Гидравликалық жару: түрлері, есебі және технологиялық процесі

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-02 13:58

Гидравликалық жару (ГЖ) – ең тиімді геологиялық-техникалық шаралардың бірі, оның мақсаты қабат сұйықтығының өндіру ұңғымаларына ағынын күшейту болып табылады. Бұл технологияны пайдалану ұңғыманың дренаждық радиусы шегінде қорлардың алынуын ұлғайтуға ғана емес, сонымен қатар қабаттың түпкілікті мұнай беруін арттыра отырып, осы аумақты кеңейтуге мүмкіндік береді. Осы факторды ескере отырып, кен орнын игеруді жобалауды ұңғыманың сирек үлгісін орналастыру арқылы жүзеге асыруға болады.

Қысқаша сипаттама

Гидравликалық жарудың мәні келесі процесс арқылы сипатталады:

• қойма шамадан тыс қысымға ұшырайды (технологиялық сұйықтықты тұтыну тау жыныстары сіңіретіннен әлдеқайда көп);
• ұңғымадағы қысым коллектордағы ішкі кернеулерден асып кеткенше артады;
• жыныстар механикалық беріктігі ең аз жазықтықта (көбінесе көлбеу бағытта немесе тігінен) жыртылады;
• қайтаданқалыптасқан және ескі жарықтар ұлғаяды, олардың табиғи кеуектер жүйесімен байланысы пайда болады;
• ұңғыма маңында өткізгіштігінің жоғарылау аймағы артады;
• арнайы түйіршікті пропанттар (пропанттар) қабаттағы қысым жойылғаннан кейін оларды ашық күйде бекіту үшін кеңейтілген сынықтарға айдалады;
• қабат сұйықтығының қозғалысына қарсылық нөлге жуықтайды, нәтижесінде ұңғыма дебитінің жылдамдығы бірнеше есе артады.

Тау жыныстарындағы жарықшақтардың ұзындығы бірнеше жүз метрге жетуі мүмкін, ал ұңғыманың түбі су қоймасының шалғай жерлерімен жалғасады. Бұл емдеудің тиімділігінің маңызды факторларының бірі сүзгілеу арнасын жасауға мүмкіндік беретін жарықшақты бекіту болып табылады. Дегенмен, ұңғыманың өнімділігі жарықшақ мөлшері ұлғайған сайын шексіз өсе алмайды. Максималды ұзындық бар, одан жоғары ағын жылдамдығы қарқынды болмайды.

Қолдану саласы

Бұл технология өндіру (жақсартылған мұнай беру) үшін де, айдау (инъекциялық қабілеттілікті арттыру), көлденең және тік ұңғымалар үшін де қолданылады. Гидравликалық жаруды қолданудың келесі аймақтары ерекшеленеді:

• өткізгіштігі әртүрлі қабаттардағы ластанған түптік зонасы бар ұңғымаларды өндіру жылдамдығын күшейту;
• гетерогенді кен орындарын игеру;
• ұңғыманың қабаттағы табиғи жарықшақ жүйесімен гидродинамикалық байланысын жақсарту;
• қабат сұйықтығының түсу аймағының кеңеюі;
• өткізгіштігі төмен су қоймаларын игеру жәнетөмен маржа ұңғылары;
• айдау ұңғымаларындағы сүзу ағындарының өзгеруі;
• басқа әдістер әсер етпейтін ұңғыма параметрлерін қалпына келтіру.

Гидравликалық жару технологиясының шектері келесі ерекшеліктермен сипатталатын газ-мұнай аймақтары болып табылады:

• жылдам конус (қабат суын ұңғыма түбіне тарту);
• судың немесе газдың кенеттен ұңғыма оқпанына түсуі;
• қоры аз сарқылған резервуарлар, шағын көлемді майға қаныққан линзалар (экономикалық тиімсіздігіне байланысты).

Көбінесе гидравликалық жару орташа және жоғары өткізгіштігі бар резервуарлар үшін ынталандыру әдісі ретінде қолданылады. Олар үшін қабат сұйықтығының түсуін арттырудың негізгі факторы – түзілген жарықшақ ұзындығы, ал тау жыныстарының өткізгіштігі төмен кен орындарында оның ені.

Гидравликалық жару: артықшылықтары мен кемшіліктері

Гидравликалық жарудың артықшылықтары:

• геологиялық құрылымы әртүрлі аймақтарға қолданылады;
• бүкіл су қоймасына да, оның учаскесіне де әсер ету;
• тұңқыр аймағындағы гидравликалық кедергінің тиімді төмендеуі;
• нашар құрғатылған көрші аумақтардың бірігуі;
• арзан жұмыс сұйықтығы (су);
• жоғары табыстылық.

