rozrywającego, do powstałych pęknięć wraz z cieczą wstrzykuje się sortowany gruboziarnisty piasek kwarcowy. Doprowadzenie piasku wymagane jest zarówno do nowo powstałych, jak i istniejących pęknięć w formacji powstałych w wyniku szczelinowania hydraulicznego. Badania wykazują, że podczas szczelinowania hydraulicznego powstają pęknięcia o szerokości 1-2 mm. Ich promień może sięgać kilkudziesięciu metrów. Szczeliny wypełnione gruboziarnistym piaskiem charakteryzują się znaczną przepuszczalnością, w wyniku czego po szczelinowaniu hydraulicznym wydajność odwiertu wzrasta kilkukrotnie.

Szczelinowanie hydrauliczne (HF) przeprowadza się w celu utworzenia nowych lub otwarcia istniejących pęknięć w celu zwiększenia przepuszczalności strefy dennej formacji i zwiększenia produktywności odwiertu.

Szczelinowanie hydrauliczne uzyskuje się poprzez wstrzykiwanie płynu do formacji pod wysokim ciśnieniem. Aby zapobiec zamknięciu po zakończeniu operacji i obniżyć ciśnienie do początkowego, wpompowuje się do nich materiał porowaty wraz z cieczą - piasek kwarcowy, korund.

Jednym z najważniejszych parametrów szczelinowania hydraulicznego jest ciśnienie szczelinowania hydraulicznego, przy którym w skale tworzą się pęknięcia. W idealnych warunkach ciśnienie otwarcia pp powinno być mniejsze niż ciśnienie skały pp wytwarzane przez leżący powyżej górotwór. Jednakże w warunkach rzeczywistych nierówność rg*rn może być spełniona< рр, что объясняется наличием в пласте глинистых пропластков, обладающих пластичными свойствами. В процессе бурения, когда цикл скважины не обсажен, под действием веса вышележащих пород может произойти выдавливание глины из пласта в скважины и частичное разгружение пласта, расположенного под глинистыми пропластками, что и приводит к снижению давления гидроразрыва.

Zatem ciśnienie rozrywające zależy od procesu wiercenia poprzedzającego eksploatację odwiertu. Dlatego nie można obliczyć ciśnienia rozrywającego. Jednakże przy podobnych technologiach wiercenia otworów na danym obszarze można mówić o średnim ciśnieniu szczelinowania, wyznaczając je na podstawie danych szczelinowania hydraulicznego w sąsiednich odwiertach.

2.1 Szczelinowanie hydrauliczne

Szczelinowanie hydrauliczne przeprowadza się przy użyciu następującej technologii. Najpierw pod wysokim ciśnieniem pompowany jest płyn szczelinujący. Po spękaniu formacji wpompowywana jest ciecz z piaskiem w celu naprawy pęknięć. Zazwyczaj zarówno płyn szczelinujący, jak i płyn piaskowy do oczyszczania odwiertów produkcyjnych przygotowuje się na bazie węglowodorów, a przy oczyszczaniu odwiertów grzewczych - na bazie wody. Z reguły do ​​tych celów stosuje się różne emulsje, a także ciecze węglowodorowe i roztwory wodne. Stężenie piasku w płynie nośnikowym piasku wynosi zwykle od 100 do 500 kg/m3 i zależy od jego filtrowalności i pojemności.

Mechanizm szczelinowania hydraulicznego formacji, czyli mechanizm powstawania w niej pęknięć, można przedstawić następująco. Wszystkie skały tworzące daną warstwę posiadają naturalne mikropęknięcia, które znajdują się w stanie sprasowanym pod wpływem ciężaru górotworu nad nimi lub, jak to się powszechnie nazywa, ciśnienia skał. Przepuszczalność takich pęknięć jest niewielka. Wszystkie skały mają jakąś siłę. Dlatego też, aby w formacji utworzyć nowe pęknięcia i rozszerzyć istniejące, konieczne jest usunięcie naprężeń powstałych w skałach formacyjnych pod wpływem parcia skał i pokonanie wytrzymałości skał na rozciąganie.

Ciśnienie rozrywające, nawet w obrębie jednej formacji, nie jest stałe i może się znacznie różnić. Praktyka potwierdziła, że ​​w większości przypadków ciśnienie rozrywające Pp na dnie odwiertu jest niższe od ciśnienia skały i wynosi (15...25) * N, kPa (1,5...2,5 kgf/cm2).

Tutaj H jest głębokością studni w m.

W przypadku skał o niskiej przepuszczalności ciśnienie to można osiągnąć poprzez wstrzykiwanie płynów szczelinujących o niskiej lepkości z ograniczoną szybkością wtrysku. Jeżeli skały są silnie przepuszczalne, wymagana jest duża szybkość zatłaczania, a jeżeli szybkość zatłaczania jest ograniczona, konieczne jest stosowanie cieczy o dużej lepkości. Wreszcie, aby w przypadku szczególnie dużej przepuszczalności skał formacyjnych osiągnąć ciśnienie rozrywające, należy zastosować jeszcze większe szybkości wtryskiwania płynów o dużej lepkości. Proces szczelinowania hydraulicznego składa się z następujących, sekwencyjnych operacji: 1) wtłaczania płynu szczelinującego do formacji w celu utworzenia pęknięć; 2) iniekcja płynu pionośnego z piaskiem przeznaczonym do naprawy pęknięć; 3) wtrysk płynu wyciskającego w celu wtłoczenia piasku w pęknięcia.

2.2 Narzędzia do szczelinowania hydraulicznego

Zazwyczaj ten sam płyn stosowany jest jako płyn szczelinujący i płyn przenoszący piasek, dlatego łączy się je pod jedną nazwą – płyn szczelinujący. Do szczelinowania hydraulicznego stosuje się różne płyny robocze, które ze względu na właściwości fizykochemiczne można podzielić na dwie grupy: płyny na bazie węglowodorów i płyny na bazie wody.

Jako ciecze węglowodorowe stosuje się oleje o dużej lepkości, olej opałowy, olej napędowy lub naftę zagęszczone mydłami naftenowymi.

Roztwory stosowane w studniach iniekcyjnych obejmują: wodny roztwór wywaru siarczynowo-alkoholowego, roztwory kwasu solnego, wodę zagęszczoną różnymi odczynnikami, a także zagęszczone roztwory kwasu solnego.

Proces szczelinowania jest w dużym stopniu zależny od właściwości fizycznych płynu szczelinującego, a w szczególności od lepkości, filtrowalności i zdolności do utrzymywania ziaren piasku w zawiesinie.

Poniższe wymagania mają zastosowanie do płynu szczelinującego. Po pierwsze musi mieć dużą lepkość, aby nie wnikał szybko w głąb złoża, w przeciwnym razie wzrost ciśnienia w pobliżu odwiertu będzie niewystarczający. Po drugie, jeśli w przekroju odwiertu występuje kilka warstw produkcyjnych, należy zadbać o możliwie jednolity profil zatłaczania. Płyny newtonowskie nie nadają się do tego, ponieważ ilość płynu wchodzącego do każdej warstwy będzie proporcjonalna do jej przepuszczalności. Dzięki temu warstwy wysokoprzepuszczalne zostaną lepiej przetworzone, a co za tym idzie, zmniejszony zostanie efekt szczelinowania hydraulicznego. Do szczelinowania hydraulicznego konieczne jest użycie płynu, którego lepkość zależy od szybkości filtracji. Jeśli lepkość wzrasta wraz ze wzrostem szybkości filtracji, to podczas poruszania się w międzywarstwie wysoce przepuszczalnej lepkość cieczy będzie wyższa niż w warstwie niskoprzepuszczalnej. W rezultacie profil odbioru staje się bardziej jednolity. Ciecze lepkosprężyste mają podobną charakterystykę filtracji, dla której prawo filtracji można zapisać w postaci.

V=(kDp)/(mk L),……………………………………………………..............( 1)

gdzie mk jest lepkością pozorną określoną wzorem

mk/mo = 1 + A Dp/L,…………………………………………………….(2)

mo jest maksymalną lepkością pozorną cieczy przy v 0; A jest stałą zależną od właściwości lepkosprężystych płynu (przy A=0 otrzymujemy prawo Darcy’ego).

2.3 Niezbędne parametry szczelinowania hydraulicznego

Przy pompowaniu cieczy do dwóch warstw o ​​przepuszczalności k1 i k2 stosunek ruchliwości przy tych samych gradientach ciśnienia jest równy

(k/mk)1: (k/mk)2 = k1 /k2 * (1+A (Dp/L)*)/1+A(Dp/L)*),…….(3)

Niech na przykład A(Dp/L)*) =2

Wtedy przy k1 /k2 =25 A (Dp/L)*=0,4

A współczynnik mobilności wynosi około 11,7 zamiast 25.

W celu szczelinowania hydraulicznego do odwiertu opuszczane są rury, przez które ciecz przedostaje się do formacji. Aby zabezpieczyć obudowę przed wysokimi ciśnieniami, nad spękaną formacją instaluje się paker, a nad nim kotwę hydrauliczną w celu zwiększenia szczelności. Pod wpływem ciśnienia tłoki twornika rozsuwają się i dociskają do obudowy, uniemożliwiając ruch pakera.

Przy bardzo małej lepkości płynu szczelinującego osiągnięcie ciśnienia szczelinującego wymaga wpompowania do złoża dużej objętości płynu, co wiąże się z koniecznością stosowania kilku pracujących jednocześnie agregatów pompujących.

Gdy lepkość płynu szczelinującego jest wysoka, do powstania pęknięć potrzebne są wysokie ciśnienia. W zależności od przepuszczalności skał optymalna lepkość płynu szczelinującego waha się w granicach 50-500 cP. Czasami przy pompowaniu przez obudowę stosuje się płyn o lepkości do 1000 cP, a nawet do 2000 cP.

Płyn szczelinujący musi charakteryzować się niską filtracją i dużą zdolnością zatrzymywania zawieszonego w nim piasku, co zapobiega możliwości jego osiadania w cylindrach pompy, elementach rurociągów, rurach oraz na dnie odwiertu.

W tym przypadku uzyskuje się utrzymanie stałego stężenia piasku w płynie szczelinowym i dobre warunki jego przenikania w głąb szczeliny. Filtrowalność sprawdza się za pomocą urządzenia do określania utraty płynu w roztworze gliny. Filtrowalność uważa się za niską, jeśli wynosi mniej niż 10 cm3 cieczy w ciągu 30 minut.

Zdolność płynu szczelinującego do utrzymywania piasku w zawiesinie jest bezpośrednio związana z jego lepkością.

Bardziej lepkie ciecze, takie jak oleje opałowe, mają zadowalającą lepkość w temperaturach poniżej 20°C; ropa naftowa i woda mają niską lepkość, są na ogół dobrze filtrowane i nie zaleca się ich stosowania w czystej postaci podczas szczelinowania hydraulicznego.

Zwiększenie lepkości, a także zmniejszenie filtrowalności płynów stosowanych w szczelinowaniu hydraulicznym uzyskuje się poprzez wprowadzenie do nich odpowiednich zagęszczaczy. Takimi zagęszczaczami do cieczy węglowodorowych są sole kwasów organicznych, wielkocząsteczkowe i koloidalne związki olejów (na przykład smoła olejowa) i inne odpady rafinacji ropy naftowej.

Niektóre oleje, emulsje naftowo-kwasowe, olejowo-kwasowe i wodno-olejowe mają znaczną lepkość i wysoką zdolność przenoszenia piasku. Płyny te wykorzystywane są jako płyny szczelinujące i płyny przenoszące piasek do szczelinowania szybów naftowych.

W studniach zastrzykowych szczelinowanie hydrauliczne wykorzystuje zagęszczoną wodę. Do zagęszczania stosuje się wywar gorzelniany siarczynowy (SSB) i inne pochodne celulozy, które są dobrze rozpuszczalne w wodzie i mają niską filtrowalność.

W zależności od stężenia substancji suchych SSB dzieli się na dwa rodzaje - płynny i stały. Lepkość początkowego ciekłego koncentratu wynosi 1500-1800 cP. Dodatek wody do roztworów SSB powoduje szybki spadek lepkości i sprzyja dobremu wypłukaniu SSB wodą z przestrzeni porowatej i przywróceniu wtryskiwości. Roztwór SSB ma dobrą zdolność retencji i niską filtrowalność. W przypadku pęknięcia stosuje się głównie roztwór SSB o lepkości 250-800 cP.

Ostatnio jako ciecz przenoszącą piasek zastosowano stężony kwas solny zagęszczony SSB (40% HCl i 60% SSB). Zastosowanie takiego płynu szczelinującego umożliwia połączenie procesu szczelinowania hydraulicznego z oddziaływaniem chemicznym na strefę przyodwiertową. Po zmieszaniu z SSB kwas solny reaguje powoli z węglanami (2-2,5 godziny w porównaniu do 30-40 minut w przypadku stosowania czystego roztworu HCl). Umożliwia to wtłaczanie aktywnego chemicznie kwasu solnego w głąb złoża wzdłuż szczelin powstałych podczas szczelinowania hydraulicznego i oczyszczanie strefy dennej formacji w dużej odległości od odwiertu.

Podczas szczelinowania hydraulicznego w warunkach wysokich temperatur złóż (130-150°C) lepkość 20- i 24% roztworów SSB gwałtownie spada do 8-0,6 cP wraz ze wzrostem temperatury do 90°C.

W wyższych temperaturach lepkość tych roztworów zbliża się do właściwości lepkościowych wody. Dlatego też jako skuteczny nośnik płynu szczelinującego i piasku, który charakteryzuje się dobrą zdolnością zatrzymywania piasku i niską filtrowalnością, stosuje się wodne roztwory CMC-500 (karboksymetylocelulozy) w zakresie 1,5-2,5% z dodatkiem czasami chlorku sodu do 20-25%. W każdych warunkach płyn wyporowy musi mieć minimalną lepkość, aby zmniejszyć straty ciśnienia podczas pompowania.

Celem wypełniania pęknięć piaskiem jest zapobieganie ich zamykaniu się i utrzymywanie ich otwartym po obniżeniu ciśnienia poniżej ciśnienia rozrywającego. Dlatego na piasek nakładane są następujące wymagania:

1) piasek musi mieć wystarczającą wytrzymałość mechaniczną, aby nie zapadać się w pęknięciach pod wpływem ciężaru skały;

2) utrzymać wysoką przepuszczalność.

Dobrze ugniatany jednorodny piasek kwarcowy spełnia te wymagania.

Stosuje się piasek o następujących frakcjach: 0,25-0,4 mm; 0,4-0,63; 0,63-0,79; 0,79-1,0; 1,0-1,6 MM. Najbardziej akceptowalną frakcją do szczelinowania hydraulicznego jest piasek o uziarnieniu od 0,5 do 1,0 mm.

O skuteczności szczelinowania hydraulicznego decyduje średnica i rozległość powstałych szczelin, a co za tym idzie zwiększona przepuszczalność. Im większa średnica i długość pęknięć, tym wyższa wydajność obróbki. Tworzenie pęknięć dalekiego zasięgu osiąga się poprzez pompowanie dużych ilości piasku. W praktyce do odwiertu pompuje się od 4 do 20 ton piasku. Stężenie piasku w płynie nośnikowym piasku zależy od filtrowalności i pojemności płynu i waha się od 100 do 600 kg na 1 m3 płynu.

3. TECHNOLOGIA I TECHNIKA fraftingu

Szczelinowanie hydrauliczne przeprowadza się w utworach o różnej przepuszczalności w przypadku spadku natężenia przepływu lub zatłaczania otworów zatłaczających.

Przed szczelinowaniem hydraulicznym odwiert jest badany pod kątem dopływu, określana jest jego zdolność absorpcyjna i ciśnienie absorpcyjne. W tym celu jednym agregatem pompuje się ropę do momentu uzyskania określonego nadciśnienia na głowicy odwiertu, przy którym odwiert zaczyna przyjmować ciecz. Natężenie przepływu mierzono przez 10-20 minut przy stałym ciśnieniu wylotowym. Po podłączeniu drugiej jednostki i zwiększeniu ilości pompowanej cieczy podnosi się ciśnienie o 2-3 MPa i ponownie wyznacza się natężenie przepływu.

Proces zwiększania przepływu i ciśnienia płynu powtarza się kilkukrotnie, a na koniec badania tworzone jest maksymalne możliwe ciśnienie, przy którym ponownie mierzony jest przepływ. Na podstawie uzyskanych danych rysuje się krzywą zależności zatłaczalności odwiertu od ciśnienia zatłaczania. Na podstawie danych dotyczących zdolności absorpcyjnej odwiertu przed i po szczelinowaniu określana jest ilość płynu i ciśnienie potrzebne do przeprowadzenia szczelinowania, a także jakość szczelinowania i zmiany przepuszczalności formacji strefy przyodwiertowej po szczelinowaniu. ocenia się pęknięcie. Za ciśnienie rozerwania złoża umownie przyjmuje się ciśnienie, przy którym współczynnik zatłaczalności odwiertu wzrasta 3-4-krotnie w porównaniu do wartości początkowej.

Dno studni oczyszcza się z brudu poprzez drenaż, a następnie myje. W niektórych przypadkach, aby zwiększyć właściwości filtracyjne formacji, zaleca się wstępne potraktowanie studni kwasem solnym lub błotnym i wykonanie dodatkowej perforacji. Wdrożenie tych środków pomaga zmniejszyć ciśnienie rozrywające i zwiększyć jego wydajność.

Po przemyciu, oczyszczeniu i sprawdzeniu za pomocą specjalnego szablonu do studni opuszczane są rury pompy i kompresora o średnicy 75 lub 100 mm, przez które pompowany jest płyn szczelinujący. Aby zabezpieczyć płaszcz przed działaniem wysokiego ciśnienia, nad formacją spękaną instaluje się paker, który oddziela strefę filtracyjną formacji od jej części leżącej. Dzięki temu ciśnienie wytwarzane przez pompy przenoszone jest jedynie do strefy filtra i na dolną powierzchnię pakera.

Stosowane są różne konstrukcje pakerów. Najczęściej spotykane są pakery ślizgowe, produkowane dla różnych średnic ciągów produkcyjnych i przeznaczone na ciśnienie 50 MPa (rys. 1).

Uszczelnienie obudowy następuje poprzez odkształcenie gumowych kołnierzy uszczelniających pod wpływem ciężaru przewodu rurowego, gdy stożek opiera się na ślizgach pakera, który jest centrowany za pomocą latarni. Blokada latarni otwiera się, gdy latarnia ociera się o ścianki rur osłonowych podczas obracania się pakera.

Obciążenie osiowe podczas szczelinowania hydraulicznego jest przejmowane przez głowicę pakera za pomocą pierścienia podporowego i przekazywane na kotwicę, która zapobiega przemieszczaniu się pakera i ciągu rur do góry. Głowica pakująca posiada gwint lewoskrętny na połączeniu z kotwą.

W przypadku zakleszczenia się mankietów w osłonie, kotwę można odkręcić od pakera poprzez obrót w prawo i wynieść na powierzchnię.

