Современные методы интенсификации добычи: гидроразрыв пласта
Datum: 15.08.2012
Современные методы интенсификации добычи: гидроразрыв пласта
Разработка методов интенсификации добычи нефти и газа сейчас находится на передовых позициях мировых научных исследований. Пока спрос на углеводороды растет во всем мире, количество высокодебитовых скважин неуклонно сокращается, поэтому для высокоэффективной добычи приходится применять новые технологии, в первую очередь современные методы гидроразрыва пласта (hydraulic fracturing) в сочетании с микросейсмикой и моделированием скважин.
Впервые гидроразрыв пласта был применен более 60 лет назад, однако открытие больших запасов легкодоступных углеводородов сделало эту дорогостоящую технологию малорентабельной, поэтому до последних лет в России эта технология применялась достаточно редко. Большее развитие технология ГРП получила в США, где она применяется для добычи трудноизвлекаемой нефти и сланцевого газа. По данным Breakthrough Institute, еще в 1980-е министерство энергетики США спонсировало разработку методик ГРП и горизонтального бурения и проводило первые эксперименты на сланцевых залежах. Постепенно технологии совершенствовались, а цены на нефть и газ шли вверх, выводя технологию на уровень рентабельности. Так, в начале 2000-ых развитие методов ГРП, горизонтального кустового бурения и микросейсмики стало одним из важных факторов сланцевой революции, произошедшей в США. Поэтому не удивительно, что все крупнейшие научные центры, ведущие разработки новых технологий гидроразрыва пласта в основном расположены в Северной Америке. Там же проживают и работают ученые с мировым именем, такие как Мишель Экономидис (Michael J. Economides), Стивен Холдитч (Stephen Holditch), Норм Варпински (Norm Warpinski), Крэг Чиполла (Craig L. Cipolla) и другие. Тем не менее, свои научные группы, работающие в данном направлении, сформированы также в Китае, России, Австралии, Великобритании, Германии, Франции, Норвегии и Саудовской Аравии.
Если говорить простым языком, то ГРП методика заключается в закачке в скважину определённого объёма специальной жидкости под высоким давлением вперемешку с гранулообразным расклинивающим материалом (проппантом), в результате чего порода разрывается, формируется дополнительная система трещин, создающая пути для выхода газа или нефти, содержащейся в толще породы. После этого ГРП-жидкость откачивают, и скважина дает продукцию. Таким образом, этот метод стимуляции позволяет не только интенсифицировать добычу запасов в зоне дренирования скважины, но и при определенных условиях существенно расширить эту площадь, приобщив к выработке слабо дренируемые зоны.
Большое значение для качества интенсификации скважины имеет проводимость трещин, полученных в результате ГРП. Увеличение проводимости трещины (conductivity) за счет правильного выбора проппанта и качественной очистки трещины вылилось в отдельное направление научной работы. Так, причиной плохих результатов ГРП, кроме недостаточной длины трещины или неудачного размещения и плохого переноса проппанта, может стать загрязнение трещины, которое является результатом присутствия остаточного полимера, блокирующего поровое пространство между частицами проппанта. После размещения проппантной набивки и прекращения закачки, часть жидкости поглощается породой. Оставшуюся жидкость необходимо откачать, чтобы освободить выход углеводородам. Один из способов улучшения качества очистки – свести к минимуму остатки полимера (технология CleanFlow от Halliburton). Другой вариант – использование как можно меньшего количества полимера. Понятно, что другим важным фактором успешности процедуры ГРП является качество ГРП-жидкости, главное назначение которой – передача с поверхности на забой скважины энергии, необходимой для раскрытия трещины, и транспортировка проппанта вдоль всей трещины. Специально разработанные химические добавки придают жидкости особые свойства, в частности, для лучшего загущения применяются сшивающие агенты, которые соединяют цепочки полимеров. Однако эта жидкость может попасть в грунтовые воды, а затем в систему водоснабжения, по этой причине в некоторых странах (Франция, Швейцария, Болгария, ряд штатов США и др.) введен мораторий на использование гидроразрыва пласта. Многие ученые работают над разработкой более экологически чистых жидкостей (технологии ClearFRAC, CleanSuite, EcoClean и др.).
Одной из прорывных технологий гидроразрыва пласта стало применение различных многостадийных и многозональных методик (multi-zone stimulation technology, multistage fracturing), использование селективного воздействия на пласт. Так, при традиционном однократном гидроразрыве под давлением закачиваемой жидкости оказываются все вскрытые перфорацией пласты одновременно, при селективном – лишь выбранный пласт или интервал, имеющий, например, заниженную продуктивность, а при многократном ГРП осуществляется воздействие последовательно на каждый в отдельности пласт или пропласток. За счет механической изоляции различных участков пласта в многостадийном (многозональном) ГРП обеспечивается точное размещение пачек проппанта, а за счет этого происходит полный охват зоны интенсификации, обеспечивается максимальная эффективная проницаемость трещин, а также снижается риск повысить обводненность скважины.