Кемшіліктерге мыналар жатады:

• судың, құмның, қосымша химиялық заттардың үлкен қорларына қажеттілік;
• таста жарықшақты құрудың бақылаусыз процесі, механизмнің болжамсыздығыкрекинг;
• дебиті жоғары ұңғымаларды гидравликалық жарудан кейін іске қосу кезінде пропант сынықтарды жүргізуге болады, нәтижесінде олардың ашылу дәрежесі төмендейді және іске қосылғаннан кейінгі алғашқы айларда дебит төмендейді. жұмыс уақыты;
• бақыланбайтын түтін шығару және қоршаған ортаны ластау қаупі.

Процесс нұсқалары

Жарықтандыру әдістері сынықтардың пайда болу түріне, айдалатын сұйықтық пен пропанттар көлеміне және басқа сипаттамаларға байланысты ерекшеленеді. Гидравликалық жарудың негізгі түрлеріне мыналар жатады:

• Қабатқа әсер ету ауданы бойынша: жергілікті (сыну ұзындығы 20 м-ге дейін) - ең кең таралғаны; терең енетін (сыну ұзындығы 80-120 м); массалық (1000 м және одан да көп).
• Тігістерді жабу бойынша: жалғыз (барлық тігістерге және аралық қабаттарға әсер ету); бірнеше (2 немесе одан да көп қабаттары ашылған ұңғымалар үшін); интервал (нақты резервуар үшін).
• Арнайы әдістер: қышқылмен жару; TSO технологиясы - су-мұнай контактісіне олардың таралуын болдырмау және пропант айдау көлемін азайту үшін қысқа жарықтарды қалыптастыру (бұл әдіс құмды қабаттарда жоғары тиімділікті көрсетеді); импульс (тері әсерін азайту үшін орташа және жоғары өткізгіштіктегі тау жыныстарында бірнеше радиалды дивергентті жарықшақтардың пайда болуы - олардың сүзгіш қабат сұйықтығының құрамындағы бөлшектермен ластануына байланысты кеуектер өткізгіштігінің нашарлауы.

Бірнешебос орын

Бірнеше гидравликалық жару бірнеше әдістермен орындалады:

1. Біріншіден, кәдімгі технология арқылы жарықшақ жасалады. Содан кейін ол тесіктерді жабатын заттарды (түйіршіктелген нафталин, пластикалық шарлар және т.б.) айдау арқылы уақытша бітеліп қалады. Осыдан кейін гидравликалық жару басқа жерде орындалады.
2. Аймақтарды бөлу орауыштар немесе гидравликалық қақпалар арқылы жүзеге асырылады. Әрбір аралық үшін гидравликалық жару дәстүрлі схемаға сәйкес жүзеге асырылады.
3. Төменгі аймақтардың әрқайсысын құм тығынымен оқшаулау арқылы кезеңді гидравликалық жару.

Сазды секцияларда ең тиімдісі тік жарықшақтарды жасау болып табылады, өйткені олар өнімді мұнай және газ аралық қабаттарын біріктіреді. Мұндай сынықтар сүзілмейтін сұйықтықтардың әсерінен немесе инъекция жылдамдығының жылдам артуы нәтижесінде пайда болады.

Гидравликалық жаруға дайындық

Гидравликалық резервуар технологиясы бірнеше кезеңнен тұрады. Дайындық жұмыстары келесідей:

1. Қабат сұйықтығының түсуі үшін ұңғыманы зерттеу, жұмыс сұйықтығын сіңіру және гидравликалық жару үшін қажетті қысымды анықтау мүмкіндігі.
2. Тұңқырды құмнан немесе сазды қыртыстан тазарту (қысыммен сумен жуу, тұз қышқылымен өңдеу, гидроқұмды тесу және басқа әдістер).
3. Ұңғыманы арнайы үлгімен тексеру.
4. Жұмыс сұйықтығын беру үшін ұңғыма құбырларына түсу.
5. Қорпақты қорғау үшін қысымды орауыш пен гидравликалық анкерлерді орнату.
6. Ұңғыманың сағасын орнатусорғы қондырғыларын айдау құбырларына қосуға және ұңғыманы герметизациялауға арналған жабдық (коллектор, майлағыш және басқа құрылғылар).

Гидравликалық жару кезіндегі технологиялық жабдық құбырларының негізгі диаграммасы төмендегі суретте көрсетілген.