Konstrukcję działania hydraulicznego siłownika pokazano na rys. 2

Podczas pompowania płynu roboczego do szczelinowania hydraulicznego różnica ciśnień wytworzona pomiędzy wnętrzem kotwicy a pierścieniową szczeliną w ciągu produkcyjnym odkształca gumową rurkę, wpychając siłowniki aż do ściany kolumny. Tłoki, wcinając się ostrymi zębami w ścianki rur, zapobiegają wepchnięciu kotwicy, a co za tym idzie pakera, do studni.

Oprócz podkładek ślizgowych stosuje się samouszczelniające podkładki PS. W tej konstrukcji uszczelnienie uzyskuje się poprzez samouszczelniające się mankiety gumowe pod wpływem płynu szczelinującego.

W przeciwieństwie do innych typów pakerów, konstrukcja pakera PS zawiera zawór obejściowy zaprojektowany w celu ominięcia hydraulicznego płynu szczelinującego do pierścienia podczas opuszczania pakera, zmniejszając w ten sposób nacisk na samouszczelniające się kołnierze. Zawór obejściowy jest podłączony przez sub i zainstalowany nad zworą hydrauliczną.

Po przeprowadzeniu rur za pomocą pakera i kotwy, głowica odwiertu wyposażana jest w specjalną głowicę, do której podłączane są urządzenia wtłaczające do odwiertu płyn szczelinujący.

3.1 Rurociągi i sprzęt do szczelinowania hydraulicznego

Rysunek 2 przedstawia ogólny schemat rurociągów i rozmieszczenia sprzętu do szczelinowania hydraulicznego. W pierwszym etapie za pomocą agregatów pompujących zasysany jest płyn szczelinujący, w wyniku czego ciśnienie stopniowo wzrasta, a po osiągnięciu określonej wartości następuje rozerwanie formacji. Moment pęknięcia ocenia się na podstawie manometru na przewodzie przepływowym. Moment ten charakteryzuje się gwałtownym spadkiem ciśnienia i zwiększonym przepływem wtryskiwanej cieczy.

Po rozdrobnieniu formacji przechodzą do drugiego etapu - dostarczania płynu przenoszącego piasek z piaskiem do szczeliny przy dużych prędkościach przepływu i wysokim ciśnieniu wtrysku. Płyn przenoszący piasek z piaskiem wtłacza się w szczelinę za pomocą płynu wyciskającego pod maksymalnym ciśnieniem i przy maksymalnej prędkości wtrysku. Osiąga się to poprzez podłączenie jak największej liczby jednostek. Ropa naftowa stosowana jest jako płyn wyporowy w odwiertach naftowych, a woda w odwiertach zatłaczających. Ilość tej cieczy musi być równa pojemności rurociągu. Wstrzykiwanie płynu wyporowego jest ostatnim, trzecim etapem ciągłego procesu szczelinowania hydraulicznego.

Po wymuszeniu głowicę odwiertu zamyka się i pozostawia w spokoju do czasu, aż ciśnienie w głowicy spadnie do zera. Następnie studnia jest myta, oczyszczana z piasku i rozpoczyna się rozwój.

Interesująca jest technika szczelinowania hydraulicznego w odwiertach, których horyzonty produkcyjne leżą na głębokościach 2800-3400 m. Technologia szczelinowania formacyjnego w takich odwiertach różni się od zwykłej tym, że proces szczelinowania hydraulicznego odbywa się pod stałym przeciwciśnieniem na rurociągu i na górnym końcu gumowego elementu pakera. Wartość przeciwciśnienia określa się jako różnicę pomiędzy obliczoną wartością ciśnienia szczelinowania hydraulicznego a maksymalnym dopuszczalnym ciśnieniem wywieranym na paker. W przypadku takich odwiertów ciśnienie robocze w przestrzeni pierścieniowej (pierścieniu) określa się eksperymentalnie. Do pompowania płynu szczelinującego wykorzystywana jest jednostka pomocnicza. Cechy rozmieszczenia urządzeń i rurociągów głowicy odwiertu podczas szczelinowania hydraulicznego przy zastosowaniu tej technologii przedstawiono na rys. 3

Zaleca się przeprowadzenie prac szczelinowania hydraulicznego w odwiercie w następującej kolejności. Urządzenia powierzchniowe poddawane są działaniu ciśnienia 70 MPa, woda w odwiercie zostaje zastąpiona ropą, po czym paker zostaje opuszczony. Następnie za pomocą agregatów pompowych stosowanych przy szczelinowaniu hydraulicznym, wytworzone zostaje maksymalne możliwe ciśnienie poprzez przepompowanie cieczy w rurach i pod pakerem. Pompując ciecz za pomocą pomocniczej jednostki cementującej, podnosi się ciśnienie w przestrzeni pierścieniowej (pierścieniu) i studnię pozostawia się w spokoju na 30 minut. To w pierwszym etapie pozwala na powstawanie pęknięć w formacji.

W drugim etapie przeprowadzana jest operacja naprawienia pęknięć piaskiem. Po sprawdzeniu odwiertu pod kątem zatłaczalności do formacji wpompowuje się ciecz zawierającą piasek.

Ryż. 3. Schemat rurociągów urządzeń do szczelinowania hydraulicznego w głębokich studniach:

1 - mieszalnik piasku; 2 - jednostka TsA-400; 3-jednostkowy CHAN-700;

4 - jednostka pomocnicza; 5 - pojemnik na płyny robocze

Ciśnienie na głowicy odwiertu podczas zatłaczania i wtłaczania do złoża może wzrosnąć do 60-80 MPa. Szczelinowanie hydrauliczne przy użyciu tej technologii może znacznie zwiększyć wydajność odwiertu.

Jeżeli w odwiertach występuje duża strefa filtracyjna lub kilka odsłoniętych warstw produkcyjnych, przeprowadza się wielokrotne szczelinowanie hydrauliczne.

W ostatnim czasie opracowano i wdrożono nową metodę interwałowego szczelinowania hydraulicznego, która umożliwia przeprowadzenie szczelinowania hydraulicznego określonych formacji w dowolnej kolejności w jednym przebiegu sprzętu wiertniczego. Przy wykonywaniu szczelinowania hydraulicznego tą technologią w jednej warstwie, otwory perforowane w stosunku do warstw leżących powyżej przykrywa się otworami tonącymi, a w stosunku do warstw niżej – elastycznymi kulkami unoszącymi się w płynie szczelinującym. Stosowany sprzęt wiertniczy jest prosty w konstrukcji i może być wytwarzany w warsztatach terenowych. Składa się z dwóch pustych cylindrów, zamontowanych współosiowo na rurach pompy i sprężarki. Cylinder z otworami w dnie jest otwarty u góry, a cylinder z otworami w wieczku jest otwarty u dołu. Rura, na której umieszczane i spawane są butle, jest zaślepiona od dołu i posiada otwory nad dolnym cylindrem.

Prace przygotowawcze do okresowego szczelinowania hydraulicznego przeprowadza się w następującej kolejności. Cylindry, paker i kotwica są opuszczane do studni za pomocą rurek. Pod dolnym cylindrem umieszczane są specjalne elastyczne kulki o średnicy 18-20 mm i ciężarze właściwym mniejszym niż płyny stosowane przy szczelinowaniu hydraulicznym (kulki pływające). dlatego w cieczy będą zawsze dociskane do pokrywy dolnego cylindra. Średnicę cylindra dobiera się tak, aby kulki nie dostały się w szczelinę pomiędzy nim a sznurkiem produkcyjnym. Liczba kulek załadowanych do dolnego cylindra jest nieco większa niż liczba perforacji znajdujących się poniżej najwyższego przedziału przeznaczonego na pękanie.

Tonące kulki umieszczone są w górnym cylindrze. Ponadto ich liczba powinna być także większa od liczby otworów zlokalizowanych powyżej dolnego przedziału planowanego na szczelinowanie hydrauliczne. Aby zapobiec wpadaniu kulek pod wał podczas schodzenia lub gdy kolumna nie jest uszczelniona, montowany jest specjalny łamacz tarczowy. Paker jest zainstalowany w taki sposób, aby odstęp przeznaczony do szczelinowania hydraulicznego znajdował się pomiędzy cylindrami z kulami. Następnie w zwykły sposób przeprowadza się szczelinowanie hydrauliczne docelowej formacji. Jeżeli podczas pęknięcia warstwy powyżej lub poniżej zaczną przyjmować ciecz, wówczas ich otwory perforacyjne zostaną zablokowane przez kulki, które są przenoszone przez przepływ płynu z cylindrów do tych otworów. Zatem szczelinowanie hydrauliczne nastąpi dopiero w zamierzonym odstępie czasu, po ustaniu wtrysku kule, ze względu na odpowiednią różnicę ich ciężarów właściwych, zostaną zebrane w swoich cylindrach. Podnosząc lub opuszczając sprzęt i umieszczając cylindry z kulami w żądanych odstępach, możliwe jest hydrauliczne rozbicie dowolnej formacji.

4. WYBÓR TECHNOLOGII SZCZĘKOWANIA

Technologia szczelinowania hydraulicznego przeprowadzana jest w następujący sposób. Ponieważ podczas szczelinowania hydraulicznego w większości przypadków (z wyjątkiem małych odwiertów) powstają ciśnienia przekraczające dopuszczalne dla ciągów obudowy, w pierwszej kolejności do odwiertu opuszczane są rury zdolne wytrzymać to ciśnienie. Nad stropem formacji lub międzywarstwy, w której planowane jest rozerwanie, instaluje się paker izolujący przestrzeń pierścieniową i strunę od ciśnienia oraz urządzenie zapobiegające jej przemieszczaniu się, zwane kotwicą. W pierwszej kolejności poprzez opuszczone rurki wtryskiwany jest płyn szczelinujący w takich objętościach, aby w dolnym otworze uzyskać ciśnienie wystarczające do szczelinowania formacji. Moment pęknięcia na powierzchni jest rejestrowany jako gwałtowny wzrost przepływu płynu (pojemności absorpcyjnej odwiertu) przy tym samym ciśnieniu na głowicy lub jako gwałtowny spadek ciśnienia na głowicy przy tym samym natężeniu przepływu. Ciśnienie skał jest równe:

Рг = rПgН (4)

Siła przyczepności cząstek skały jest równa:

Рр = Рг + sZ (5)

bardziej obiektywnym wskaźnikiem charakteryzującym moment szczelinowania hydraulicznego jest współczynnik zdolności absorpcyjnej

kп = Q/(pз – рп) (6)

gdzie Q jest natężeniem przepływu wtryskiwanej cieczy;

рп-ciśnienie w zbiorniku w obszarze danej studni;

rz – ciśnienie na dnie odwiertu podczas szczelinowania hydraulicznego.

Podczas szczelinowania hydraulicznego następuje gwałtowny wzrost kp. Jednakże ze względu na trudności związane z ciągłym monitorowaniem wartości рз, a także ze względu na fakt, że rozkład ciśnienia w złożu jest procesem znacznie niestabilnym, moment szczelinowania hydraulicznego ocenia się za pomocą warunkowego współczynnika k.

gdzie p jest ciśnieniem na głowicy odwiertu.

Gwałtowny wzrost k podczas procesu wtryskiwania jest również interpretowany jako moment hydraulicznego szczelinowania. Dostępne są instrumenty umożliwiające pomiar tej wartości.

Po spękaniu formacji do odwiertu wpompowywana jest ciecz zawierająca piasek pod ciśnieniem, które utrzymuje powstałe w formacji pęknięcia w stanie otwartym. Jest to bardziej lepka ciecz zmieszana (180-350 kg piasku na 1 m3 cieczy) z piaskiem lub innym wypełniaczem. Piasek wprowadza się do otwartych pęknięć na możliwie największą głębokość, aby zapobiec ich zamknięciu podczas późniejszego spadku ciśnienia i oddania odwiertu do eksploatacji. Płyny zawierające piasek są wpychane do rur i do formacji przy użyciu płynu wyporowego, którym jest dowolny płyn o niskiej lepkości i pozbawiony niedoborów.

Aby zaprojektować proces szczelinowania hydraulicznego, bardzo ważne jest określenie ciśnienia rozrywającego pp, które należy wytworzyć na dnie odwiertu.

Zgromadzono dużą ilość materiału statystycznego na temat wartości ciśnienia rozrywającego złoża pp w różnych rejonach świata i na różnych głębokościach odwiertów, co wskazuje na brak wyraźnego związku pomiędzy głębokością złoża a ciśnieniem rozrywającym. Jednak wszystkie rzeczywiste wartości pp mieszczą się w przedziale pomiędzy wartościami ciśnień całkowitych skały i hydrostatycznych. Ponadto na małych głębokościach (poniżej 1000 m) pp jest bliższe ciśnieniu skał, a na większych głębokościach ciśnieniu hydrostatycznemu.

do studni płytkich (do 1000 m)

рр = (1,74 - 2,57) ррст,……………………………………………………(8)

dla studni głębinowych (H > 1000m)

рр =(1,32 - 1,97) ррст,…………………………………………….(9)

gdzie pst jest ciśnieniem hydrostatycznym słupa cieczy, którego wysokość jest równa głębokości formacji.

Wytrzymałość skał na rozciąganie jest zwykle niewielka i mieści się w przedziale sp = 1,5...3 MPa, zatem nie wpływa znacząco na pp.

Ciśnienie rozrywające w dnie PP i ciśnienie w głowicy RU są ze sobą powiązane oczywistą zależnością

pp = ru + rst – rtr,…………………………………………………………………….......(10)

gdzie ррр – strata ciśnienia na skutek tarcia w rurze.

Z równania (10) wynika:

ru = pp + rtr - pierwszy,………………………………………….....(11)

pst - ciśnienie statyczne, określone z uwzględnieniem krzywizny studni

рст = rж g Н cos b,……………………………………………………………(12)

gdzie H jest głębokością studni; b - kąt krzywizny (uśredniony);

rf to gęstość cieczy w studni, a jeśli ciecz zawiera wypełniacz (piasek, kulki szklane, proszek polimerowy itp.), wówczas gęstość oblicza się jako średnią ważoną

r=rzh(1–n/rn)+n,……………………………………………………………………(13)

gdzie n jest liczbą kilogramów wypełniacza w 1m3 cieczy;

pH - gęstość wypełniacza (dla piasku pH=2650 kg/m3).

Straty tarcia są trudniejsze do określenia, ponieważ stosowane płyny mają czasami właściwości nienewtonowskie. Obecność wypełniacza (piasku) w cieczy zwiększa straty tarcia.

W praktyce amerykańskiej stosuje się różne wykresy strat ciśnienia na skutek tarcia dla każdych 30 metrów rur o różnych średnicach podczas pompowania różnych cieczy przy danym objętościowym natężeniu przepływu. Przy dużych prędkościach wtrysku odpowiadających przepływowi turbulentnemu właściwości strukturalne stosowanych płynów (z różnymi zagęszczaczami i odczynnikami chemicznymi) zwykle zanikają, a straty tarcia dla tych płynów można w przybliżeniu określić, stosując zwykłe wzory hydrauliki rurowej.

rtr = l(N/d) * (w2/2g) * rga,…………………………………………....(14)

gdzie l jest współczynnikiem tarcia, określonym za pomocą odpowiednich wzorów w zależności od liczby Reynoldsa;

w - liniowa prędkość przepływu w rurze;

d – średnica wewnętrzna rury; r - gęstość płynu, N - długość rurki;

g = 9,81 m/s2; a jest współczynnikiem korygującym, który uwzględnia obecność wypełniacza w cieczy (dla czystej wody a = 1) i zależy od jego stężenia.

5. SPRZĘT STOSOWANY DO szczelinowania

Podczas szczelinowania hydraulicznego wykorzystuje się cały kompleks urządzeń powierzchniowych: agregaty pompowe typu 2AN-500 lub 4AN-700, mieszalnik piasku 4PA. Do transportu płynu szczelinującego wykorzystuje się cysterny 4TSR lub TsR-20.

Jednostka 4AN-700 zaprojektowana przez Azinmash jest główną jednostką w zestawie sprzętu naziemnego. Charakteryzuje się zwiększoną mocą i wydajnością oraz jest łatwy w użyciu. Ciśnienie robocze urządzenia pozwala na prowadzenie procesów szczelinowania hydraulicznego i hydropiaskowania w głębokich studniach. Wszystkie jego elementy są zamontowane na trzyosiowym samochodzie ciężarowym KrAZ-257 o sile udźwigu 100-120 kN i składają się z następujących elementów: elektrownia; skrzynia biegów; pompa z potrójnym tłokiem; kolektor, układ sterowania.

Na ramie samochodu, bezpośrednio za kabiną kierowcy, znajduje się zespół napędowy agregatu, składający się z silnika ze sprzęgłem wielotarczowym ciernym i wentylatorem odśrodkowym, układów napędowych, smarowania i chłodzenia, instalacji filtra powietrza oraz inne elementy pomocnicze.

Silnik jednostki to dwunastocylindrowy, czterosuwowy silnik wysokoprężny o mocy 588 kW przy prędkości obrotowej wału korbowego 2000 obr/min. Silnik połączony jest z wałem wejściowym skrzyni biegów za pomocą sprzęgła ciernego wielopłytkowego.

Pompa 4R-700 to trójtłokowa, pozioma pompa jednostronnego działania. Tłoki dostarczane są w rozmiarach 100 i 120 mm, co zapewnia pracę pompy przy ciśnieniach odpowiednio do 70 i 50 MPa. Wydajność agregatu przy ciśnieniu 70 MPa wynosi 6,3 l/s, a przy 20 MPa - 22 l/s. Masa jednostki 20200 kg, wymiary całkowite 9800 x 2900 x 3320 mm. Sterowanie jednostką odbywa się z konsoli centralnej umieszczonej w kabinie pojazdu, gdzie znajdują się pedały sterujące pompą paliwa i sprzęgłem ciernym silnika, dźwignia zmiany biegów oraz niezbędne oprzyrządowanie.

Do transportu piasku o wymaganej frakcji do otworu, w którym planowane jest szczelinowanie hydrauliczne, oraz do późniejszego mechanicznego przygotowania mieszaniny piasek-ciecz, stosuje się specjalne mieszalniki piasku typu 4PA.

Na samojezdnym podwoziu pojazdu KrAZ-257 znajduje się lej 1 na materiał sypki ze ślimakiem załadunkowym 2 i ślimakiem roboczym 3, hydrauliczna komora wyporowa 5, mieszalnik 7 z regulatorem poziomu pływaka 6 oraz Zamontowany jest kolektor odbiorczy 11 i kolektor rozdzielczy 10 z pompą 9 do pompowania piasku. W górnej części rozładunkowej ślimaka 3 zamontowany jest zawór obrotowy 4, połączony z regulatorem pływakowym 6. Do ścian i dna leja zasypowego 1 przymocowane są wibratory pneumatyczne, zapewniające niezawodny przepływ materiału sypkiego grawitacyjnie do odbiornika ślimaka 3 .

Ślimaki załadowcze, robocze i mieszadło łopatkowe napędzane są silnikami hydraulicznymi za pomocą pompy olejowej 8. Sterowanie wszystkimi zespołami instalacji odbywa się za pomocą pilota umieszczonego w kabinie pojazdu.