Из-за постоянных протестов экологов и введённых мораториев активно ищутся новые технологии гидроразрыва, так в качестве альтернативы ГРП-жидкости компания GasFracEnergyServices предлагает технологию waterless fracking method (в буквальном переводе «метод безводного разрыва») или пропановый фрекинг. Суть метода состоит в том, что в пласт закачивается густой гель из сжиженного пропана (LPG fracturing gel), а не смесь воды, проппанта и химикатов, как при ГРП. Компания-разработчик утверждает, что наряду с той же эффективностью по разрыву пласта, что и при ГРП, этот метод безопаснее, так как весь жидкий пропан, закаченный в пласт, переходит в газообразное состояние и удаляется вместе с добываемым газом.
Также в качестве альтернативы водному гидроразрыву пласта используется технология пенных и вспененных ГРП. При пенном ГРП, за счет замены (в среднем 60 % объема) части гелированного водного раствора на сжатый газ (азот или углекислый газ), возрастает проницаемость и проводимость трещин. Кроме того, при проведении пенного ГРП сжатый газ, который был закачан в составе пены, помогает выдавливать отработанный раствор из пласта, что увеличивает объемы отработанной жидкости и снижает время отработки скважины. Еще одной перспективной методикой является «струйное» ГРП, включающее в себя технологии гидропескоструйной перфорации и собственно гидроразрыва пласта.
Для улучшения точности гидроразрыва пласта используется микросейсмическое картирование трещин. Эта технология способствует размещению трещины в намеченном месте и охват обработкой всей зоны. Она также помогает оптимизировать добычу и свести к минимуму необходимое количество скважин и трещин. Результаты микросейсмического картирования трещин могут использоваться для калибрования моделей распространения трещин. Лучшее понимание процесса ГРП, достигнутое на основе информации, полученной в результате осуществления проектов микросейсмического мониторинга, позволяет операторам планировать рациональную расстановку скважин для новых месторождений, подготавливать оптимальные программы ГРП с обоснованием гидроразрыва нескольких зон, оценивать программы перфорации скважин, а также проводить калибровку воздействия на пласт при моделировании гидроразрыва. Кроме того для «дизайна» трещин нередко применяется компьютерное моделирование, используется маркированный проппант (например, CarboNRT) или такие методики как термометрия и использование наклономеров. Впрочем, направление 3D сейсмики и моделирования процессов, происходящих в скважинах, настолько широки, что им стоит посвятить отдельный аналитический обзор. Отметим лишь, что одним из мировых лидеров по микросейсмическому моделированию трещин является компания Pinnacle Technologies (подразделение Halliburton), которая предлагает на рынке свою разработку – систему FracTrac. Также свои разработки есть у Schlumberger, CGGVeritas, Trican Well Service и Baker Hughes. Ряд программ для моделирования процесса ГРП разрабатывается с участием российских специалистов.
Если говорить о применение технологии гидроразрыва пласта в России, то для целого ряда объектов Западной Сибири ГРП стал неотъемлемой частью разработки. На настоящий момент можно утверждать, что ГРП как метод интенсификации добычи нефти используется многими крупными российскими нефтяными компаниями («Роснефть», «ЛУКОЙЛ», ТНК-BP и «Газпромнефть»). При добычи газа ГРП пока используется реже, хотя он все-таки применяется для добычи метана из угольных пластов и уже использовался для интенсификации добычи на сеноманских залежах Ямбургского месторождения и месторождениях Большого Уренгоя, а также на Мыльджинском газовом месторождении. Исследования российского рынка оборудования для проведения ГРП показали, что в России существует несколько отечественных производителей такого оборудования. Кроме того, свои услуги по проведению и мониторингу ГРП на российском рынке предлагает ряд международных сервисных компаний, таких как Schlumberger, Halliburton, Baker Hughes, Weatherford, Trican Well Service, Carbo Ceramics и ExxonMobil.
Несмотря на все плюсы, главным из которых является резкое повышение нефте- и газоотдачи скважин, у технологии существует и целый ряд минусов. Многие считают, что нерациональное использование гидроразрыва пласта является «варварским» методом добычи углеводородов. На первых порах добыча углеводородов резко возрастает, но через некоторое время этот эффект резко спадает, при этом повышается обводненность скважины и происходит разрушение пласта, то есть в долгосрочном периоде добыча сильно затрудняется. Без тщательного проектирования и применения такой технологии результаты после воздействия на пласты могут оказаться разочаровывающими и не оправдать ожиданий, главным образом из-за недостаточного знания характеристик пласта. Во многих случаях перед применением массированного ГРП производится тестовый гидроразрыв, после которого корректируются все параметры «дизайна». Таким образом, применять гидроразрыв пласта следует только после тщательного изучения строения пласта, с учетом данных компьютерного моделирования и геологоразведки, а также при проведении работ производить постоянный контроль гидроразрыва и его корректировку.
Send message