Жарылу реті

Гидравликалық жару техникасы мен технологиясы келесі процедуралардан тұрады:

1. Айдау құбырлары жұмыс сұйықтығымен қамтамасыз етіледі (көбінесе өндіру ұңғымасының мұнайы немесе айдау ұңғымасының суы).
2. Жару сұйықтығының қысымын максималды жобалық мәнге дейін арттырыңыз.
3. Пакердің тығыздығын тексеріңіз (сақинадан сұйықтықтың асып кетуі болмауы керек).
4. Пропант жұмыс сұйықтығына гидравликалық сынудан кейін қосылады. Бұл ұңғыманың айдау қабілетінің күрт артуы арқылы бағаланады (сорғылардағы қысымның төмендеуі).
5. Радиоактивті изотоптар ядролық каротажды қолдану арқылы жоғалту аймағын кейін тексеру үшін пропанттың соңғы партиясына кіреді.
6. Жарықтарды сенімді бекіту үшін ең жоғары қысымды сығу сұйықтығын беріңіз.
7. Ұңғыма оқпанына қабат сұйықтығының түсуін қамтамасыз ету үшін жару сұйықтығын түбінен алу.
8. Техникалық жабдықты бөлшектеңіз.
9. Ұңғыма іске қосылуда.

Егер ұңғыма салыстырмалы түрде таяз болса, онда жұмыс сұйықтығын қаптама құбырлары арқылы беруге рұқсат етіледі. Гидравликалық жаруды онсыз да жүргізуге боладыпакер - түтік құбырлары мен сақина арқылы. Бұл тұтқырлығы жоғары сұйықтықтар үшін гидравликалық шығындарды азайтады.

Гидравликалық жаруға арналған машиналар мен механизмдер

Гидравликалық жару жабдықтары келесі жабдық түрлерін қамтиды:

• Жердегі машиналар мен құрылғылар: сорғы қондырғылары (ANA-105, 2AN-500, 3AN-500, 4AN-700 және т.б.); автомобиль шассиіндегі құм араластырғыш қондырғылар (ZPA, 4PA, USP-50, Kerui, Lantong және т.б.); сұйықтықтарды тасымалдауға арналған автоцистерналар (ATsN-8S және 14S, ATK-8, Sanji, Xishi және т.б.); ұңғыма сағасының құбырлары (коллектор, ұңғыма сағасы, жабу клапандары, бақылау клапандары бар тарату және қысым коллекторлары, манометрлер және басқа жабдық).
• Көмекші жабдық: өшіру операцияларына арналған агрегаттар; лебедкалар; бақылау және бақылау станциялары; құбырлар және басқа жабдықтар.
• Жер асты жабдығы: гидравликалық жару жоспарланған қабатты өндірістік тізбектің басқа бөлігінен оқшаулауға арналған орауыштар; жоғары қысымның әсерінен жер асты жабдығын көтеруді болдырмайтын анкерлер; түтік бауы.

Жабдықтың түрі мен саны гидравликалық жарудың жобалық параметрлері негізінде анықталады.

Дизайн сипаттамалары

Гидравликалық сынуды есептеу үшін келесі негізгі формулалар қолданылады:

1. BHP (МПа) фильтрленген сұйықтықты пайдаланып гидравликалық жаруға арналған: p=10^-2KL_c, мұндағы K – 1, 5-1, 8 МПа/м, L мәндер ауқымынан таңдалған коэффициент _{c – ұңғыма ұзындығы, м.}
2. Сұйықтықтың құммен айдау қысымы (сынуға арналған): p_p =p - ρgL_c + p_t, мұндағы ρ - құм тасымалдаушы сұйықтықтың тығыздығы, кг/м³, g=9,8 м/с², p _t – құм тасымалдайтын сұйықтықтың үйкелісінен қысымның жоғалуы. Соңғы көрсеткіш мына формула бойынша анықталады: p_t =8λQ² ρL_c/(πdB₎2 ^B – құбырдың ішкі диаметрі.
3. Сорғы қондырғыларының саны: n=pQ/(p_pQ_pK_T) + 1, мұндағы p_p - сорғының жұмыс қысымы, Q_p - берілген қысымдағы оның берілуі, K T- машинаның техникалық жағдайының коэффициенті (0,5-0,8 шегінде таңдалған).
4. Орын ауыстыру сұйықтығының мөлшері: V=0, 785d_B²L_c.