Mieszankę piasku i cieczy z niewielkim stężeniem piasku przygotowuje się w następujący sposób. Ciecz poprzez kolektor odbiorczy 11 wpływa do hydraulicznej komory wyporowej 5, do której materiał sypki jest dostarczany ze leja zasypowego 1 za pomocą ślimaka 3. Ilość materiału sypkiego regulowana jest prędkością obrotową ślimaka roboczego i przepustnicy 4 za pomocą pływakowego regulatora poziomu 6 w zależności od poziomu mieszanki w mieszalniku 7. Nadmiar materiału sypkiego poprzez wylot spływa z powrotem do leja rura. W hydraulicznej komorze mieszania 5 przygotowywany jest roztwór o wymaganym stężeniu, który trafia do mieszalnika 7, gdzie za pomocą mieszadła łopatkowego utrzymywane jest równomierne stężenie piasku. Z mieszalnika 7 roztwór jest dostarczany za pomocą pompy piasku 9 przez kolektor rozdzielczy 10 do punktu zużycia.

Podczas przygotowywania mieszanki piasek-płyn o dużej zawartości materiału sypkiego hydrauliczną komorę mieszania zastępuje się rurą przelotową, a ciecz z kolektora 11 i materiał sypki z leja zasypowego 1 trafiają bezpośrednio do mieszalnika 7 poprzez wymienna rura (oznaczona linią przerywaną). Gotową mieszaninę wybiera się w taki sam sposób, jak w pierwszym przypadku.

Ryż. 4. Schemat zespołu mieszającego piasek

Pojemność zbiornika 6,5 ​​m3. Maksymalna wydajność ślimaka roboczego (do piasku) wynosi 50 t/h, maksymalna siła podnoszenia 90 kN, wydajność ślimaka załadowczego 12-15 t/h. Masa jednostki z ładunkiem wynosi 23 000 kg, wymiary całkowite to 8700 x 2625 x 3600 mm. Obsługa mieszalnika piasku odbywa się przez jednego kierowcę-motoryzatora. Podczas wykonywania szczelinowania hydraulicznego mieszalnik piasku łączy się z cysternami i agregatami pompowymi za pomocą elastycznych węży. Do agregatu 4PA można podłączyć jednocześnie dwie cysterny i cztery agregaty pompowe (po dwa z każdej strony).

Cysterna 4TSR przeznaczona jest do transportu płynu wykorzystywanego do szczelinowania hydraulicznego i podawania go do zespołu mieszającego lub pompującego piasek. Cysterna 4TSR (rys. 5) zamontowana jest na podwoziu pojazdu KrAZ-219 o sile udźwigu 120 kN i składa się ze zbiornika 1, pompy nurnikowej pionowej 2, układu rurociągów pompy z armaturą 3, zespołu napędowego zespół napędowy 4, zespół napędowy 5, sztywny zespół holowniczy b i łapacz iskier 7.

Zbiornik wyposażony jest w specjalne urządzenie do podgrzewania cieczy za pomocą pary. Aby określić ilość cieczy pobranej ze zbiornika, w jego wnętrzu zamontowany jest pływakowy wskaźnik poziomu. Ciecz pompowana jest z cysterny za pomocą trójtłokowej pompy pionowej o wydajności 16,7 l/s i maksymalnym ciśnieniu 2,0 MPa.

Pojemność zbiornika 9 m3. W zależności od gęstości zawartej w nim cieczy masa cysterny sięga 21 435 kg. Wymiary całkowite 10100 x 2700 x 2740 mm. Czas nagrzania płynu od 20° do 50°C wynosi 2 godziny. Obecnie produkowane są cysterny do płynu szczelinującego o pojemności 17 m3. o kodzie TsR-20, czołg zamontowano na ciągniku z przyczepą. Oprócz urządzenia grzewczego i pompy pionowej cysterna wyposażona jest w pompę odśrodkową. pompa o wydajności wody 100 l/s przy maksymalnym ciśnieniu 0,2 MPa.

Podczas szczelinowania hydraulicznego głowica odwiertu wyposażana jest w specjalną armaturę typu 1AU-700, która jest gwintowana do obudowy produkcyjnej. Armatura przeznaczona jest do pracy pod ciśnieniem 70 MPa i składa się z krzyża, głowicy odwiertu, zaworów czopowych, zaworu bezpieczeństwa i innych elementów rurociągu.

Do regulacji pracy całego kompleksu urządzeń i agregatów podczas szczelinowania hydraulicznego stosuje się samobieżny zespół kolektorowy typu 1BM-700, który składa się z kolektorów ciśnieniowych i rozdzielczych, wysięgnika podnoszącego oraz zestawu rur rurowych 60 mm z obrotnicą i szybkozłącza. Całe wyposażenie zespołu kolektora jest zamontowane na podwoziu samochodu terenowego (ZIL-157K).

Kolektor ciśnieniowy składa się ze skrzynki zaworowej z sześcioma wylotami do podłączenia do jednostek pompujących; rura centralna z czujnikiem oprzyrządowania (ciśnieniomierz, gęstościomierz i przepływomierz) do współpracy ze stacją monitorowania i sterowania procesem, dwa kolana do podłączenia do armatury na głowicy odwiertu; zawory grzybkowe i zawór bezpieczeństwa. Kolektor rozdzielczy służy do rozprowadzania cieczy roboczych (roztworu wyciskającego, wody, mieszaniny piasku i cieczy itp.) do zespołów pompujących.

Zestaw rur pompy i sprężarki o średnicy 60 mm służy do podłączenia kolektora ciśnieniowego do głowicy odwiertu i dostarczenia roztworu ciśnieniowego, wody i innych cieczy do kolektora dystrybucyjnego. Aby zmechanizować załadunek i rozładunek zaworów u wylotu bloku przyłączeniowego, zastosowano obrotowy wysięgnik sterowany ręcznie.

6. OBLICZANIE SZCZĘKOWANIA HYDRAULICZNEGO

1. Obliczanie ciśnienia szczelinowania hydraulicznego

Rrazr = Rv.g. – Rpl + sp;

gdzie Rv.g. – pionowe ciśnienie skał;

Rpl – ciśnienie w zbiorniku;

sp – ciśnienie oddzielania skał. Pionowe ciśnienie skał Rv.g. – określone wzorem:

Rv.g. = rпgН,

gdzie H jest głębokością formacji;

rп = 2500 kg/m3 – średnia gęstość skał powyżej.

Rv.g. = 2500*9,81*2250 = 55,181 MPa

Jeżeli ciśnienie oddzielania skał sp = 1,5 MPa, to ciśnienie rozrywania formacji będzie wynosić:

Rres = 55,181 – 17 + 1,5 = 39,681 MPa.

Ciśnienie rozrywające dolnego otworu można w przybliżeniu wyznaczyć ze wzoru empirycznego:

Rrazr = 104 * NK,

gdzie K = 1,5 – 2. Przyjmujemy średnią wartość K = 1,75. Następnie

Rrasr = 104 * 2250 * 1,75 = 39,375 MPa.

2. Obliczenie roboczego ciśnienia szczelinowania hydraulicznego głowicy odwiertu.

Dopuszczalne ciśnienie szczelinowania hydraulicznego w głowicy odwiertu określa się ze wzoru:

Рд.у = - rgH + Рtr,

gdzie Dн2, DВ2 to średnica zewnętrzna i wewnętrzna rur osłonowych, m

Dн = 0,173 m DV = 0,144 m; stek = 650 MPa – granica plastyczności stali gatunku L; K = 1,5 – współczynnik bezpieczeństwa, Рtr = strata ciśnienia na skutek tarcia w rurach wyznaczana jest ze wzoru Darcy’ego-Weisbacha:

gdzie l jest współczynnikiem oporu hydraulicznego rur, wyznaczonym ze stosunku l = 0,3164/Re0,5 dla turbulentnego lub l = 64/Re dla laminarnych postaci ruchu płynu w rurze. Tutaj Re (liczba Reynoldsa) jest parametrem określającym reżim przepływu; w Re<2300 поток считается ламинарным, а при

Re >2300 burzliwy.

Re = ndrsm/mcm

gdzie mcm to lepkość mieszaniny piasek-ciecz:

mcm=90*e3,18*0,091 = 120 mPa*s;

n - prędkość przepływu płynu przez rury, m/s, określa się na podstawie wyrażenia

gdzie Q jest szybkością wstrzykiwania płynu do szczelinowania hydraulicznego, m3/dzień (0,015 m3/dzień),

F – przekrój wewnętrzny rury:

F = pDB2/4 = 3,14*0,1442/4 = 0,0162, m2.

Prędkość płynu:

n = 0,015/0,0162 = 0,926 m/s.

rcm = (rp - rl)C + rl – gęstość mieszaniny (olej + piasek),

С = С0/(С0+rп) - objętościowa zawartość piasku, С0 – koncentracja piasku,

rcm = (2500-895)*0,091 + 895 = 1041 kg/m3

Liczba Reynoldsa:

Re = 0,926*0,144*1041/(120*10-3) = 1156,76 wtedy l = 64/ Re = 0,055

Strata ciśnienia na skutek tarcia w rurach

Rtr = 0,055*(1041*0,9262*2250)/(2*9,81*0,144) = 0,039 MPa.

Zatem dopuszczalne ciśnienie w głowicy odwiertu wynosi:

Rd.u. = (0,1732-0,1442)/(0,1732+0,1442)*(650/1,75)+17-1041*9,81*2250*10-6=

Dopuszczalne ciśnienie na głowicy odwiertu, w zależności od wytrzymałości gwintów górnej części ciągu rurowego na siły ścinające, określa wzór

gdzie Pstr jest obciążeniem ścinającym rur osłonowych ze stali grupy wytrzymałości L, równym 1,59 MN,

G – siła dokręcania przy wiązaniu otuliny (wzięta z protokołu wierceń), równa 0,5 MN; k – współczynnik bezpieczeństwa, który przyjmuje się jako równy 1,5. Wówczas dopuszczalne ciśnienie w głowicy odwiertu wynosi:

Rd.u. = 34,4 MPa.

Z uzyskanych dwóch wartości Рд.у. akceptujemy mniejszy (34,4 MPa).

Możliwe ciśnienie denne przy dopuszczalnym ciśnieniu w głowicy odwiertu wynoszącym 34,4 MPa będzie wynosić:

Рз = Рд.у. + rGН – Ptr = 34,4*106 + 1041*9,81*2250 – 0,039*106 = 57,34 MPa

Biorąc pod uwagę, że wymagane ciśnienie rozrywające na dnie Prazr = 39,375 MPa jest mniejsze niż P3 = 57,34 MPa, wyznaczamy ciśnienie robocze na głowicy odwiertu

Ru = Razr - rgH + Rtr = 39,375*106 - 1041*9,81*2250 + 0,039*106 = 16,9 MPa.

W efekcie ciśnienie na głowicy odwiertu jest niższe od dopuszczalnego, co umożliwia zatłaczanie rurką płynu hydraulicznego szczelinującego.

3. Określenie wymaganej ilości płynu roboczego.

Nie można dokładnie obliczyć ilości płynu szczelinującego. Zależy ona od lepkości płynu szczelinującego i jego filtrowalności, przepuszczalności skał w strefie dennej odwiertu, szybkości wstrzykiwania płynu i ciśnienia szczelinowania. Według danych eksperymentalnych objętość płynu szczelinującego waha się od 5 do 10 m3. Załóżmy, że dla naszego odwiertu Vр = 7,5 m3 ropy.

Ilość cieczy niosącej piasek zależy od właściwości tej cieczy, ilości piasku wpompowanego do formacji i jego stężenia. W praktyce przygotowuje się 20 - 50 m3 cieczy (Vl) i 8 - 10 ton piasku (Gs).

Stężenie piasku C zależy od lepkości płynu nośnego piasku i szybkości jego wtryskiwania. Dla oleju o lepkości 90 mPa*s przyjmujemy C = 250 kg/m3. W tych warunkach objętość cieczy nośnej piasku:

Vpzh = Gpes/C = 8000/250 = 32 m3.

Objętość cieczy niosącej piasek powinna być nieco mniejsza niż pojemność rurociągu, gdyż w przypadku pompowania tej cieczy w objętości przekraczającej pojemność kolumny pompy na koniec procesu zatłaczania będą pracować pod niezbędnym ciśnieniem wtłoczyć piasek w pęknięcia. Natomiast wtrysk cieczy z cząstkami ściernymi pod wysokim ciśnieniem prowadzi do bardzo szybkiego zużycia cylindrów i zaworów pomp.

Pojemność ciągu rurowego o średnicy 168 mm i długości 1800 m wynosi 34 m3, a przyjęta ilość płynu piaskowonośnego 29 m3

Optymalne stężenie piasku można wyznaczyć na podstawie szybkości opadania ziaren piasku w przyjętej cieczy roboczej, korzystając ze wzoru

Gdzie C – stężenie piasku, kg/m3;

n - prędkość opadania ziaren piasku o średnicy 0,8 mm w m/h w zależności od lepkości cieczy wyrażona jest graficznie. Zatem dla lepkości płynu nośnego piasku wynoszącego 90 MPa*s n = 15 m/h

C = 4000/15 = 267 kg/m3.

G = 267*29 = 7743 kg.

Aby uniknąć pozostawiania piasku na dnie, objętość płynu wyporowego powinna być o 1,2 - 1,3 większa od objętości kolumny, przez którą pompowany jest piasek. Wymagana objętość płynu wyporowego:

Vpr = =3,14*0,144^2*2250*1,3/4 =47,6 m3

4. Harmonogram szczelinowania hydraulicznego

Т = (Vр+Vжп+Vр) Q =(7,5+32+47,6)/ 1500=0,06 dnia

Gdzie Q jest dziennym natężeniem przepływu płynu roboczego, m³

5. Promień pęknięcia poziomego

• 1) Służba Zarządzania Geologicznego gromadzi informacje w ustalonej formie do obliczania szczelinowania hydraulicznego.
• 2) Na podstawie wyników obliczeń komputerowych sporządzany jest program szczelinowania hydraulicznego.
• 3) Na terenie odwiertu przygotowywane jest miejsce do umieszczenia sprzętu i urządzeń do szczelinowania hydraulicznego.
• 4) Na odwiercie zainstalowano specjalne wyposażenie głowicy wiertniczej.
• 5) Kapitan remontu przekazuje odwiert osobie odpowiedzialnej za szczelinowanie hydrauliczne zgodnie z ustawą o wykonywaniu szczelinowania hydraulicznego w ustalonej formie.
• 6) Rozmieszczenie jednostki i wyposażenia przeprowadza specjalista ds. szczelinowania hydraulicznego zgodnie z załączonym schematem.
• 7) Próby szczelności wyposażenia głowicy odwiertu, kolektorów i połączeń przewodów wtryskowych z jednostek do odwiertu przeprowadza się pod ciśnieniem 700 atm. w ciągu 10 minut.
• 8) Po ustaleniu szczelności połączeń do odwiertu dostarczany jest czysty, zżelowany płyn szczelinujący w celu przeprowadzenia szczelinowania hydraulicznego. Dowodem osiągnięcia pęknięcia jest wzrost zatłaczalności odwiertu zgodnie z wykresem na komputerze.
• 9) Po dotarciu do szczeliny, zgodnie z programem, do odwiertu zatłacza się od 10 do 40 m3 czystego, zżelowanego płynu szczelinującego.
• 10) Po płynie szczelinującym wstrzykuje się zżelowany płyn z obliczoną dawką propantu od 100 do 900 kg/m3 do pewnego stopnia objętości wtrysku zgodnie z zaplanowanym programem pod ciśnieniami do 450 atm. Aby naprawić pęknięcia, pompuje się 4–30 ton propantu.
• 11) Bezpośrednio za mieszaniną propantu i cieczy ciecz wyporowa jest pompowana w dużej objętości aż do szczytu formacji. Sterowanie procesem szczelinowania hydraulicznego odbywa się z panelu sterowania oraz za pomocą komunikacji radiowej.
• 12) Szybkość wtrysku płynu utrzymuje się na obliczonym poziomie w granicach 3-7 m3/min. w zależności od danych geologicznych i terenowych formacji.
• 13) Studzienkę pozostawia się do rozpuszczenia żelu na 24 godziny pod ciśnieniem resztkowym, a zmiany ciśnienia rejestruje się w formie wykresu na komputerze.
• 14) Podczas procesu szczelinowania hydraulicznego rejestrowane są w sposób ciągły następujące parametry: ciśnienie wtrysku, prędkość wtrysku, ciśnienie w osłonie, ilość propantu, gęstość płynu, ilość substancji chemicznych. Rejestracja parametrów odbywa się jednocześnie w formie wykresu na ekranie komputera, zapisu w pamięci komputera, zapisu na dyskietce, wydruku na drukarce i zapisu w tabeli danych. Dokumentacja dotycząca szczelinowania hydraulicznego wydawana jest komputerowo w postaci: podsumowania szczelinowania hydraulicznego, wykresów zmian parametrów podczas procesu szczelinowania hydraulicznego, wykresu zmian ciśnienia resztkowego po szczelinowaniu hydraulicznym.

Szczelinowanie hydrauliczne - w odwiercie wybranym do szczelinowania hydraulicznego określa się natężenie przepływu (zatłaczanie), ciśnienie denne i złożowe, zawartość wody w wytworzonym produkcie oraz współczynnik gazu. Podejmowane są środki w celu oczyszczenia twarzy i konserwacji zapobiegawczej.

Dobre rezultaty daje wstępna perforacja w wąskim przedziale formacji przeznaczonej do szczelinowania hydraulicznego. W tym celu stosuje się perforację kumulacyjną lub hydropiaskowanie. Takie środki zmniejszają ciśnienie rozrywające i zwiększają jego wydajność.

Sprawdzana jest szczelność obudowy produkcyjnej i pierścienia cementowego. Rurę opuszcza się (o możliwie największej średnicy, aby zmniejszyć straty ciśnienia) za pomocą pakera i kotwy. Paker jest instalowany 5-10 m nad spękaną formacją, w pobliżu gęstych skał nieprzepuszczalnych (glina, mułowiec, mułowiec). Rurę (wkładkę) instaluje się poniżej pakera. Długość wykładziny dobiera się tak długo, jak to możliwe, aby piasek przemieszczał się w kierunku pęknięcia i nie wypadał do studzienki.

Odwiert jest myty i napełniany do ujścia własną, odgazowaną ropą w odwiertach wydobywczych ropy naftowej oraz zatłaczaną wodą w odwiertach zatłaczających. Po ustawieniu pakera przeprowadza się próbę ciśnieniową poprzez wpompowanie oleju lub wody do rurki z otwartym pierścieniem. Jeżeli w pakerze zostaną wykryte luki, należy go oderwać, ponownie osadzić i poddać próbie ciśnieniowej. Jeśli w tym przypadku nie zostanie osiągnięta szczelność pakera, należy go wymienić lub zmienić miejsce lądowania.

Sprzęt niezbędny do szczelinowania hydraulicznego pracownicy ekipy szczelinowania hydraulicznego ustawiają na placu przed odwiertem zgodnie ze schematem technologicznym, sprzęt łączy się z rurociągami (dla niskiego ciśnienia wężami miękkimi, dla wysokiego ciśnienia – stalowymi rury) pomiędzy sobą, zbiornikami i studnią. Po zabezpieczeniu wszystkich rurociągów poddaje się je próbie ciśnieniowej na oczekiwane ciśnienie robocze powiększone o współczynnik bezpieczeństwa zależny od wartości oczekiwanego ciśnienia roboczego (np. przy oczekiwanym ciśnieniu roboczym większym niż 650 atm współczynnik bezpieczeństwa będzie równy 1,25 ). Płyn szczelinujący przygotowywany jest poprzez zmieszanie płynu procesowego znajdującego się w pojemnikach z odczynnikami chemicznymi zwiększającymi lepkość. Czas przygotowania płynu szczelinującego zależy od jego objętości, jakości i temperatury.

Proces szczelinowania hydraulicznego rozpoczyna się od wtłoczenia do odwiertu płynu szczelinującego z szybkością i ciśnieniem zgodnym z projektem roboczym. Pękanie formacji charakteryzuje się spadkiem ciśnienia zatłaczania i wzrostem zatłaczalności odwiertu

Po szczelinowaniu formacyjnym, w celu zwiększenia zatłaczalności odwiertu, zwiększa się natężenie przepływu płynu i podnosi się ciśnienie szczelinowania. Kiedy rozmiar pęknięcia odpowiada projektowi, wstrzyknięcie materiału podsadzającego do pęknięcia zaczyna je zabezpieczać. Etap ten odbywa się przy maksymalnych ciśnieniach i wydajności, aby zapewnić maksymalne otwarcie powstałych pęknięć. .

Natychmiast po wstrzyknięciu materiału podsadzającego, bez zmniejszania dawki, wtłacza się go do formacji czystą cieczą w objętości równej objętości rur; następnie wszystkie jednostki zostają zatrzymane, zawór głowicy odwiertu zostaje zamknięty, a odwiert poddawany jest rozkładowi ciśnienia i zanikowi żelu przez co najmniej jeden dzień.

Podczas procesu szczelinowania hydraulicznego w pierścieniu odwiertu utrzymuje się ciśnienie od 80 do 130 MPa, aby zmniejszyć spadek ciśnienia na rurze i pakerze.

Wszystkie parametry szczelinowania hydraulicznego (ciśnienie na jednostkach pompujących, chwilowe i skumulowane natężenia przepływu płynu i materiału utrwalającego, ciśnienie w pierścieniu, całkowite natężenie przepływu płynu, gęstość mieszaniny) są wyprowadzane do stacji monitorująco-sterującej procesu i zapisywane w pamięci komputera. W procesie szczelinowania hydraulicznego wykorzystuje się następujące urządzenia: specjalne wysokociśnieniowe agregaty pompowe; mikser(blender); stacja monitorowania i sterowania procesami; nośnik piasku; wóz strażacki; blok przyłączeniowy; pojazd do transportu chemikaliów; instalacja próżniowa.

Rysunek 3.4.1 Rozmieszczenie sprzętu do szczelinowania hydraulicznego

Szczelinowanie hydrauliczne (szczelinowanie hydrauliczne) jest integralnym procesem stymulacji odwiertów w procesie wydobycia ropy i gazu ze skał łupkowych.

Jeszcze nie tak dawno temu o szczelinowaniu hydraulicznym mówiło się dużo i wiele organizacji sprzeciwiało się zezwoleniu na przeprowadzanie szczelinowania hydraulicznego. Głównym argumentem przeciwko szczelinowaniu hydraulicznemu była teoria, że ​​szczelinowanie hydrauliczne w dużym stopniu zanieczyszcza podziemne źródła słodkiej wody, do tego stopnia, że ​​z kranu zaczyna wypływać woda z zanieczyszczeniami gazowymi, co może zostać podpalone, o czym swoją drogą powstał film, który stał się hitem w wielu programach i komunikatach prasowych.

1. Najpierw dowiedzmy się, czym właściwie jest szczelinowanie hydrauliczne, ponieważ wiele osób o tym nie wie. Tradycyjnie ropę i gaz wydobywano ze skał piaszczystych, które są bardzo porowate. Ropa naftowa zawarta w takich skałach może swobodnie migrować pomiędzy ziarnami piasku do odwiertu. Z drugiej strony skały łupkowe mają bardzo niską porowatość i zawierają ropę w pęknięciach w obrębie formacji łupkowej. Celem szczelinowania hydraulicznego jest powiększenie tych pęknięć (lub utworzenie nowych), co umożliwi ropie łatwiejszą drogę do odwiertu. W tym celu do nasyconej ropą warstwy łupków pod wysokim ciśnieniem wstrzykuje się specjalny roztwór (który wyglądem przypomina galaretowate mięso) składający się z piasku, wody i dodatkowych dodatków chemicznych. Pod wysokim ciśnieniem zatłaczanej cieczy łupki tworzą nowe pęknięcia i rozszerzają istniejące, a piasek (podsadzka) zapobiega zamykaniu się pęknięć, poprawiając w ten sposób przepuszczalność skał. Istnieją dwa rodzaje szczelinowania hydraulicznego – propant (przy użyciu piasku) i kwas. Rodzaj szczelinowania hydraulicznego dobiera się na podstawie geologii szczelinowanej formacji.

Po prawej na zdjęciu blok kolektorów, po lewej pompy przyczepy, dalej armatura, a za nią dźwig. Maszyna do wyrębu drewna znajduje się po lewej stronie, za przyczepami. Można ją zobaczyć na innych zdjęciach.

2. Szczelinowanie hydrauliczne wymaga dość dużej ilości sprzętu i personelu. Technicznie proces jest identyczny niezależnie od firmy wykonującej pracę. Do armatury studziennej podłączona jest przyczepa z blokiem przyłączeniowym. Do tej przyczepy podłączone są jednostki pompujące w celu wstrzykiwania do odwiertu roztworu szczelinującego hydraulicznego. Za przepompowniami zainstalowano mieszalnik, w pobliżu którego zainstalowano przyczepę z piaskiem i wodą. Na całym gospodarstwie zainstalowana jest stacja kontrolna. Po przeciwnej stronie zbrojenia zainstalowano dźwig i maszynę do pozyskiwania drewna.

Tak wygląda mikser. Węże dochodzące do niego to przewody przyłączeniowe wody.

3. Proces szczelinowania hydraulicznego rozpoczyna się w mieszalniku, do którego dostarczany jest piasek, woda i dodatki chemiczne. Wszystko to miesza się do określonej konsystencji, po czym podaje do jednostek pompujących. Na wyjściu z agregatu roztwór szczelinowania hydraulicznego trafia do bloku przyłączeniowego (jest to coś w rodzaju wspólnego mieszalnika dla wszystkich agregatów pompowych), po czym roztwór kierowany jest do odwiertu. Proces szczelinowania hydraulicznego nie jest przeprowadzany jednorazowo, lecz etapowo. Etapy zestawiane są przez zespół petrofizyków w oparciu o rejestrację akustyczną, zazwyczaj otwartego otworu, prowadzoną podczas wiercenia. Na każdym etapie zespół drwali umieszcza w odwiercie zatyczkę oddzielającą przedział szczelinowania hydraulicznego od reszty odwiertu, a następnie perforuje ten odstęp. Następnie szczelinę rozbija się hydraulicznie i usuwa się korek. W nowym odstępie zakłada się nowy korek, ponownie przeprowadza się perforację i wykonuje się nowy odstęp szczelinowania hydraulicznego. Proces szczelinowania hydraulicznego może trwać od kilku dni do kilku tygodni, a liczba odstępów czasu może sięgać nawet kilkuset.

Pompy podłączone do bloku przyłączeniowego. „Budka” w tle to punkt kontrolny pracy mieszalnika. Widok odwrotny z budki na drugim zdjęciu.

Pompy stosowane do szczelinowania hydraulicznego wyposażone są w silniki Diesla o mocy od 1000 do 2500 KM. Mocne przyczepy z pompami są w stanie pompować ciśnienie do 80 MPa przy wydajności 5-6 baryłek na minutę. Liczbę pomp obliczają ci sami petrofizycy na podstawie logowań. Obliczane jest ciśnienie wymagane do spękania formacji i na jego podstawie obliczana jest liczba przepompowni. Podczas pracy liczba używanych pomp zawsze przekracza liczbę obliczoną. Każda pompa pracuje w trybie mniej intensywnym niż jest to wymagane. Dzieje się tak z dwóch powodów. Po pierwsze, znacznie oszczędza to żywotność pomp, a po drugie, jeśli jedna z pomp ulegnie awarii, jest ona po prostu usuwana z linii, a ciśnienie na pozostałych pompach nieznacznie wzrasta. Zatem awaria pompy nie ma wpływu na proces szczelinowania hydraulicznego. Jest to bardzo ważne, ponieważ Jeżeli proces już się rozpoczął, jego zatrzymanie jest niedopuszczalne.

5. Obecna technologia szczelinowania hydraulicznego nie narodziła się wczoraj. Pierwsze próby szczelinowania hydraulicznego podjęto już w 1900 roku. Ładunek nitrogliceryny został obniżony do studni, a następnie zdetonowany. Jednocześnie przeprowadzono badania stymulacji odwiertów kwasem. Ale obie metody, pomimo wczesnego powstania, wymagały jeszcze dużo czasu, aby stać się doskonałymi. Rozkwit szczelinowania hydraulicznego nastąpił dopiero w latach pięćdziesiątych XX wieku wraz z rozwojem propantu. Dziś metoda ta jest nadal udoskonalana i udoskonalana. Stymulowanie studni wydłuża jej żywotność i zwiększa natężenie przepływu. Średnio wzrost przepływu ropy do obliczonego natężenia przepływu odwiertu wynosi do 10 000 ton rocznie. Swoją drogą szczelinowanie hydrauliczne przeprowadza się także w odwiertach pionowych w piaskowcu, zatem błędem jest sądzić, że proces ten jest dopuszczalny tylko w skałach łupkowych i dopiero się narodził. Obecnie około połowa odwiertów poddawana jest stymulacji szczelinowania hydraulicznego.

Widok bloku przyłączeniowego od strony zaworów. Swoją drogą, wśród przyczep i rur można chodzić tylko podczas wyrębu, gdy w układzie wtryskowym nie ma ciśnienia. Każda osoba, która pojawi się wśród naczep z pompami lub rurami podczas szczelinowania hydraulicznego, jest bez słowa strzelana na miejscu. Bezpieczeństwo przede wszystkim.

Jednak wraz z rozwojem wierceń poziomych wiele osób zaczęło wypowiadać się przeciwko stymulacji studni, ponieważ Szczelinowanie hydrauliczne jest szkodliwe dla środowiska. Napisano wiele prac, nakręcono filmy i przeprowadzono dochodzenia. Jeśli przeczytasz wszystkie te artykuły, wszystko jest skomplikowane, ale to tylko na pierwszy rzut oka, ale przyjrzymy się bliżej szczegółom.

Maszyna do logowania. Zespół zbiera ładunki i przygotowuje korek do perforacji.

Najważniejszym argumentem przeciwko szczelinowaniu hydraulicznemu jest zanieczyszczenie wód gruntowych substancjami chemicznymi. To, co dokładnie zawiera rozwiązanie, jest tajemnicą firmową, jednak niektóre elementy zostały ujawnione i są dostępne w otwartych, publicznych źródłach. Wystarczy zajrzeć do bazy danych szczelinowania hydraulicznego FracFocus i poznać ogólny skład żelu (1, 2). Żel składa się w 99% z wody, pozostałą część stanowią dodatki chemiczne. W tym przypadku sam propant nie jest uwzględniany w obliczeniach, ponieważ Nie jest to ciecz i jest nieszkodliwa. Co zatem wchodzi w skład pozostałego procentu? Zawiera kwas, element antykorozyjny, mieszaninę cierną, klej i dodatki zwiększające lepkość żelu. Dla każdego odwiertu elementy z listy dobierane są indywidualnie; w sumie może ich być od 3 do 12, zaliczających się do jednej z powyższych kategorii. Rzeczywiście wszystkie te pierwiastki są toksyczne i nie do przyjęcia dla ludzi. Przykładami konkretnych dodatków są: nadsiarczan amonu, kwas solny, kwas mirianowy, glikol etylenowy.

8. W jaki sposób te chemikalia mogą przedostać się na górę, omijając pułapki zatrzymujące ropę? Odpowiedź znajdujemy w raporcie Stowarzyszenia Obrony Środowiska (3). Może się to zdarzyć albo z powodu eksplozji w odwiertach, albo z powodu wycieków podczas szczelinowania hydraulicznego, albo z powodu wycieków w basenach składowiskowych, albo z powodu problemów ze integralnością odwiertów. Z pierwszych trzech powodów nie można zainfekować źródeł wody na dużych obszarach; pozostaje tylko ostatnia opcja, co dziś oficjalnie potwierdza Amerykańska Akademia Nauk (4).

9. Dla zainteresowanych tym, jak monitorowany jest ruch płynów wewnątrz skał, robi się to za pomocą tzw. znaczników. Do studni wstrzykuje się specjalną ciecz o określonym promieniowaniu tła. Następnie czujniki reagujące na promieniowanie instaluje się w sąsiednich studniach i na powierzchni. W ten sposób można bardzo dokładnie modelować „komunikację” studni ze sobą, a także wykrywać nieszczelności wewnątrz obudów studni. Nie martwcie się, tło takich cieczy jest bardzo słabe, a pierwiastki promieniotwórcze stosowane w takich badaniach rozkładają się bardzo szybko, nie pozostawiając żadnych śladów.

10. Ropa na powierzchnię wypływa nie w czystej postaci, ale z domieszkami wody, brudu i różnych pierwiastków chemicznych, w tym dodatków chemicznych stosowanych podczas szczelinowania hydraulicznego. Przechodząc przez separatory olej oddzielany jest od zanieczyszczeń, a zanieczyszczenia usuwane są poprzez specjalne studzienki utylizacyjne. Mówiąc najprościej, odpady są wpompowywane z powrotem do ziemi. Obudowa jest cementowana, ale z biegiem czasu rdzewieje i w pewnym momencie zaczyna przeciekać. Jeśli rura ma dobry cement w pierścieniu, rdza nie ma znaczenia, nie będzie wycieku z rury, ale jeśli nie będzie cementu lub cementowanie zostało źle wykonane, wówczas płyny ze studni przedostaną się do pierścienia, skąd mogą dostać się gdziekolwiek, tj. .Do. wyciek może być wyższy niż pułapki oleju. Problem ten jest znany inżynierom od bardzo dawna, a zaostrzenie zainteresowania nim nastąpiło już na początku XXI wieku, tj. na długo przed oskarżeniami wobec grupy frackingowej. Kiedyś wiele firm tworzyło w sobie osobne działy odpowiedzialne za integralność studni i ich kontrolę. Wycieki mogą wnieść do górnych warstw skał dużo zanieczyszczeń, gazów (nie tylko naturalnych, ale także siarkowodoru), metali ciężkich i mogą zanieczyścić źródła czystej wody nawet bez pierwiastków chemicznych szczelinowania hydraulicznego. Dlatego podniesiony dzisiaj alarm jest bardzo dziwny; problem istniał nawet bez szczelinowania hydraulicznego. Dotyczy to zwłaszcza starych studni, które mają ponad 50 lat.

11. Obecnie przepisy w wielu stanach zmieniają się bardzo szybko, szczególnie w Teksasie, Nowym Meksyku, Pensylwanii i Północnej Dakocie. Jednak ku zaskoczeniu wielu nie stało się to wcale z powodu szczelinowania hydraulicznego, ale z powodu eksplozji platformy BP w Zatoce Meksykańskiej. W wielu przypadkach firmy spieszą się z przeprowadzeniem testów pozyskiwania drewna, aby sprawdzić integralność okrywy i cementu znajdującego się za nią, a następnie przekazują te dane komisjom rządowym. Nawiasem mówiąc, należy zauważyć, że jak dotąd nikt oficjalnie nie wymaga rejestrowania integralności studni, ale firmy wydają pieniądze samodzielnie i wykonują tę pracę. Jeżeli stan nie jest zadowalający, studnie są zamykane. Na przykład inżynierowie mogą pochwalić się faktem, że z 20 000 studni skontrolowanych w Pensylwanii w 2008 roku zgłoszono jedynie 243 przypadki wycieków do górnych warstw wody (5). Innymi słowy, szczelinowanie hydrauliczne nie ma nic wspólnego z zanieczyszczeniem i zgazowaniem słodkiej wody; przyczyną tego jest słaba integralność studni, które nie zostały zatkane na czas. W formacjach nasyconych ropą jest wiele toksycznych pierwiastków, bez dodatków chemicznych stosowanych podczas szczelinowania hydraulicznego.

Kolejnym argumentem podnoszonym przez przeciwników szczelinowania hydraulicznego jest monstrualna ilość świeżej wody potrzebnej do operacji. Szczelinowanie hydrauliczne naprawdę wymaga dużych ilości wody. W raporcie stowarzyszenia Environmental Defence Association szacuje się, że w latach 2005–2013 zużyto ogółem 946 miliardów litrów wody, przy czym w tym czasie przeprowadzono 82 000 operacji szczelinowania hydraulicznego (6). Postać jest interesująca, jeśli się nad tym nie zastanowić. Jak wspomniałem wcześniej, szczelinowanie hydrauliczne jest szeroko stosowane od lat 50. XX wieku, ale statystyki zaczynają się dopiero w 2005 r., kiedy rozpoczęto masowe wiercenia poziome. Dlaczego? Warto wspomnieć o łącznej liczbie operacji szczelinowania hydraulicznego i ilości zużytej wody do 2005 roku. Częściową odpowiedź na to pytanie można znaleźć w tej samej bazie danych dotyczącej szczelinowania hydraulicznego „FracFocus” – od 1949 roku przeprowadzono ponad 1 milion operacji szczelinowania hydraulicznego (7). Ile wody zużyto w tym czasie? Z jakiegoś powodu raport o tym nie mówi. Pewnie dlatego, że 82 tysiące operacji jakoś blednie w porównaniu z milionem.

Tak wygląda propant. Nazywa się go piaskiem, ale tak naprawdę nie jest to piasek wydobywany w kamieniołomach i w którym bawią się dzieci. Obecnie propant jest produkowany w specjalnych fabrykach i występuje w różnych typach. Zazwyczaj identyfikacja jest proporcjonalna do ziaren piasku, na przykład jest to propant 16/20. W osobnym wpisie bezpośrednio poświęconym procesowi szczelinowania hydraulicznego szczegółowo omówię rodzaje propantu i pokażę jego różne rodzaje. I nazywają go piaskiem, bo podczas pierwszego szczelinowania hydraulicznego firma Halliburton użyła zwykłego drobnego piasku rzecznego.

Jest też wiele pytań do EPA (Agencji Ochrony Środowiska). Wiele osób lubi cytować EPA jako bardzo przekonujące źródło. Źródło jest rzeczywiście ważne, ale nawet ważne źródło może dawać błędne wyobrażenia. Kiedyś EPA zrobiła furorę na całym świecie, problem w tym, że po zrobieniu sensacji niewiele osób wie, jak to się wszystko skończyło, a dla niektórych cała historia zakończyła się bardzo źle.

Po prawej stronie znajduje się wiadro miksera. Po lewej stronie znajduje się pojemnik z propantem. Propant podawany jest do wiadra na przenośniku taśmowym, po czym mieszalnik przenosi go do wirówki, gdzie miesza się go z wodą i dodatkami chemicznymi. Następnie żel jest dostarczany do pomp.