Егер гидравликалық жару пропант ретінде құмды қолдану арқылы орын алса, онда оның 1 операциядағы мөлшері 8-10 тонна деп қабылданады, ал сұйықтық мөлшері мына формуламен анықталады:

V=Q_sC_s, мұндағы Q_s – құм мөлшері, t, C_s – 1 м^{3 сұйықтықтағы құм концентрациясы.}

Бұл параметрлерді есептеу маңызды, өйткені гидравликалық жару кезінде тым жоғары қысым мәнінде сұйықтық қабатқа сығады, апаттар орын алады.өндірістік баған. Әйтпесе, мән тым төмен болса, қажетті қысымға жете алмағандықтан, гидравликалық сынуды тоқтату қажет болады.

Сынықтыру дизайны келесідей орындалады:

1. Қолданыстағы немесе жоспарланған кен орнын игеру жүйесіне сәйкес ұңғымаларды таңдау.
2. Бірнеше факторларды ескере отырып ең жақсы жарықшақ геометриясын анықтау: тау жыныстарының өткізгіштігі, ұңғыма торы, мұнай мен судың жанасуына жақындығы.
3. Тау жыныстарының физика-механикалық сипаттамаларын талдау және жарықшақтардың пайда болуының теориялық моделін таңдау.
4. Пропант түрін, мөлшерін және концентрациясын анықтау.
5. Сәйкес реологиялық қасиеттері бар жарғыш сұйықтықты таңдау және оның көлемін есептеу.
6. Басқа технологиялық параметрлерді есептеу.
7. Экономикалық тиімділік анықтамасы.

Frac сұйықтықтары

Жұмысшы сұйықтықтар (орын ауыстыру, жару және құм тасымалдаушы) гидравликалық жарудың маңызды элементтерінің бірі болып табылады. Олардың әртүрлі түрлерінің артықшылықтары мен кемшіліктері ең алдымен реологиялық қасиеттерге байланысты. Егер бұрын тұтқыр мұнай негізіндегі композициялар ғана қолданылса (олардың қабатпен сіңірілуін азайту үшін), онда сорғы қондырғыларының қуатының артуы қазір тұтқырлығы төмен су негізіндегі сұйықтықтарға ауысуға мүмкіндік берді. Осыған байланысты құбырлар тізбегіндегі ұңғыма сағасының қысымы мен гидравликалық кедергі жоғалтулары төмендеді.

Әлемдік тәжірибеде келесігидравликалық жарғыш сұйықтықтардың негізгі түрлері:

• Пропанттары бар және қоспасыз су. Оның артықшылығы - төмен баға. Кемшілігі – су қоймасына ену тереңдігінің төмендігі.
• Полимер ерітінділері (гуар және оның туындылары PPG, CMHPG; целлюлоза гидроксиэтил эфирі, карбоксиметилцеллюлоза, ксантан сағызы). Молекулаларды өзара байланыстыру үшін B, Cr, Ti, Zr және басқа металдар қолданылады. Құны бойынша полимерлер орта санатқа жатады. Мұндай сұйықтықтардың кемшілігі резервуардағы теріс өзгерістердің жоғары қаупі болып табылады. Артықшылықтары үлкен ену тереңдігін қамтиды.
• Көмірсутекті фазадан (дизельдік отын, мұнай, газ конденсаты) және судан (минералды немесе тұщы) тұратын эмульсиялар.
• Көмірсутекті гельдер.
• Метанол.
• Қоюланған көмірқышқыл газы.
• Көбік жүйелері.
• Айқастырылған гельдерден, азот немесе көмірқышқыл газынан тұратын көбік гельдері. Олардың құны жоғары, бірақ коллектордың сапасына әсер етпейді. Басқа артықшылықтар - жоғары пропант өткізу қабілеті және аз қалдық сұйықтықпен өзін-өзі жою.

Бұл қосылыстардың қызметін жақсарту үшін әртүрлі технологиялық қоспалар қолданылады:

• беттік белсенді заттар;
• эмульгаторлар;
• сұйықтық үйкелісін азайтатын буындар;
• көбік шығарғыштар;
• қышқылдықты өзгертетін қоспалар;
• термиялық тұрақтандырғыштар;
• бактерицидтік және коррозияға қарсы қоспалар және басқалар.

Гидравликалық жарғыш сұйықтықтардың негізгі сипаттамаларына мыналар жатады:

• жарықты ашу үшін қажетті динамикалық тұтқырлық;
• сұйықтықтың жоғалуын анықтайтын инфильтрация қасиеттері;
• проппантты ерітіндіні мерзімінен бұрын шөгіп алмай, тасымалдау мүмкіндігі;
• шығу және температура тұрақтылығы;
• басқа реагенттермен үйлесімділік;
• коррозиялық белсенділік;
• жасыл және қауіпсіз.