Z EPA wiążą się dwie bardzo interesujące historie (8). A więc pierwsza historia.
Na przedmieściach Dallas, w mieście Fort Worth, firma naftowa wierciła odwierty w celu wydobycia gazu, naturalnie stosując szczelinowanie hydrauliczne. W 2010 roku dyrektor regionalny EPA, dr Al Armendariz, złożył przeciwko firmie pozew nadzwyczajny. W pozwie stwierdzono, że ludzie mieszkający w pobliżu studni spółki są w niebezpieczeństwie, ponieważ... Studnie spółki zgazowują pobliskie studnie wodne. W tym momencie intensywność pasji wokół szczelinowania hydraulicznego była bardzo duża, a cierpliwość Texas Railroad Commission eksplodowała. Dla tych, którzy zapomnieli: w Teksasie Komisja Kolejowa zajmuje się kwestiami użytkowania gruntów i wierceń. Utworzono grupę naukową, która została wysłana w celu zbadania jakości wody.
Metan górny w okolicach Fort Worth zlokalizowany jest na głębokości 120 m i nie posiada pokrywy, natomiast głębokość studni nie przekraczała 35 m, a szczelinowanie hydrauliczne w studniach spółki przeprowadzono na głębokości 1500 m. metrów. Okazało się więc, że EPA nie przeprowadziła żadnych testów w celu zbadania szkodliwych skutków, a jedynie stwierdziła, że ​​szczelinowanie hydrauliczne zanieczyszcza słodką wodę, i złożyła pozew. Komisja podjęła i przeprowadziła testy. Po sprawdzeniu integralności studni, pobraniu próbek gleby i przeprowadzeniu niezbędnych badań komisja wydała jeden werdykt - żadna ze studni nie ma wycieków i nie ma nic wspólnego ze zgazowaniem słodkiej wody. EPA straciła dwa sądy, spółkę i drugi sąd bezpośrednio na rzecz Komisji Kolejowej, po czym dyrektor EPA, dr Al Armendariz, złożył rezygnację „z własnej woli”.

Swoją drogą rzeczywiście jest problem ze zgazowaniem wody, ale nie ma on nic wspólnego ze szczelinowaniem hydraulicznym, a wiąże się z bardzo płytkim występowaniem metanu. Gaz z górnych warstw stopniowo unosi się do góry i przedostaje się do studni wodnych. Jest to proces naturalny, nie mający nic wspólnego z produkcją i wierceniem. Zgazowaniu ulegają nie tylko studnie, ale także jeziora i źródła.

Zaraz po historii z nieostrożnym lekarzem z EPA komisja kolejowa zwróciła uwagę na bardzo popularny film, który wówczas nigdzie nie był pokazywany. Steven Lipsky, właściciel studni słodkiej wody i konsultantka ds. ochrony środowiska Alice Rich nakręcili film, w którym podpalili wodę z kranu. Wodę czerpano ze studni Szczepana. Woda zapaliła się, rzekomo na skutek wysokiego stężenia gazu, co było winą koncernu naftowego, który przeprowadził niefortunne szczelinowanie hydrauliczne. W rzeczywistości po dochodzeniu obaj oskarżeni przyznali, że do systemu rurociągów podłączono zbiornik propanu i zrobiono to, aby przyciągnąć uwagę serwisów informacyjnych, co doprowadziłoby ludzi do przekonania, że ​​za zgazowanie słodkiej wody odpowiada szczelinowanie hydrauliczne. W tym przypadku udowodniono, że Alice Rich wiedziała o fałszerstwie, ale chciała celowo przekazać EPA fałszywe dane, a pomiędzy Alice i Stephenem istniał spisek mający na celu oczernianie działalności firmy. Po raz kolejny udowodniono, że firma i proces szczelinowania są przyjazne dla środowiska. Nawiasem mówiąc, po tym incydencie wszyscy trochę się zawstydzili oskarżeniami o szczelinowanie hydrauliczne w procesie zgazowania wody. Najwyraźniej nikomu nie spieszy się do więzienia. A może wszyscy od razu zrozumieli, że proces ten jest naturalny i istniał przed pojawieniem się szczelinowania hydraulicznego?

Podsumowując wszystko powyższe – każda działalność człowieka szkodzi środowisku – bez wyjątku. Szczelinowanie hydrauliczne samo w sobie jest przyjazne dla środowiska i jest stosowane na szeroką skalę w przemyśle od ponad 60 lat. Dodatki chemiczne pompowane na duże głębokości podczas szczelinowania hydraulicznego nie stanowią zagrożenia dla górnych warstw wody. Prawdziwym wyzwaniem jest obecnie cementowanie i utrzymanie integralności odwiertów, nad czym firmy ciężko pracują. Jest wystarczająco dużo pierwiastków chemicznych i brudu, które mogą zatruć słodką wodę w formacjach nasyconych ropą, nawet bez szczelinowania hydraulicznego. Sam proces zgazowania jest naturalny i wiedzieli o tym problemie nawet bez szczelinowania hydraulicznego, borykali się z tym problemem jeszcze przed szczelinowaniem hydraulicznym.

Obecnie przemysł naftowy jest znacznie czystszy i bardziej ekologiczny niż kiedykolwiek w historii i w dalszym ciągu walczy o ochronę środowiska, a wiele historii i anegdot pochodzi od pozbawionych skrupułów urzędników. Niestety, takie historie bardzo szybko pozostają w pamięci większości ludzi, a bardzo powoli są obalane przez fakty, którymi interesują się nieliczni.
Nie wolno nam też zapominać, że wojna z koncernami naftowymi była, jest i zawsze będzie, a tani gaz w ogromnych ilościach nie każdemu się podoba.

Ważny dodatek:
W związku z tym, że w komentarzach zaczęły pojawiać się wzmianki o Pensylwanii i obecności gazu w studniach słodkiej wody, postanowiłem doprecyzować również tę kwestię. Pensylwania jest bardzo bogata w gaz i jeden z najpotężniejszych boomów w poziomych odwiertach gazu miał miejsce w tym stanie, zwłaszcza w jego północnej części. Problem w tym, że w państwie występuje kilka złóż gazu (metanu i etanu). Największe złoża gazu nazywane są dewonem, a głębokie złoża gazu łupkowego – Marcellus. Po szczegółowej analizie molekularnej składu gazu i zbadaniu 1701 studni (od 2008 do 2011 roku) na północy stanu wydano jeden werdykt – studnie nie zawierają gazu łupkowego, lecz zawierają metan i etan z górna warstwa dewonu. Zgazowanie odwiertów jest zjawiskiem naturalnym i związanym z procesami geologicznymi, identycznym jak problem występujący w Teksasie. Proces szczelinowania hydraulicznego nie przyczynia się w żaden sposób do migracji gazu łupkowego na powierzchnię.

Dodatkowo w Pensylwanii, w związku z tym, że był to jeden z pierwszych stanów w USA w ogóle, zachowało się wiele, wiele dokumentów, sięgających początków XIX wieku, które wspominają o płonących strumieniach, a także o źródłach łatwopalnych. wody z dużą zawartością gazów. Istnieje wiele dokumentów, które wspominają o występowaniu bardzo wysokiego stężenia metanu na głębokości 20, zaledwie 20 metrów! Wiele dokumentów wskazuje na bardzo wysokie stężenia metanu w rzekach i strumieniach, przekraczające 10 mg/l. Dlatego w przeciwieństwie do Teksasu, gdzie osobiście nic nie słyszałem o takich dokumentach, w Pensylwanii problem zgazowania był dokumentowany jeszcze przed rozpoczęciem jakichkolwiek wierceń. O jakich więc szkodach wynika ze szczelinowania hydraulicznego, skoro istnieją dokumenty mające ponad 200 lat, a także molekularnie udowodniono, że gaz w studniach wodnych nie jest łupkiem? Z jakiegoś powodu organizacje walczące ze szczelinowaniem hydraulicznym zapominają o takich dokumentach lub nie angażują się w takie badania i nie są nimi zainteresowane.

Warto również zauważyć, że Pensylwania jest jednym ze stanów, który wymaga od operatorów badania jakości słodkiej wody zgodnie z ustawą 13 przed odwiertami w celu monitorowania poziomu możliwego skażenia. Zatem podczas analizy jakości wody prawie zawsze przekraczane jest dopuszczalne stężenie rozpuszczonego gazu wynoszące 7000 μg/L. Pytanie brzmi, dlaczego więc ludzie przez dwieście lat nie narzekali na stan zdrowia, środowisko i zrujnowaną ziemię, ale nagle nagle zdali sobie sprawę, że masowo narzekali wraz z rozpoczęciem wierceń gazowych? (9).
Zgazowanie jest zjawiskiem naturalnym i nie jest w ogóle konsekwencją szczelinowania hydraulicznego ani wierceń; problem ten występuje w każdym kraju, w którym na powierzchni znajdują się złoża gazu.

Technologia szczelinowania hydraulicznego

Szczelinowanie hydrauliczne przeprowadza się przy użyciu zestawu urządzeń, w tym naziemnego i podziemnego, a także płynów technologicznych i materiałów do tworzenia i wzmacniania pęknięć hydraulicznych.

Wyposażenie powierzchni obejmuje agregaty pompowe do przygotowania i zatłaczania cieczy roboczych, mieszalniki piasku do przygotowania mieszanki płynno-piaskowej i wpompowania jej do złoża, agregat podnoszący do montażu i demontażu urządzeń naziemnych i dołowych, kolektor do wiązania głowicy odwiertu z wyposażeniem powierzchniowym, zbiornikami na płyny technologiczne, stanowiskiem sterowania.

Jak wspomniano powyżej, podczas szczelinowania hydraulicznego jako wyposażenie podziemne wykorzystuje się gładkie, szczelne rury pomp i sprężarek wykonane ze stali o wysokiej wytrzymałości. Aby odizolować strefę filtracyjną odwiertu od górnej części i zapobiec rozerwaniu ciągu produkcyjnego, stosuje się pakery zwalniające.

Płyny szczelinujące stosowane do szczelinowania hydraulicznego muszą spełniać następujące wymagania:

• * mają określoną lepkość dynamiczną;
• * pojemność piasku;
• * określony czas stabilności w temperaturze zbiornika;
• * kompatybilność z płynami formacyjnymi i skałami;
• * efektywność technologiczna preparatu

Jako utrwalacz pęknięć przy wdrażaniu technologii szczelinowania hydraulicznego można zastosować piasek kwarcowy o określonym frakcjonowaniu lub jego sztuczny odpowiednik - propant. Do szczelinowania hydraulicznego opracowano i zastosowano dwa rodzaje płynów szczelinujących: na bazie wody z wykorzystaniem polimerów i na bazie oleju.

W procesie projektowania i obliczania parametrów technologicznych szczelinowania gazowego wykorzystuje się ponad 40 parametrów charakteryzujących:

• * parametry złóż ropy naftowej (promień odwiertu, grubość złoża, przepuszczalność złoża itp.);
• * dobrze zaprojektowany;

Modelowanie szczelinowania hydraulicznego i wyznaczanie jego głównych parametrów projektowych odbywa się przy użyciu specjalnych programów komputerowych takich jak MoOa! (Frack Master), Astschge (Halliburton) i inni. W wyniku modelowania, przy ustalaniu oczekiwanych parametrów szczelinowania hydraulicznego, tworzony jest teoretyczny schemat operacji.

Wyboru odwiertu do szczelinowania hydraulicznego dokonuje się na podstawie charakterystyki hydrodynamicznej złoża, strefy dennej i odwiertu.

Do szczelinowania hydraulicznego preferowane są skały o niskiej przepuszczalności do 0,05 µm 2 , cementowe, mocne skały. Preferowana miąższość części produkcyjnej wynosi 5-15 m. Efekty szczelinowania hydraulicznego ulegają zmniejszeniu w zależności od stopnia wyczerpania poziomów i pól w ogóle. Najlepsze efekty szczelinowania hydraulicznego w odwiertach eksploatacyjnych obserwuje się w utworach o wysokim ciśnieniu, o mniejszym stopniu drenażu i większym nasyceniu ropą.

• * z uszkodzoną częścią filtrującą;
• * przy zerwaniu lub zgnieceniu osłonki;
• * jeśli wysokość podnoszenia cementu jest niewystarczająca lub jeśli stan pierścienia cementowego za kolumną jest zły;

Uważa się, że szczelinowanie w odwiertach otwartych jest mniej korzystne niż w odwiertach osłonowych i perforowanych. Szczelinowanie hydrauliczne poprzedza duża ilość prac przygotowawczych związanych z badaniami materiałów geologicznych i złożowych, eksploracją odwiertu i badaniem jego stanu technicznego, obsługą techniczną i technologiczną procesu. W celu dobrze zaplanowanego szczelinowania hydraulicznego analizowane są wszystkie materiały geologiczne i złożowe:

• * aktualne, początkowe natężenie przepływu w studni;
• * bieżąca obniżka wody produktów;

Analizowane są wyniki wcześniejszych zabiegów złożowych w celu zintensyfikowania dopływu, analizowana jest praca urządzeń dołowych (ESP, SRP) oraz bieżące remonty studni.

Na podstawie wyników analiz materiałów geologiczno-złożowych wytyczany jest zakres dodatkowych badań geologiczno-polowych i hydrodynamicznych w celu uzyskania rzetelnych informacji o odwiercie i złożach niezbędnych do zaplanowania prac szczelinowania hydraulicznego.

Sam proces przygotowania odwiertu obejmuje następujące operacje:

• * planowanie i przygotowanie terenu odwiertu pod umiejscowienie głównego i pomocniczego sprzętu do szczelinowania hydraulicznego – agregatu przetłaczającego, urządzeń sterowania procesem, agregatów pompowych, zbiorników cieczy roboczej i pomocniczej;
• * montaż mobilnego agregatu podnoszącego typu A-50U do wykonywania operacji dźwignicowych;
• * podniesienie ze studni podnośnika fontannowego lub agregatu pompowego, określenie położenia dna studni i w przypadku obecności korka hydratowo-parafinowego jego umycie;
• * szablonowanie obudowy produkcyjnej w celu ustawienia pakowarki ciśnieniowej i testowanie obudowy produkcyjnej;
• *opuszczenie sprzętu podziemnego, rury o dużej wytrzymałości z pakerem do studni;
• * wyposażenie głowicy w choinkę w zależności od oczekiwanego ciśnienia.

Wstęp

1. Szczelinowanie hydrauliczne jako sposób na utrzymanie produktywności odwiertu

2. Istota metody szczelinowania hydraulicznego

2.1 Szczelinowanie hydrauliczne

2.2 Narzędzia do szczelinowania hydraulicznego

3 Technologia i sprzęt do szczelinowania hydraulicznego

4 Wybór technologii szczelinowania hydraulicznego

5 Sprzęt używany do szczelinowania hydraulicznego

6 Przykład obliczenia szczelinowania hydraulicznego

Wniosek

Wykaz używanej literatury

WSTĘP

Wydobywanie ropy ze złoża i wszelkie oddziaływanie na nią odbywa się poprzez studnie. Strefa dna odwiertu (BZZ) jest obszarem, w którym wszystkie procesy zachodzą najintensywniej. Tutaj, jak w jednym urządzeniu, linie prądowe zbiegają się podczas ekstrakcji cieczy lub rozchodzą się podczas wtrysku. Efektywność zagospodarowania złoża, natężenie przepływu wydobycia, wydajność zatłaczania oraz część energii złożowej, którą można wykorzystać do uniesienia płynu bezpośrednio do odwiertu, zależą w istotny sposób od stanu strefy dennej formacji.

Metody oddziaływania mechanicznego są skuteczne w skałach twardych, gdy utworzenie dodatkowych spękań w CZ umożliwia wprowadzenie do procesu filtracji nowych, odległych części formacji.

Jedną z najpowszechniejszych metod intensyfikacji wydobycia ropy naftowej lub odzysku gazu jest szczelinowanie hydrauliczne (HF).

Służy do tworzenia nowych szczelin, zarówno sztucznych, jak i do poszerzania starych (naturalnych), w celu poprawy łączności z odwiertem i powiększenia układu szczelin lub kanałów w celu ułatwienia dopływu i ograniczenia strat energii w tym ograniczonym obszarze odwiertu tworzenie.

Szczelinowanie hydrauliczne przeprowadza się pod ciśnieniami dochodzącymi do 100 MPa, przy dużym przepływie płynu i przy użyciu skomplikowanego i zróżnicowanego sprzętu.

1. SZCZĘKOWANIE HYDRAULICZNE JAKO SPOSÓB UTRZYMANIA DOBREJ WYDAJNOŚCI

Istotą metody szczelinowania hydraulicznego jest wytworzenie na dnie odwiertu wysokiego ciśnienia poprzez wtłoczenie lepkiego płynu, przekraczającego 1,5-2 razy ciśnienie złożowe, w wyniku czego formacja rozwarstwia się i tworzą się w niej pęknięcia.

Praktyka terenowa pokazuje, że wydajność odwiertów po szczelinowaniu hydraulicznym wzrasta czasami kilkudziesięciokrotnie. Wskazuje to, że powstałe pęknięcia łączą się z wcześniej istniejącymi, a napływ płynu do odwiertu następuje z odległych, wysoce produktywnych stref odizolowanych od odwiertu przed pęknięciem formacji. Otwarcie naturalnych lub powstawanie sztucznych pęknięć w formacji ocenia się na podstawie wykresów zmian natężenia przepływu Q i ciśnienia P podczas procesu. Tworzenie sztucznych pęknięć na wykresie charakteryzuje się spadkiem ciśnienia przy stałej prędkości wtrysku, a w przypadku otwarcia naturalnych pęknięć natężenie przepływu płynu szczelinującego wzrasta nieproporcjonalnie do wzrostu ciśnienia.

Szczelinowanie hydrauliczne przeprowadza się w celu utrzymania produktywności odwiertu, gdyż praktyka pokazuje, że szczelinowanie hydrauliczne jest bardziej opłacalne niż budowa nowego odwiertu, zarówno z ekonomicznego, jak i rozwojowego punktu widzenia. Jednak przeprowadzenie szczelinowania hydraulicznego wymaga bardzo dokładnego zbadania warunków termodynamicznych i stanu strefy odwiertu, składu skał i płynów, a także systematycznego badania zgromadzonego doświadczenia terenowego na danym polu. Szczelinowanie hydrauliczne zalecane jest w następujących odwiertach:

1. Te, które dały słaby napływ podczas testów

2. Przy wysokim ciśnieniu w złożach, ale przy niskiej przepuszczalności zbiornika

3. Z zanieczyszczoną strefą denną

4. Ze zmniejszoną produktywnością

5. Z wysokim współczynnikiem gazu (w porównaniu do innych)

6. Wtrysk o niskim wtrysku

7. Rozładuj, aby wydłużyć okres absorpcji

Celem szczelinowania hydraulicznego jest zwiększenie wydajności odwiertów, co ma wpływ na strefę denną odwiertu – zmianę właściwości ośrodka porowatego i cieczy (właściwości ośrodka porowatego zmieniają się podczas szczelinowania hydraulicznego na skutek tworzenia się układ pęknięć).

Załóżmy, że powodzenie lub niepowodzenie szczelinowania hydraulicznego wiążemy z dwoma czynnikami: natężeniem przepływu w poprzednim odwiercie oraz miąższością formacji. W rzeczywistości skuteczność szczelinowania hydraulicznego zależy oczywiście nie od dwóch, ale od wielu czynników: ciśnienia wtryskiwanego płynu, szybkości wtryskiwania, zawartości piasku w tym płynie itp.

2. Istota metody łamania

Szczelinowanie hydrauliczne formacji przeprowadza się w następujący sposób: do formacji przepuszczalnej pod ciśnieniem do 100 MPa wpompowuje się ciecz, pod wpływem której formacja ulega rozszczepieniu albo wzdłuż płaszczyzn podsypki, albo wzdłuż naturalnych pęknięć. Aby zapobiec zamykaniu się pęknięć po odjęciu ciśnienia, wpompowuje się do nich gruboziarnisty piasek wraz z cieczą, co utrzymuje przepuszczalność tych pęknięć, tysiąckrotnie większą niż przepuszczalność nienaruszonej formacji.

Aby zapobiec zamykaniu się pęknięć powstałych w formacji i utrzymać je otwarte po obniżeniu ciśnienia poniżej ciśnienia rozrywającego, do powstałych pęknięć wraz z cieczą wstrzykuje się sortowany gruboziarnisty piasek kwarcowy. Doprowadzenie piasku wymagane jest zarówno do nowo powstałych, jak i istniejących pęknięć w formacji powstałych w wyniku szczelinowania hydraulicznego. Badania wykazują, że podczas szczelinowania hydraulicznego powstają pęknięcia o szerokości 1-2 mm. Ich promień może sięgać kilkudziesięciu metrów. Szczeliny wypełnione gruboziarnistym piaskiem charakteryzują się znaczną przepuszczalnością, w wyniku czego po szczelinowaniu hydraulicznym wydajność odwiertu wzrasta kilkukrotnie.

Szczelinowanie hydrauliczne (HF) przeprowadza się w celu utworzenia nowych lub otwarcia istniejących pęknięć w celu zwiększenia przepuszczalności strefy dennej formacji i zwiększenia produktywności odwiertu.

Szczelinowanie hydrauliczne uzyskuje się poprzez wstrzykiwanie płynu do formacji pod wysokim ciśnieniem. Aby zapobiec zamknięciu po zakończeniu operacji i obniżyć ciśnienie do początkowego, wpompowuje się do nich materiał porowaty wraz z cieczą - piasek kwarcowy, korund.

Jednym z najważniejszych parametrów szczelinowania hydraulicznego jest ciśnienie szczelinowania hydraulicznego, przy którym w skale tworzą się pęknięcia. W idealnych warunkach ciśnienie otwarcia p p powinno być mniejsze niż ciśnienie skał p g wytwarzane przez warstwy leżących nad nimi skał. Jednak w warunkach rzeczywistych można spełnić nierówność r g * r n< р р, что объясняется наличием в пласте глинистых пропластков, обладающих пластичными свойствами. В процессе бурения, когда цикл скважины не обсажен, под действием веса вышележащих пород может произойти выдавливание глины из пласта в скважины и частичное разгружение пласта, расположенного под глинистыми пропластками, что и приводит к снижению давления гидроразрыва.

Zatem ciśnienie rozrywające zależy od procesu wiercenia poprzedzającego eksploatację odwiertu. Dlatego nie można obliczyć ciśnienia rozrywającego. Jednakże przy podobnych technologiach wiercenia otworów na danym obszarze można mówić o średnim ciśnieniu szczelinowania, wyznaczając je na podstawie danych szczelinowania hydraulicznego w sąsiednich odwiertach.

2.1 Szczelinowanie hydrauliczne

Szczelinowanie hydrauliczne przeprowadza się przy użyciu następującej technologii. Najpierw pod wysokim ciśnieniem pompowany jest płyn szczelinujący. Po spękaniu formacji wpompowywana jest ciecz z piaskiem w celu naprawy pęknięć. Zazwyczaj zarówno płyn szczelinujący, jak i płyn piaskowy do oczyszczania odwiertów produkcyjnych przygotowuje się na bazie węglowodorów, a przy oczyszczaniu odwiertów grzewczych - na bazie wody. Z reguły do ​​tych celów stosuje się różne emulsje, a także ciecze węglowodorowe i roztwory wodne. Stężenie piasku w płynie nośnikowym piasku zwykle waha się od 100 do 500 kg/m3 i zależy od jego filtrowalności i pojemności.

Mechanizm szczelinowania hydraulicznego formacji, czyli mechanizm powstawania w niej pęknięć, można przedstawić następująco. Wszystkie skały tworzące daną warstwę posiadają naturalne mikropęknięcia, które znajdują się w stanie sprasowanym pod wpływem ciężaru górotworu nad nimi lub, jak to się powszechnie nazywa, ciśnienia skał. Przepuszczalność takich pęknięć jest niewielka. Wszystkie skały mają jakąś siłę. Dlatego też, aby w formacji utworzyć nowe pęknięcia i rozszerzyć istniejące, konieczne jest usunięcie naprężeń powstałych w skałach formacyjnych pod wpływem parcia skał i pokonanie wytrzymałości skał na rozciąganie.

Ciśnienie rozrywające, nawet w obrębie jednej formacji, nie jest stałe i może się znacznie różnić. Praktyka potwierdziła, że ​​w większości przypadków ciśnienie rozrywające P p na dnie odwiertu jest niższe od ciśnienia skały i wynosi (15...25) * N, kPa (1,5...2,5 kgf/cm 2).

Tutaj H jest głębokością studni w m.

W przypadku skał o niskiej przepuszczalności ciśnienie to można osiągnąć poprzez wstrzykiwanie płynów szczelinujących o niskiej lepkości z ograniczoną szybkością wtrysku. Jeżeli skały są silnie przepuszczalne, wymagana jest duża szybkość zatłaczania, a jeżeli szybkość zatłaczania jest ograniczona, konieczne jest stosowanie cieczy o dużej lepkości. Wreszcie, aby w przypadku szczególnie dużej przepuszczalności skał formacyjnych osiągnąć ciśnienie rozrywające, należy zastosować jeszcze większe szybkości wtryskiwania płynów o dużej lepkości. Proces szczelinowania hydraulicznego składa się z następujących, sekwencyjnych operacji: 1) wtłaczania płynu szczelinującego do formacji w celu utworzenia pęknięć; 2) iniekcja płynu pionośnego z piaskiem przeznaczonym do naprawy pęknięć; 3) wtrysk płynu wyciskającego w celu wtłoczenia piasku w pęknięcia.

2.2 Narzędzia do szczelinowania hydraulicznego

Zazwyczaj ten sam płyn stosowany jest jako płyn szczelinujący i płyn przenoszący piasek, dlatego łączy się je pod jedną nazwą – płyn szczelinujący. Do szczelinowania hydraulicznego stosuje się różne płyny robocze, które ze względu na właściwości fizykochemiczne można podzielić na dwie grupy: płyny na bazie węglowodorów i płyny na bazie wody.

Jako ciecze węglowodorowe stosuje się oleje o dużej lepkości, olej opałowy, olej napędowy lub naftę zagęszczone mydłami naftenowymi.

Roztwory stosowane w studniach iniekcyjnych obejmują: wodny roztwór wywaru siarczynowo-alkoholowego, roztwory kwasu solnego, wodę zagęszczoną różnymi odczynnikami, a także zagęszczone roztwory kwasu solnego.

Proces szczelinowania jest w dużym stopniu zależny od właściwości fizycznych płynu szczelinującego, a w szczególności od lepkości, filtrowalności i zdolności do utrzymywania ziaren piasku w zawiesinie.

Poniższe wymagania mają zastosowanie do płynu szczelinującego. Po pierwsze musi mieć dużą lepkość, aby nie wnikał szybko w głąb złoża, w przeciwnym razie wzrost ciśnienia w pobliżu odwiertu będzie niewystarczający. Po drugie, jeśli w przekroju odwiertu występuje kilka warstw produkcyjnych, należy zadbać o możliwie jednolity profil zatłaczania. Płyny newtonowskie nie nadają się do tego, ponieważ ilość płynu wchodzącego do każdej warstwy będzie proporcjonalna do jej przepuszczalności. Dzięki temu warstwy wysokoprzepuszczalne zostaną lepiej przetworzone, a co za tym idzie, zmniejszony zostanie efekt szczelinowania hydraulicznego. Do szczelinowania hydraulicznego konieczne jest użycie płynu, którego lepkość zależy od szybkości filtracji. Jeśli lepkość wzrasta wraz ze wzrostem szybkości filtracji, to podczas poruszania się w międzywarstwie wysoce przepuszczalnej lepkość cieczy będzie wyższa niż w warstwie niskoprzepuszczalnej. W rezultacie profil odbioru staje się bardziej jednolity. Ciecze lepkosprężyste mają podobną charakterystykę filtracji, dla której prawo filtracji można zapisać w postaci.

V=(kDp)/(m·k L),………………………………………………………..............( 1)

gdzie m k jest lepkością pozorną określoną wzorem

m k /m o = 1 + A Dp/L,……………………………………………………….(2)

m o jest maksymalną lepkością pozorną cieczy przy v 0; A jest stałą zależną od właściwości lepkosprężystych płynu (przy A=0 otrzymujemy prawo Darcy’ego).

2.3 Niezbędne parametry szczelinowania hydraulicznego

Podczas pompowania cieczy do dwóch warstw o ​​przepuszczalności k 1 i k 2, współczynnik mobilności przy tych samych gradientach ciśnienia jest równy

(k/m k) 1: (k/m k) 2 = k 1 /k 2 * (1+A (Dp/L)*)/1+A(Dp/L)*),…….(3)

Niech na przykład A(Dp/L)*) =2

Następnie przy k 1 /k 2 =25 A (Dp/L)*=0,4

A współczynnik mobilności wynosi około 11,7 zamiast 25.

W celu szczelinowania hydraulicznego do odwiertu opuszczane są rury, przez które ciecz przedostaje się do formacji. Aby zabezpieczyć obudowę przed wysokimi ciśnieniami, nad spękaną formacją instaluje się paker, a nad nim kotwę hydrauliczną w celu zwiększenia szczelności. Pod wpływem ciśnienia tłoki twornika rozsuwają się i dociskają do obudowy, uniemożliwiając ruch pakera.

Przy bardzo małej lepkości płynu szczelinującego osiągnięcie ciśnienia szczelinującego wymaga wpompowania do złoża dużej objętości płynu, co wiąże się z koniecznością stosowania kilku pracujących jednocześnie agregatów pompujących.

Gdy lepkość płynu szczelinującego jest wysoka, do powstania pęknięć potrzebne są wysokie ciśnienia. W zależności od przepuszczalności skał optymalna lepkość płynu szczelinującego waha się w granicach 50-500 cP. Czasami przy pompowaniu przez obudowę stosuje się płyn o lepkości do 1000 cP, a nawet do 2000 cP.

Płyn szczelinujący musi charakteryzować się niską filtracją i dużą zdolnością zatrzymywania zawieszonego w nim piasku, co zapobiega możliwości jego osiadania w cylindrach pompy, elementach rurociągów, rurach oraz na dnie odwiertu.

W tym przypadku uzyskuje się utrzymanie stałego stężenia piasku w płynie szczelinowym i dobre warunki jego przenikania w głąb szczeliny. Filtrowalność sprawdza się za pomocą urządzenia do określania utraty płynu w roztworze gliny. Filtrowalność uważa się za niską, jeśli wynosi mniej niż 10 cm3 cieczy w ciągu 30 minut.

Zdolność płynu szczelinującego do utrzymywania piasku w zawiesinie jest bezpośrednio związana z jego lepkością.

Bardziej lepkie ciecze, takie jak oleje opałowe, mają zadowalającą lepkość w temperaturach poniżej 20°C; ropa naftowa i woda mają niską lepkość, są na ogół dobrze filtrowane i nie zaleca się ich stosowania w czystej postaci podczas szczelinowania hydraulicznego.

Zwiększenie lepkości, a także zmniejszenie filtrowalności płynów stosowanych w szczelinowaniu hydraulicznym uzyskuje się poprzez wprowadzenie do nich odpowiednich zagęszczaczy. Takimi zagęszczaczami do cieczy węglowodorowych są sole kwasów organicznych, wielkocząsteczkowe i koloidalne związki olejów (na przykład smoła olejowa) i inne odpady rafinacji ropy naftowej.

Niektóre oleje, emulsje naftowo-kwasowe, olejowo-kwasowe i wodno-olejowe mają znaczną lepkość i wysoką zdolność przenoszenia piasku. Płyny te wykorzystywane są jako płyny szczelinujące i płyny przenoszące piasek do szczelinowania szybów naftowych.

W studniach zastrzykowych szczelinowanie hydrauliczne wykorzystuje zagęszczoną wodę. Do zagęszczania stosuje się wywar gorzelniany siarczynowy (SSB) i inne pochodne celulozy, które są dobrze rozpuszczalne w wodzie i mają niską filtrowalność.

W zależności od stężenia substancji suchych SSB dzieli się na dwa rodzaje - płynny i stały. Lepkość początkowego ciekłego koncentratu wynosi 1500-1800 cP. Dodatek wody do roztworów SSB powoduje szybki spadek lepkości i sprzyja dobremu wypłukaniu SSB wodą z przestrzeni porowatej i przywróceniu wtryskiwości. Roztwór SSB ma dobrą zdolność retencji i niską filtrowalność. W przypadku pęknięcia stosuje się głównie roztwór SSB o lepkości 250-800 cP.

Ostatnio jako ciecz przenoszącą piasek zastosowano stężony kwas solny zagęszczony SSB (40% HCl i 60% SSB). Zastosowanie takiego płynu szczelinującego umożliwia połączenie procesu szczelinowania hydraulicznego z oddziaływaniem chemicznym na strefę przyodwiertową. Po zmieszaniu z SSB kwas solny reaguje powoli z węglanami (2-2,5 godziny w porównaniu do 30-40 minut w przypadku stosowania czystego roztworu HCl). Umożliwia to wtłaczanie aktywnego chemicznie kwasu solnego w głąb złoża wzdłuż szczelin powstałych podczas szczelinowania hydraulicznego i oczyszczanie strefy dennej formacji w dużej odległości od odwiertu.

Podczas szczelinowania hydraulicznego w warunkach wysokich temperatur złóż (130-150°C) lepkość 20- i 24% roztworów SSB gwałtownie spada do 8-0,6 cP wraz ze wzrostem temperatury do 90°C.

W wyższych temperaturach lepkość tych roztworów zbliża się do właściwości lepkościowych wody. Dlatego też jako skuteczny nośnik płynu szczelinującego i piasku, który charakteryzuje się dobrą zdolnością zatrzymywania piasku i niską filtrowalnością, stosuje się wodne roztwory CMC-500 (karboksymetylocelulozy) w zakresie 1,5-2,5% z dodatkiem czasami chlorku sodu do 20-25%. W każdych warunkach płyn wyporowy musi mieć minimalną lepkość, aby zmniejszyć straty ciśnienia podczas pompowania.

Celem wypełniania pęknięć piaskiem jest zapobieganie ich zamykaniu się i utrzymywanie ich otwartym po obniżeniu ciśnienia poniżej ciśnienia rozrywającego. Dlatego na piasek nakładane są następujące wymagania:

1) piasek musi mieć wystarczającą wytrzymałość mechaniczną, aby nie zapadać się w pęknięciach pod wpływem ciężaru skały;

2) utrzymać wysoką przepuszczalność.

Dobrze ugniatany jednorodny piasek kwarcowy spełnia te wymagania.

Stosuje się piasek o następujących frakcjach: 0,25-0,4 mm; 0,4-0,63; 0,63-0,79; 0,79-1,0; 1,0-1,6 MM. Najbardziej akceptowalną frakcją do szczelinowania hydraulicznego jest piasek o uziarnieniu od 0,5 do 1,0 mm.

O skuteczności szczelinowania hydraulicznego decyduje średnica i rozległość powstałych szczelin, a co za tym idzie zwiększona przepuszczalność. Im większa średnica i długość pęknięć, tym wyższa wydajność obróbki. Tworzenie pęknięć dalekiego zasięgu osiąga się poprzez pompowanie dużych ilości piasku. W praktyce do odwiertu pompuje się od 4 do 20 ton piasku. Stężenie piasku w płynie nośnikowym piasku zależy od filtrowalności i pojemności płynu i waha się od 100 do 600 kg na 1 m3 płynu.

3. TECHNOLOGIA I TECHNIKA fraftingu

Szczelinowanie hydrauliczne przeprowadza się w utworach o różnej przepuszczalności w przypadku spadku natężenia przepływu lub zatłaczania otworów zatłaczających.

Przed szczelinowaniem hydraulicznym odwiert jest badany pod kątem dopływu, określana jest jego zdolność absorpcyjna i ciśnienie absorpcyjne. W tym celu jednym agregatem pompuje się ropę do momentu uzyskania określonego nadciśnienia na głowicy odwiertu, przy którym odwiert zaczyna przyjmować ciecz. Natężenie przepływu mierzono przez 10-20 minut przy stałym ciśnieniu wylotowym. Po podłączeniu drugiej jednostki i zwiększeniu ilości pompowanej cieczy podnosi się ciśnienie o 2-3 MPa i ponownie wyznacza się natężenie przepływu.

Proces zwiększania przepływu i ciśnienia płynu powtarza się kilkukrotnie, a na koniec badania tworzone jest maksymalne możliwe ciśnienie, przy którym ponownie mierzony jest przepływ. Na podstawie uzyskanych danych rysuje się krzywą zależności zatłaczalności odwiertu od ciśnienia zatłaczania. Na podstawie danych dotyczących zdolności absorpcyjnej odwiertu przed i po szczelinowaniu określana jest ilość płynu i ciśnienie potrzebne do przeprowadzenia szczelinowania, a także jakość szczelinowania i zmiany przepuszczalności formacji strefy przyodwiertowej po szczelinowaniu. ocenia się pęknięcie. Za ciśnienie rozerwania złoża umownie przyjmuje się ciśnienie, przy którym współczynnik zatłaczalności odwiertu wzrasta 3-4-krotnie w porównaniu do wartości początkowej.

Dno studni oczyszcza się z brudu poprzez drenaż, a następnie myje. W niektórych przypadkach, aby zwiększyć właściwości filtracyjne formacji, zaleca się wstępne potraktowanie studni kwasem solnym lub błotnym i wykonanie dodatkowej perforacji. Wdrożenie tych środków pomaga zmniejszyć ciśnienie rozrywające i zwiększyć jego wydajność.

Po przemyciu, oczyszczeniu i sprawdzeniu za pomocą specjalnego szablonu do studni opuszczane są rury pompy i kompresora o średnicy 75 lub 100 mm, przez które pompowany jest płyn szczelinujący. Aby zabezpieczyć płaszcz przed działaniem wysokiego ciśnienia, nad formacją spękaną instaluje się paker, który oddziela strefę filtracyjną formacji od jej części leżącej. Dzięki temu ciśnienie wytwarzane przez pompy przenoszone jest jedynie do strefy filtra i na dolną powierzchnię pakera.

Stosowane są różne konstrukcje pakerów. Najczęściej spotykane są pakery ślizgowe, produkowane dla różnych średnic ciągów produkcyjnych i przeznaczone na ciśnienie 50 MPa (rys. 1).