Төмен тұтқырлығы бар сұйықтықтар резервуардағы қажетті қысымға жету үшін үлкен көлемді айдауды қажет етеді, ал тұтқырлығы жоғары сұйықтықтар сорғы жабдығымен әзірленген көбірек қысымды қажет етеді, өйткені гидравликалық кедергіде айтарлықтай жоғалтулар орын алады. Тұтқырлығы жоғары сұйықтықтар жыныстардағы төмен сүзгіштігімен де сипатталады.

Тіркеу материалдары

Ең жиі қолданылатын пропанттар немесе пропанттар:

• Кварц құмы. Ең кең таралған табиғи материалдардың бірі, сондықтан оның құны төмен. Әртүрлі геологиялық жағдайларда (әмбебап) жарықтарды түзетеді. Гидравликалық жару үшін құм түйіршіктерінің өлшемі 0,5-1 мм таңдалады. Құм тасымалдаушы сұйықтықтағы концентрация 100-600 кг/м3 арасында ауытқиды. Күшті жарылуымен сипатталатын тау жыныстарында материал шығыны 1 ұңғымаға бірнеше ондаған тоннаға жетуі мүмкін.
• Бокситтер (алюминий оксиді Al₂O_{3). Пропанттың бұл түрінің артықшылығы оның құммен салыстырғанда үлкен беріктігі болып табылады. Өндірушібоксит кенін ұсақтау және күйдіру.}
• Цирконий оксиді. Оның алдыңғы пропант түріне ұқсас қасиеттері бар. Еуропада кеңінен қолданылады. Мұндай материалдардың жалпы кемшілігі олардың жоғары құны болып табылады.
• Керамикалық түйіршіктер. Гидравликалық жару үшін мөлшері 0,425-тен 1,7 мм-ге дейінгі түйіршіктер қолданылады. Олар орташа күшті пропанттарға жатады. Жоғары экономикалық тиімділікті көрсетіңіз.
• Шыны мәрмәр. Бұрын терең ұңғымалар үшін пайдаланылған, қазір толығымен дерлік арзан бокситтермен ауыстырылды.

Қышқылды сыну

Қышқылды гидравликалық жарудың мәні мынада: бірінші кезеңде сынық жасанды түрде жасалады (дәдімгі гидравликалық жару технологиясындағыдай), содан кейін оған қышқыл айдалады. Соңғысы тау жыныстарымен әрекеттеседі, ұңғы түбінің аймағында коллектордың өткізгіштігін арттыратын ұзын арналар жасайды. Нәтижесінде ұңғыдан мұнай алу коэффициенті артады.

Гидравликалық жару процесінің бұл түрі әсіресе карбонатты түзілімдер үшін тиімді. Зерттеушілердің айтуынша, дүниежүзіндегі мұнай қорының 40%-дан астамы осы қабат типімен байланысты. Бұл жағдайда гидравликалық жару техникасы мен технологиясы жоғарыда сипатталғандардан аздап ерекшеленеді. Жабдық қышқылға төзімді дизайнда жасалған. Тежегіштер (формалин, уникол, уротропин және т.б.) машиналарды коррозиядан қорғау үшін де қолданылады.

Қышқылды сыну түрлері мына сияқты материалдарды пайдаланатын екі сатылы өңдеу болып табылады:

• полимерлі қосылыстар (PAA, PVC, гипан жәнебасқалары);
• латекс қосылыстары (SKMS-30, ARC);
• стирол;
• шайырлар (BNI-5, TSD-9, TS-10).

Қышқыл еріткіштер ретінде 15% тұз қышқылы ерітіндісі, сондай-ақ арнайы композициялар (SNPKh-9010, SNPKh-9633 және т.б.) пайдаланылады.

Қышқылды сыну түрлері мына сияқты материалдарды пайдаланатын екі сатылы өңдеу болып табылады:

• полимерлі қосылыстар (PAA, PVV, гипан және т.б.);
• латекс қосылыстары (SKMS-30, ARC);
• стирол;
• шайырлар (BNI-5, TSD-9, TS-10).

Қышқыл еріткіштер ретінде 15% тұз қышқылы ерітіндісі, сондай-ақ арнайы композициялар (SNPKh-9010, SNPKh-9633 және т.б.) пайдаланылады.