Uszczelnienie obudowy następuje poprzez odkształcenie gumowych kołnierzy uszczelniających pod wpływem ciężaru przewodu rurowego, gdy stożek opiera się na ślizgach pakera, który jest centrowany za pomocą latarni. Blokada latarni otwiera się, gdy latarnia ociera się o ścianki rur osłonowych podczas obracania się pakera.

Obciążenie osiowe podczas szczelinowania hydraulicznego jest przejmowane przez głowicę pakera za pomocą pierścienia podporowego i przekazywane na kotwicę, która zapobiega przemieszczaniu się pakera i ciągu rur do góry. Głowica pakująca posiada gwint lewoskrętny na połączeniu z kotwą.

W przypadku zakleszczenia się mankietów w osłonie, kotwę można odkręcić od pakera poprzez obrót w prawo i wynieść na powierzchnię.

Konstrukcję działania hydraulicznego siłownika pokazano na rys. 2

Podczas pompowania płynu roboczego do szczelinowania hydraulicznego różnica ciśnień wytworzona pomiędzy wnętrzem kotwicy a pierścieniową szczeliną w ciągu produkcyjnym odkształca gumową rurkę, wpychając siłowniki aż do ściany kolumny. Tłoki, wcinając się ostrymi zębami w ścianki rur, zapobiegają wepchnięciu kotwicy, a co za tym idzie pakera, do studni.

Oprócz podkładek ślizgowych stosuje się samouszczelniające podkładki PS. W tej konstrukcji uszczelnienie uzyskuje się poprzez samouszczelniające się mankiety gumowe pod wpływem płynu szczelinującego.

W przeciwieństwie do innych typów pakerów, konstrukcja pakera PS zawiera zawór obejściowy zaprojektowany w celu ominięcia hydraulicznego płynu szczelinującego do pierścienia podczas opuszczania pakera, zmniejszając w ten sposób nacisk na samouszczelniające się kołnierze. Zawór obejściowy jest podłączony przez sub i zainstalowany nad zworą hydrauliczną.

Po przeprowadzeniu rur za pomocą pakera i kotwy, głowica odwiertu wyposażana jest w specjalną głowicę, do której podłączane są urządzenia wtłaczające do odwiertu płyn szczelinujący.

3.1 Rurociągi i sprzęt do szczelinowania hydraulicznego

Rysunek 2 przedstawia ogólny schemat rurociągów i rozmieszczenia sprzętu do szczelinowania hydraulicznego. W pierwszym etapie za pomocą agregatów pompujących zasysany jest płyn szczelinujący, w wyniku czego ciśnienie stopniowo wzrasta, a po osiągnięciu określonej wartości następuje rozerwanie formacji. Moment pęknięcia ocenia się na podstawie manometru na przewodzie przepływowym. Moment ten charakteryzuje się gwałtownym spadkiem ciśnienia i zwiększonym przepływem wtryskiwanej cieczy.

Po rozdrobnieniu formacji przechodzą do drugiego etapu - dostarczania płynu przenoszącego piasek z piaskiem do szczeliny przy dużych prędkościach przepływu i wysokim ciśnieniu wtrysku. Płyn przenoszący piasek z piaskiem wtłacza się w szczelinę za pomocą płynu wyciskającego pod maksymalnym ciśnieniem i przy maksymalnej prędkości wtrysku. Osiąga się to poprzez podłączenie jak największej liczby jednostek. Ropa naftowa stosowana jest jako płyn wyporowy w odwiertach naftowych, a woda w odwiertach zatłaczających. Ilość tej cieczy musi być równa pojemności rurociągu. Wstrzykiwanie płynu wyporowego jest ostatnim, trzecim etapem ciągłego procesu szczelinowania hydraulicznego.

Po wymuszeniu głowicę odwiertu zamyka się i pozostawia w spokoju do czasu, aż ciśnienie w głowicy spadnie do zera. Następnie studnia jest myta, oczyszczana z piasku i rozpoczyna się rozwój.

Interesująca jest technika szczelinowania hydraulicznego w odwiertach, których horyzonty produkcyjne leżą na głębokościach 2800-3400 m. Technologia szczelinowania formacyjnego w takich odwiertach różni się od zwykłej tym, że proces szczelinowania hydraulicznego odbywa się pod stałym przeciwciśnieniem na rurociągu i na górnym końcu gumowego elementu pakera. Wartość przeciwciśnienia określa się jako różnicę pomiędzy obliczoną wartością ciśnienia szczelinowania hydraulicznego a maksymalnym dopuszczalnym ciśnieniem wywieranym na paker. W przypadku takich odwiertów ciśnienie robocze w przestrzeni pierścieniowej (pierścieniu) określa się eksperymentalnie. Do pompowania płynu szczelinującego wykorzystywana jest jednostka pomocnicza. Cechy rozmieszczenia urządzeń i rurociągów głowicy odwiertu podczas szczelinowania hydraulicznego przy zastosowaniu tej technologii przedstawiono na rys. 3

Zaleca się przeprowadzenie prac szczelinowania hydraulicznego w odwiercie w następującej kolejności. Urządzenia powierzchniowe poddawane są działaniu ciśnienia 70 MPa, woda w odwiercie zostaje zastąpiona ropą, po czym paker zostaje opuszczony. Następnie za pomocą agregatów pompowych stosowanych przy szczelinowaniu hydraulicznym, wytworzone zostaje maksymalne możliwe ciśnienie poprzez przepompowanie cieczy w rurach i pod pakerem. Pompując ciecz za pomocą pomocniczej jednostki cementującej, podnosi się ciśnienie w przestrzeni pierścieniowej (pierścieniu) i studnię pozostawia się w spokoju na 30 minut. To w pierwszym etapie pozwala na powstawanie pęknięć w formacji.

W drugim etapie przeprowadzana jest operacja naprawienia pęknięć piaskiem. Po sprawdzeniu odwiertu pod kątem zatłaczalności do formacji wpompowuje się ciecz zawierającą piasek.

Ryż. 3. Schemat rurociągów urządzeń do szczelinowania hydraulicznego w głębokich studniach:

1 - mieszalnik piasku; 2 - jednostka TsA-400; 3-jednostkowy CHAN-700;

4 - jednostka pomocnicza; 5 - pojemnik na płyny robocze

Ciśnienie na głowicy odwiertu podczas zatłaczania i wtłaczania do złoża może wzrosnąć do 60-80 MPa. Szczelinowanie hydrauliczne przy użyciu tej technologii może znacznie zwiększyć wydajność odwiertu.

Jeżeli w odwiertach występuje duża strefa filtracyjna lub kilka odsłoniętych warstw produkcyjnych, przeprowadza się wielokrotne szczelinowanie hydrauliczne.

W ostatnim czasie opracowano i wdrożono nową metodę interwałowego szczelinowania hydraulicznego, która umożliwia przeprowadzenie szczelinowania hydraulicznego określonych formacji w dowolnej kolejności w jednym przebiegu sprzętu wiertniczego. Przy wykonywaniu szczelinowania hydraulicznego tą technologią w jednej warstwie, otwory perforowane w stosunku do warstw leżących powyżej przykrywa się otworami tonącymi, a w stosunku do warstw niżej – elastycznymi kulkami unoszącymi się w płynie szczelinującym. Stosowany sprzęt wiertniczy jest prosty w konstrukcji i może być wytwarzany w warsztatach terenowych. Składa się z dwóch pustych cylindrów, zamontowanych współosiowo na rurach pompy i sprężarki. Cylinder z otworami w dnie jest otwarty u góry, a cylinder z otworami w wieczku jest otwarty u dołu. Rura, na której umieszczane i spawane są butle, jest zaślepiona od dołu i posiada otwory nad dolnym cylindrem.

Prace przygotowawcze do okresowego szczelinowania hydraulicznego przeprowadza się w następującej kolejności. Cylindry, paker i kotwica są opuszczane do studni za pomocą rurek. Pod dolnym cylindrem umieszczane są specjalne elastyczne kulki o średnicy 18-20 mm i ciężarze właściwym mniejszym niż płyny stosowane przy szczelinowaniu hydraulicznym (kulki pływające). dlatego w cieczy będą zawsze dociskane do pokrywy dolnego cylindra. Średnicę cylindra dobiera się tak, aby kulki nie dostały się w szczelinę pomiędzy nim a sznurkiem produkcyjnym. Liczba kulek załadowanych do dolnego cylindra jest nieco większa niż liczba perforacji znajdujących się poniżej najwyższego przedziału przeznaczonego na pękanie.

Tonące kulki umieszczone są w górnym cylindrze. Ponadto ich liczba powinna być także większa od liczby otworów zlokalizowanych powyżej dolnego przedziału planowanego na szczelinowanie hydrauliczne. Aby zapobiec wpadaniu kulek pod wał podczas schodzenia lub gdy kolumna nie jest uszczelniona, montowany jest specjalny łamacz tarczowy. Paker jest zainstalowany w taki sposób, aby odstęp przeznaczony do szczelinowania hydraulicznego znajdował się pomiędzy cylindrami z kulami. Następnie w zwykły sposób przeprowadza się szczelinowanie hydrauliczne docelowej formacji. Jeżeli podczas pęknięcia warstwy powyżej lub poniżej zaczną przyjmować ciecz, wówczas ich otwory perforacyjne zostaną zablokowane przez kulki, które są przenoszone przez przepływ płynu z cylindrów do tych otworów. Zatem szczelinowanie hydrauliczne nastąpi dopiero w zamierzonym odstępie czasu, po ustaniu wtrysku kule, ze względu na odpowiednią różnicę ich ciężarów właściwych, zostaną zebrane w swoich cylindrach. Podnosząc lub opuszczając sprzęt i umieszczając cylindry z kulami w żądanych odstępach, możliwe jest hydrauliczne rozbicie dowolnej formacji.

4. WYBÓR TECHNOLOGII SZCZĘKOWANIA

Technologia szczelinowania hydraulicznego przeprowadzana jest w następujący sposób. Ponieważ podczas szczelinowania hydraulicznego w większości przypadków (z wyjątkiem małych odwiertów) powstają ciśnienia przekraczające dopuszczalne dla ciągów obudowy, w pierwszej kolejności do odwiertu opuszczane są rury zdolne wytrzymać to ciśnienie. Nad stropem formacji lub międzywarstwy, w której planowane jest rozerwanie, instaluje się paker izolujący przestrzeń pierścieniową i strunę od ciśnienia oraz urządzenie zapobiegające jej przemieszczaniu się, zwane kotwicą. W pierwszej kolejności poprzez opuszczone rurki wtryskiwany jest płyn szczelinujący w takich objętościach, aby w dolnym otworze uzyskać ciśnienie wystarczające do szczelinowania formacji. Moment pęknięcia na powierzchni jest rejestrowany jako gwałtowny wzrost przepływu płynu (pojemności absorpcyjnej odwiertu) przy tym samym ciśnieniu na głowicy lub jako gwałtowny spadek ciśnienia na głowicy przy tym samym natężeniu przepływu. Ciśnienie skał jest równe:

Р g = r П gН (4)

Siła przyczepności cząstek skały jest równa:

Р р = Р g + s Z (5)

bardziej obiektywnym wskaźnikiem charakteryzującym moment szczelinowania hydraulicznego jest współczynnik zdolności absorpcyjnej

k p = Q/(p z – p p) (6)

gdzie Q jest natężeniem przepływu wtryskiwanej cieczy;

p p - ciśnienie złożowe w rejonie danej studni;

rz to ciśnienie na dnie odwiertu podczas szczelinowania hydraulicznego.

Podczas szczelinowania hydraulicznego następuje gwałtowny wzrost kp. Jednakże ze względu na trudności związane z ciągłym monitorowaniem wartości pz, a także ze względu na fakt, że rozkład ciśnienia w formacji jest procesem znacznie niestabilnym, szczelinowanie hydrauliczne. moment ocenia się na podstawie współczynnika warunkowego k.

k = Q/р у (7)

gdzie p y to ciśnienie na głowicy odwiertu.

Gwałtowny wzrost k podczas procesu wtryskiwania jest również interpretowany jako moment hydraulicznego szczelinowania. Dostępne są instrumenty umożliwiające pomiar tej wartości.

Po spękaniu formacji do odwiertu wpompowywana jest ciecz zawierająca piasek pod ciśnieniem, które utrzymuje powstałe w formacji pęknięcia w stanie otwartym. Jest to bardziej lepka ciecz zmieszana (180-350 kg piasku na 1 m3 cieczy) z piaskiem lub innym wypełniaczem. Piasek wprowadza się do otwartych pęknięć na możliwie największą głębokość, aby zapobiec ich zamknięciu podczas późniejszego spadku ciśnienia i oddania odwiertu do eksploatacji. Płyny zawierające piasek są wpychane do rur i do formacji przy użyciu płynu wyporowego, którym jest dowolny płyn o niskiej lepkości i pozbawiony niedoborów.

Aby zaprojektować proces szczelinowania hydraulicznego, bardzo ważne jest określenie ciśnienia rozrywającego p p, jakie musi wytworzyć się na dnie odwiertu.

Zgromadzono dużą ilość materiału statystycznego na temat wartości ciśnienia rozrywającego p p formacji dla różnych pól świata i na różnych głębokościach odwiertów, co wskazuje na brak wyraźnego związku pomiędzy głębokością formacji a ciśnieniem rozrywającym. Jednak wszystkie rzeczywiste wartości рр mieszczą się w przedziale pomiędzy wartościami ciśnień całkowitych skały i hydrostatycznych. Co więcej, na małych głębokościach (poniżej 1000 m) рр jest bliżej ciśnienia skał, a na większych głębokościach - ciśnienia hydrostatycznego.

do studni płytkich (do 1000 m)

r r = (1,74 - 2,57) r st,………………………………………………………(8)

dla studni głębinowych (H > 1000m)

r r =(1,32 - 1,97) r st,………………………………………….(9)

gdzie p st jest ciśnieniem hydrostatycznym słupa cieczy, którego wysokość jest równa głębokości formacji.

Wytrzymałość skał na rozciąganie jest zwykle niewielka i mieści się w przedziale s p = 1,5...3 MPa, zatem nie wpływa znacząco na p p.

Ciśnienie rozrywające na dnie p p i ciśnienie na głowicy p y są ze sobą powiązane oczywistą zależnością

r r = r y + r st – r tr,……………………………………………………………………………………....... (10 )

gdzie p tr – strata ciśnienia na skutek tarcia w rurze.

Z równania (10) wynika:

r y = r r + r tr - r st,……………………………………………………….....(11)

p st - ciśnienie statyczne, określone z uwzględnieniem krzywizny studni

r st = r f g N cos b,……………………………………………………(12)

gdzie H jest głębokością studni; b - kąt krzywizny (uśredniony);

rf to gęstość cieczy w studni, a jeśli ciecz zawiera wypełniacz (piasek, kulki szklane, proszek polimerowy itp.), wówczas gęstość oblicza się jako średnią ważoną

r=r f (1–n/r n)+n,……………………………………………………………………(13)

gdzie n jest liczbą kilogramów wypełniacza w 1 m 3 cieczy;

pH - gęstość wypełniacza (dla piasku pH = 2650 kg/m 3).

Straty tarcia są trudniejsze do określenia, ponieważ stosowane płyny mają czasami właściwości nienewtonowskie. Obecność wypełniacza (piasku) w cieczy zwiększa straty tarcia.

W praktyce amerykańskiej stosuje się różne wykresy strat ciśnienia na skutek tarcia dla każdych 30 metrów rur o różnych średnicach podczas pompowania różnych cieczy przy danym objętościowym natężeniu przepływu. Przy dużych prędkościach wtrysku odpowiadających przepływowi turbulentnemu właściwości strukturalne stosowanych płynów (z różnymi zagęszczaczami i odczynnikami chemicznymi) zwykle zanikają, a straty tarcia dla tych płynów można w przybliżeniu określić, stosując zwykłe wzory hydrauliki rurowej.

r tr = l(N/d) * (w 2 /2g) * rga,…………………………………………....(14)

gdzie l jest współczynnikiem tarcia, określonym za pomocą odpowiednich wzorów w zależności od liczby Reynoldsa;

w - liniowa prędkość przepływu w rurze;

d – średnica wewnętrzna rury; r - gęstość płynu, N - długość rurki;

g = 9,81 m/s2; a jest współczynnikiem korygującym, który uwzględnia obecność wypełniacza w cieczy (dla czystej wody a = 1) i zależy od jego stężenia.

5. SPRZĘT STOSOWANY DO szczelinowania

Podczas szczelinowania hydraulicznego wykorzystuje się cały kompleks urządzeń powierzchniowych: agregaty pompowe typu 2AN-500 lub 4AN-700, mieszalnik piasku 4PA. Do transportu płynu szczelinującego wykorzystuje się cysterny 4TSR lub TsR-20.

Jednostka 4AN-700 zaprojektowana przez Azinmash jest główną jednostką w zestawie sprzętu naziemnego. Charakteryzuje się zwiększoną mocą i wydajnością oraz jest łatwy w użyciu. Ciśnienie robocze urządzenia pozwala na prowadzenie procesów szczelinowania hydraulicznego i hydropiaskowania w głębokich studniach. Wszystkie jego elementy są zamontowane na trzyosiowym samochodzie ciężarowym KrAZ-257 o sile udźwigu 100-120 kN i składają się z następujących elementów: elektrownia; skrzynia biegów; pompa z potrójnym tłokiem; kolektor, układ sterowania.

Na ramie samochodu, bezpośrednio za kabiną kierowcy, znajduje się zespół napędowy agregatu, składający się z silnika ze sprzęgłem wielotarczowym ciernym i wentylatorem odśrodkowym, układów napędowych, smarowania i chłodzenia, instalacji filtra powietrza oraz inne elementy pomocnicze.

Silnik jednostki to dwunastocylindrowy, czterosuwowy silnik wysokoprężny o mocy 588 kW przy prędkości obrotowej wału korbowego 2000 obr/min. Silnik połączony jest z wałem wejściowym skrzyni biegów za pomocą sprzęgła ciernego wielopłytkowego.

Pompa 4R-700 to trójtłokowa, pozioma pompa jednostronnego działania. Tłoki dostarczane są w rozmiarach 100 i 120 mm, co zapewnia pracę pompy przy ciśnieniach odpowiednio do 70 i 50 MPa. Wydajność agregatu przy ciśnieniu 70 MPa wynosi 6,3 l/s, a przy 20 MPa - 22 l/s. Masa jednostki 20200 kg, wymiary całkowite 9800 x 2900 x 3320 mm. Sterowanie jednostką odbywa się z konsoli centralnej umieszczonej w kabinie pojazdu, gdzie znajdują się pedały sterujące pompą paliwa i sprzęgłem ciernym silnika, dźwignia zmiany biegów oraz niezbędne oprzyrządowanie.

Do transportu piasku o wymaganej frakcji do otworu, w którym planowane jest szczelinowanie hydrauliczne, oraz do późniejszego mechanicznego przygotowania mieszaniny piasek-ciecz, stosuje się specjalne mieszalniki piasku typu 4PA.

Na samojezdnym podwoziu pojazdu KrAZ-257 znajduje się lej 1 na materiał sypki ze ślimakiem załadunkowym 2 i ślimakiem roboczym 3, hydrauliczna komora wyporowa 5, mieszalnik 7 z regulatorem poziomu pływaka 6 oraz Zamontowany jest kolektor odbiorczy 11 i kolektor rozdzielczy 10 z pompą 9 do pompowania piasku. W górnej części rozładunkowej ślimaka 3 zamontowany jest zawór obrotowy 4, połączony z regulatorem pływakowym 6. Do ścian i dna leja zasypowego 1 przymocowane są wibratory pneumatyczne, zapewniające niezawodny przepływ materiału sypkiego grawitacyjnie do odbiornika ślimaka 3 .

Ślimaki załadowcze, robocze i mieszadło łopatkowe napędzane są silnikami hydraulicznymi za pomocą pompy olejowej 8. Sterowanie wszystkimi zespołami instalacji odbywa się za pomocą pilota umieszczonego w kabinie pojazdu.

Mieszankę piasku i cieczy z niewielkim stężeniem piasku przygotowuje się w następujący sposób. Ciecz poprzez kolektor odbiorczy 11 wpływa do hydraulicznej komory wyporowej 5, do której materiał sypki jest dostarczany ze leja zasypowego 1 za pomocą ślimaka 3. Ilość materiału sypkiego regulowana jest prędkością obrotową ślimaka roboczego i przepustnicy 4 za pomocą pływakowego regulatora poziomu 6 w zależności od poziomu mieszanki w mieszalniku 7. Nadmiar materiału sypkiego poprzez wylot spływa z powrotem do leja rura. W hydraulicznej komorze mieszania 5 przygotowywany jest roztwór o wymaganym stężeniu, który trafia do mieszalnika 7, gdzie za pomocą mieszadła łopatkowego utrzymywane jest równomierne stężenie piasku. Z mieszalnika 7 roztwór jest dostarczany za pomocą pompy piasku 9 przez kolektor rozdzielczy 10 do punktu zużycia.

Podczas przygotowywania mieszanki piasek-płyn o dużej zawartości materiału sypkiego hydrauliczną komorę mieszania zastępuje się rurą przelotową, a ciecz z kolektora 11 i materiał sypki z leja zasypowego 1 trafiają bezpośrednio do mieszalnika 7 poprzez wymienna rura (oznaczona linią przerywaną). Gotową mieszaninę wybiera się w taki sam sposób, jak w pierwszym przypadku.

Ryż. 4. Schemat zespołu mieszającego piasek

Pojemność zbiornika 6,5 ​​m3. Maksymalna wydajność ślimaka roboczego (do piasku) wynosi 50 t/h, maksymalna siła podnoszenia 90 kN, wydajność ślimaka załadowczego 12-15 t/h. Masa jednostki z ładunkiem wynosi 23 000 kg, wymiary całkowite to 8700 x 2625 x 3600 mm. Obsługa mieszalnika piasku odbywa się przez jednego kierowcę-motoryzatora. Podczas wykonywania szczelinowania hydraulicznego mieszalnik piasku łączy się z cysternami i agregatami pompowymi za pomocą elastycznych węży. Do agregatu 4PA można podłączyć jednocześnie dwie cysterny i cztery agregaty pompowe (po dwa z każdej strony).

Cysterna 4TSR przeznaczona jest do transportu płynu wykorzystywanego do szczelinowania hydraulicznego i podawania go do zespołu mieszającego lub pompującego piasek. Cysterna 4TSR (rys. 5) zamontowana jest na podwoziu pojazdu KrAZ-219 o sile udźwigu 120 kN i składa się ze zbiornika 1, pompy nurnikowej pionowej 2, układu rurociągów pompy z armaturą 3, zespołu napędowego zespół napędowy 4, zespół napędowy 5, sztywny zespół holowniczy b i łapacz iskier 7.

Zbiornik wyposażony jest w specjalne urządzenie do podgrzewania cieczy za pomocą pary. Aby określić ilość cieczy pobranej ze zbiornika, w jego wnętrzu zamontowany jest pływakowy wskaźnik poziomu. Ciecz pompowana jest z cysterny za pomocą trójtłokowej pompy pionowej o wydajności 16,7 l/s i maksymalnym ciśnieniu 2,0 MPa.

Objętość zbiornika wynosi 9 m3. W zależności od gęstości zawartej w nim cieczy masa cysterny sięga 21 435 kg. Wymiary całkowite 10100 x 2700 x 2740 mm. Czas nagrzania płynu od 20° do 50°C wynosi 2 godziny. Obecnie produkowane są cysterny do płynu szczelinującego o pojemności 17 m 3 . o kodzie TsR-20, czołg zamontowano na ciągniku z przyczepą. Oprócz urządzenia grzewczego i pompy pionowej cysterna wyposażona jest w pompę odśrodkową. pompa o wydajności wody 100 l/s przy maksymalnym ciśnieniu 0,2 MPa.

Podczas szczelinowania hydraulicznego głowica odwiertu wyposażana jest w specjalną armaturę typu 1AU-700, która jest gwintowana do obudowy produkcyjnej. Armatura przeznaczona jest do pracy pod ciśnieniem 70 MPa i składa się z krzyża, głowicy odwiertu, zaworów czopowych, zaworu bezpieczeństwa i innych elementów rurociągu.

Do regulacji pracy całego kompleksu urządzeń i agregatów podczas szczelinowania hydraulicznego stosuje się samobieżny zespół kolektorowy typu 1BM-700, który składa się z kolektorów ciśnieniowych i rozdzielczych, wysięgnika podnoszącego oraz zestawu rur rurowych 60 mm z obrotnicą i szybkozłącza. Całe wyposażenie zespołu kolektora jest zamontowane na podwoziu samochodu terenowego (ZIL-157K).

Kolektor ciśnieniowy składa się ze skrzynki zaworowej z sześcioma wylotami do podłączenia do jednostek pompujących; rura centralna z czujnikiem oprzyrządowania (ciśnieniomierz, gęstościomierz i przepływomierz) do współpracy ze stacją monitorowania i sterowania procesem, dwa kolana do podłączenia do armatury na głowicy odwiertu; zawory grzybkowe i zawór bezpieczeństwa. Kolektor rozdzielczy służy do rozprowadzania cieczy roboczych (roztworu wyciskającego, wody, mieszaniny piasku i cieczy itp.) do zespołów pompujących.

Zestaw rur pompy i sprężarki o średnicy 60 mm służy do podłączenia kolektora ciśnieniowego do głowicy odwiertu i dostarczenia roztworu ciśnieniowego, wody i innych cieczy do kolektora dystrybucyjnego. Aby zmechanizować załadunek i rozładunek zaworów u wylotu bloku przyłączeniowego, zastosowano obrotowy wysięgnik sterowany ręcznie.

Ryc.5

6. OBLICZANIE SZCZĘKOWANIA HYDRAULICZNEGO

1. Obliczanie ciśnienia szczelinowania hydraulicznego

P razr = R v.g. – Р pl + s р;

gdzie R v.g. – pionowe ciśnienie skał;

Рpl – ciśnienie złożowe;

s р – ciśnienie oddzielania skał. Pionowe ciśnienie skał Р v.g. – określone wzorem:

R b.g. = r p gН,

gdzie H jest głębokością formacji;

r p = 2500 kg/m 3 – średnia gęstość skał nadkładowych.

R b.g. = 2500*9,81*2250 = 55,181 MPa

Jeżeli ciśnienie oddzielania skał s p = 1,5 MPa, to ciśnienie rozrywania formacji będzie wynosić:

Rozdzielczość P = 55,181 – 17 + 1,5 = 39,681 MPa.

Ciśnienie rozrywające dolnego otworu można w przybliżeniu wyznaczyć ze wzoru empirycznego:

Rozmiar P = 10 4 * NK,

gdzie K = 1,5 – 2. Przyjmujemy średnią wartość K = 1,75. Następnie

Rozdzielczość P = 10 4 * 2250 * 1,75 = 39,375 MPa.

2. Obliczenie roboczego ciśnienia szczelinowania hydraulicznego głowicy odwiertu.

Dopuszczalne ciśnienie szczelinowania hydraulicznego w głowicy odwiertu określa się ze wzoru:

R du = - rgH + P tr,

gdzie Dн 2, D В 2 to zewnętrzna i wewnętrzna średnica rur osłonowych, m

re n = 0,173 m re b = 0,144 m; s płynięcie = 650 MPa – granica plastyczności stali gatunku L; K = 1,5 – współczynnik bezpieczeństwa, P tr = strata ciśnienia na skutek tarcia w rurach wyznaczana jest ze wzoru Darcy’ego-Weisbacha:

gdzie l jest współczynnikiem oporu hydraulicznego rur, wyznaczonym ze stosunku l = 0,3164/Re 0,5 dla turbulentnego lub l = 64/Re dla laminarnych postaci ruchu płynu w rurze. Tutaj Re (liczba Reynoldsa) jest parametrem określającym reżim przepływu; w Re<2300 поток считается ламинарным, а при

Re >2300 burzliwy.

Re = ndr cm /m cm

gdzie m cm to lepkość mieszaniny piasek-ciecz:

m cm =90*e 3,18*0,091 = 120 mPa*s;

n - prędkość przepływu płynu przez rury, m/s, określa się na podstawie wyrażenia

gdzie Q jest szybkością wstrzykiwania płynu szczelinującego, m 3 /dzień (0,015 m 3 /dzień),

F – przekrój wewnętrzny rury:

F = pD B 2 /4 = 3,14 * 0,144 2 /4 = 0,0162, m 2.

Prędkość płynu:

n = 0,015/0,0162 = 0,926 m/s.

r cm = (r p - r l)C + r l – gęstość mieszaniny (olej + piasek),

C = C 0 /(C 0 +r p) – zawartość objętościowa piasku, C 0 – koncentracja piasku,

C = 250/(250+2500) = 0,091

r cm = (2500-895)*0,091 + 895 = 1041 kg/m 3

Liczba Reynoldsa:

Re = 0,926*0,144*1041/(120*10 -3) = 1156,76 wówczas l = 64/ Re = 0,055

Strata ciśnienia na skutek tarcia w rurach

R tr = 0,055*(1041*0,926 2*2250)/(2*9,81*0,144) = 0,039 MPa.

Zatem dopuszczalne ciśnienie w głowicy odwiertu wynosi:

R du = (0,173 2 -0,144 2)/(0,173 2 +0,144 2)*(650/1,75)+17-1041*9,81*2250*10 -6 =

Dopuszczalne ciśnienie na głowicy odwiertu, w zależności od wytrzymałości gwintów górnej części ciągu rurowego na siły ścinające, określa wzór

gdzie P str jest obciążeniem ścinającym rur osłonowych wykonanych ze stali grupy wytrzymałości L, równym 1,59 MN,

G – siła dokręcania przy wiązaniu otuliny (wzięta z protokołu wierceń), równa 0,5 MN; k – współczynnik bezpieczeństwa, który przyjmuje się jako równy 1,5. Wówczas dopuszczalne ciśnienie w głowicy odwiertu wynosi:

R du = 34,4 MPa.

Z uzyskanych dwóch wartości P du.u. akceptujemy mniejszy (34,4 MPa).

Możliwe ciśnienie denne przy dopuszczalnym ciśnieniu w głowicy odwiertu wynoszącym 34,4 MPa będzie wynosić:

R z = R du + rGН – P tr = 34,4*10 6 + 1041*9,81*2250 – 0,039*10 6 = 57,34 MPa

Biorąc pod uwagę, że wymagane ciśnienie rozrywające na dnie P Cut = 39,375 MPa jest mniejsze niż P z = 57,34 MPa, wyznaczamy ciśnienie robocze na głowicy odwiertu

P y = P dis - rgH + P tr = 39,375 * 10 6 - 1041 * 9,81 * 2250 + 0,039 * 10 6 = 16,9 MPa.

W efekcie ciśnienie na głowicy odwiertu jest niższe od dopuszczalnego, co umożliwia zatłaczanie rurką płynu hydraulicznego szczelinującego.

3. Określenie wymaganej ilości płynu roboczego.

Nie można dokładnie obliczyć ilości płynu szczelinującego. Zależy ona od lepkości płynu szczelinującego i jego filtrowalności, przepuszczalności skał w strefie dennej odwiertu, szybkości wstrzykiwania płynu i ciśnienia szczelinowania. Według danych eksperymentalnych objętość płynu szczelinującego waha się od 5 do 10 m 3 . Załóżmy dla naszego odwiertu V p = 7,5 m 3 ropy.

Ilość cieczy niosącej piasek zależy od właściwości tej cieczy, ilości piasku wpompowanego do formacji i jego stężenia. W praktyce przygotowuje się 20 - 50 m 3 cieczy (V l) i 8 - 10 ton piasku (piasek G).

Stężenie piasku C zależy od lepkości płynu nośnego piasku i szybkości jego wtryskiwania. Dla oleju o lepkości 90 mPa*s przyjmujemy C = 250 kg/m3. W tych warunkach objętość cieczy nośnej piasku:

V pz = G pes / C = 8000/250 = 32 m 3.

Objętość cieczy niosącej piasek powinna być nieco mniejsza niż pojemność rurociągu, gdyż w przypadku pompowania tej cieczy w objętości przekraczającej pojemność kolumny pompy na koniec procesu zatłaczania będą pracować pod niezbędnym ciśnieniem wtłoczyć piasek w pęknięcia. Natomiast wtrysk cieczy z cząstkami ściernymi pod wysokim ciśnieniem prowadzi do bardzo szybkiego zużycia cylindrów i zaworów pomp.

Pojemność ciągu rurowego obudowy o średnicy 168 mm i długości 1800 m wynosi 34 m 3, a przyjęta ilość płynu nośnego piasku wynosi 29 m 3

Optymalne stężenie piasku można wyznaczyć na podstawie szybkości opadania ziaren piasku w przyjętej cieczy roboczej, korzystając ze wzoru

Gdzie C oznacza stężenie piasku, kg/m3;

n - prędkość opadania ziaren piasku o średnicy 0,8 mm w m/h w zależności od lepkości cieczy wyrażona jest graficznie. Zatem dla lepkości płynu nośnego piasku wynoszącego 90 MPa*s n = 15 m/h

C = 4000/15 = 267 kg/m3.

G = 267*29 = 7743 kg.

Aby uniknąć pozostawiania piasku na dnie, objętość płynu wyporowego powinna być o 1,2 - 1,3 większa od objętości kolumny, przez którą pompowany jest piasek. Wymagana objętość płynu wyporowego:

V pr = =3,14*0,144^2*2250*1,3/4 =47,6 m 3

4. Harmonogram szczelinowania hydraulicznego

T = (V r +V zhp +Vpr)\ Q =(7,5+32+47,6)/ 1500=0,06 dnia

Gdzie Q jest dziennym natężeniem przepływu płynu roboczego, m³

5. Promień pęknięcia poziomego

rt=c(Q√(10^-9*μ*tр)/κ)^0,5,m

gdzie c jest współczynnikiem empirycznym zależnym od ciśnienia skały (c = 0,02);

Q – natężenie przepływu płynu szczelinującego; μ-lepkość płynu szczelinującego; czas pobierania tr;

K-przepuszczalność skały.

rt=0,02*(1020√(10^-9*0,05*7,2)/75*10^-15)^0,5=5,3m

6. Przepuszczalność szczelin poziomych

Kt=ω^2/10^4*12,

gdzie ω jest szerokością pęknięcia (ω = 0,1 cm).

Kt=0,1^2/10^4*12=83,3*10^-9 m².

7. Przepuszczalność strefy dennej

Kp.z=(kp*h+kt*ω)/(h+ω),

gdzie kp to przepuszczalność formacji, h to efektywna miąższość formacji (h = 22 m), ω = 0,001 m.

KP.Z=(75*10^-15*22+83,33*10^-9*0,001)/(22+0,001)=3,8*10^-12m²

8. Przepuszczalność całego systemu drenażowego

Kd.s=[kp*kp.z*lg(Rk/rc)]/(kp.z*lg(Rk/rT)+kp*lg(rT/rc))

gdzie Rk jest promieniem obwodu zasilania studni (Rк = 250m), rc jest promieniem dna studni

(rc=0,075m), promień pęknięcia rt, (rt=5,3m)

cd.s=/=1,5*10^-13m².

9. Wydobycie odwiertu po szczelinowaniu hydraulicznym

Q=(2π*cd.c*h* p)/(μ*log(Rк/rt)

gdzie Q to maksymalne natężenie przepływu, m³/s; kd.s – przepuszczalność formacji po szczelinowaniu hydraulicznym, h – efektywna miąższość formacji, Δр – zagłębienie na dnie, Δр = rpl – рз, (Δр = 2,8 MPa), μ – lepkość dynamiczna oleju, (μ = 1sPs* S).

Q=(2*3,14*1,5*10^-13*22*2,8*10^6)/(10^-2*lg(250/5,3))=34,7*10^-4m3/s

10. Liczba jednostek pompujących

gdzie qag=5,1l/s to wydajność jednej jednostki przy drugiej prędkości

p=18,2 MPa (CA-400)

N=(17/5,1)+1=4,3~5

11. Efektywność szczelinowania hydraulicznego

Oczekiwany efekt szczelinowania hydraulicznego można wstępnie określić korzystając z przybliżonego wzoru G.K. Maksimowicza, w którym przyjmuje się, że promień odwiertu rc po szczelinowaniu hydraulicznym jest równy promieniowi szczeliny rt.

n=Q2/Q1=lg(Rк/rс)/log(Rк/rt)

gdzie Q1 i Q2 to produkcja odwiertu odpowiednio przed i po szczelinowaniu hydraulicznym, Rк=250 m,

rs=0,075m, rt=5,3m.

n=lg(250/0,075)/lg(250/5,3)=2,1(razy).

Rzeczywista wydajność może być nieco niższa, ponieważ gdy płyn przepływa przez pęknięcia wypełnione piaskiem, obserwuje się niewielkie straty ciśnienia, które nie są uwzględniane we wzorze.

WNIOSEK

W trakcie obliczeń szczelinowania hydraulicznego można stwierdzić, że przy właściwym doborze składników: składu płynu szczelinującego (stężenie płynu nośnego piasku, płynu złożowego, ich lepkość, skład granulometryczny piasku) , wysokiej jakości wyposażenie: mieszalniki piasku, wyposażenie rurociągów i głowic odwiertów, dobór pakerów do ich prawidłowego zastosowania. Na podstawie obliczeń można zauważyć, że przy szczelinowaniu hydrodynamicznym zwiększa się wydajność odwiertu, przepuszczalność formacji, strefa drenażowa rozszerza się, co pozwala na niemal dwukrotne zwiększenie wydajności odwiertów po szczelinowaniu hydraulicznym w tych samych innych warunkach.

WYKAZ WYKORZYSTANYCH BIBLIOGRAFII

1:00 Yurchuk, A.Z. Istomin, „Obliczenia w wydobyciu ropy naftowej”, Moskwa, „Nedra”

14:00 Usachev, „Szczelinowanie hydrauliczne” Moskwa, „Nedra”, 1986, 165 s.

3. I.M. Muravyov, R.S. Andriasov, Sh.K. Gimatudinov, V.T. Połozkow „Zagospodarowanie i eksploatacja pól naftowych”, Moskwa, „Nedra” 1970, 445 s.