1.1.3. Жидкости для гидроразрыва

Жидкости для гидроразрыва используются для осуществления двух основных функций:

• Жидкости для гидроразрыва должны обеспечивать давление, необходимое для создания трещин и их распространения в пласт.

Жидкости для гидроразрыва должны быть способны переносить расклинивающий агент на всю глубину трещины, для того, чтобы пласт не возвращался в свое первоначальное состояние при остановке насосов и уменьшении давления до обычной величины.

В то время как для создания трещин используются многие специальные жидкости и системы жидкостей, основные их типы подразделяются на две категории, а именно, на линейные и молекулярно связанные жидкости. Линейные жидкости обладают одной и той же вязкостью от смешивания до закачки в пласт, в то время как молекулярно связанные жидкости используют полимеры для увеличе­ния вязкости в течении определенного периода времени в процессе образования разрывов в пласте

Стадии использования жидкостей при гидроразрыве пласта

Существует четыре типа жидкостей для использования в процессе обычных работ по гидроразрыву пласта. Это жидкости для:

• подготовки к гидроразрыву,

• гидроразрыва пласта,

• нагнетания в пласт,

• промывки.

Подготовка к гидроразрыву производится для охлаждения труб и для выполне­ния работ по испытанию пласта на закачку. Важно охладить трубы в скважине, так как нагрев жидкости при прохождении через них может приводить к прежде­временной связке ее составляющих, что ведет к повышению гидравлических по­терь при закачке жидкости в пласт. Как правило, если жидкость для гидроразрыва закачивается в пласт по НКТ, объем жидкости для подготовительной стадии выбирается равным объему труб плюс 50%. Если жидкость для гидроразрыва закачивается через обсадную колонну, объем выбирается равным объему обсадной колонны плюс 25%.

Гидроразрыв производится для образования и распространения трещины в пласте. Важно выбрать объем жидкости для гидроразрыва, соответствующий желаемой половине длины разрыва. Слишком малый объем жидкости на данной стадии может привести к преждевременному выпадению расклинивающего агента. Слишком большой объем увеличивает затраты на проведение работ без существенного увеличения продуктивности скважины. Хотя некоторые клиенты требуют закачки жидкости для гидроразрыва, минуя стадию подготовки к гидроразрыву, такая практика должна избегаться, так как объем жидкости для гидроразрыва зачастую недостаточен для соответствующего охлаждения труб перед закачкой раствора.

Нагнетание в пласт является частью процесса гидроразрыва, в ходе которого происходит перенос расклинивающего агента в трещину. Хотя в некоторых случаях раствор может состоять только из геля, в большинстве случаев термин раствор включает как гель, так и расклинивающие агенты, переносимые этим гелем.

Промывка

В завершение, для удаления раствора из труб проводится промывка. Важно, чтобы в процессе промывки, жидкость не достигла верха перфорационных отверстий и не прошла через них. Проход промывочной жидкости через перфорацион­ные отверстия может привести к сдавливанию (или к сужению) поверхности пес­ка, что может затруднить приток жидкостей пласта в скважину после завершения процесса гидроразрыва.

Характеристики жидкостей

Наиболее важными характеристиками жидкостей для гидроразрыва являются:

• вязкость,

• эффективность,

• совместимость,

• стабильность,

• гидравлические потери,

• контролируемые разрушения геля и очистка,

• экономичность.

Вязкость

Так как вязкость может быть определена как сопротивление потока, то чем выше вязкость жидкости для гидроразрыва, тем сложнее ее ввести в пласт. С другой стороны, так как жидкость должна переносить расклинивающий агент, она должна быть достаточно вязкой для предотвращения оседания расклиниваю­щего агента до того, как он успеет достичь конца разрыва.

Эффективность жидкости для гидроразрыва определяется как отношение объема гидроразрыва к объему закачанной жидкости.

Так как успех работ по гидроразрыву зависит от увеличения производительности скважины, для того, чтобы гарантировать окупаемость затрат, надо помнить, что чем более эффективна жидкость для гидроразрыва, тем более выгодными являются работы по гидроразрыву для клиента (Необходимо также учитывать и другие факторы транспортные расходы, затраты на очистку и т.д.).

Совместимость

При определении совместимости жидкости для гидроразрыва важно не только определить ее совместимость с жидкостями пласта, но также со всеми добавками, используемыми в ней. Несовместимые жидкости или добавки могут привести к ее эмульгированию или к блокированию пласта, что не позволит скважине после обработки достичь ожидаемого уровня производительности.

Стабильность жидкости для гидроразрыва означает продолжительность времени, в течение которого жидкость остается в гелеобразном состоянии после связки ее молекулярных цепей. В прошлом рекомендовалось, чтобы при четырехчасовой продолжительности работ гель оставался стабильным в течение шести часов.

Работа зачастую планируется таким образом, чтобы стабильность жидкости, закачиваемой в конце работы, была значительно ниже, чем на стадии нагнетания в пласт. Низкая стабильность жидкости, такая как 15 минут, может считаться при­емлемой или даже желательной в конце работы, для возможности быстрого об­ратного перетока с минимальным возвратом расклинивающего агента назад на поверхность

Гидравлические потери

Чем ниже гидравлические потери, тем выше эффективность работ по гидро­разрыву. Большие гидравлические потери ведут к большим затратам на энергию для клиента, что ведет к увеличению затрат на работы по гидроразрыву. К тому же, более высокие гидравлические потери требуют повышенного давления нагне­тания, что не так безопасно, как работа с низким давлением.

Контролируемость разрушения геля и очистка

Необходимо контролировать разрушение связанного геля для того, чтобы быть уверенным в его стабильности и эффективности. Установление правильного времени разрушения геля позволяет повысить скорость очистки и эффективность работ по гидроразрыву. Контролируемое разрушение геля обычно определяет стабильность жидкости, рассмотренную выше.

Типы жидкостей для гидроразрыва

Шестью основными типами жидкостей для гидроразрыва являются:

• линейные жидкости на водной основе,

• молекулярно связанные жидкости на водной основе,

• жидкости на нефтяной основе,

• многофазные жидкости (активированные пены и полиэмульсии),

• кислотные жидкости,

• вязкоупругие жидкости на основе поверхностно-активных веществ.

В номенклатуре линейные жидкости на водной основе обозначаются префиксом "WF" как жидкости для гидроразрыва и часто используются для охлаждения и промывки.

Молекулярно связанные жидкости на водной основе обозначаются префиксом "YF", как жидкости массированного разрыва, и обычно применяются для транс­портировки расклинивающего агента.

Жидкости на нефтяной основе исторически были первыми жидкостями, приме­няемыми для гидроразрывов, по причине нежелательности закачки воды в пласт. В настоящее время они используются только для пластов чувствительных к раз­буханию, так как они намного дороже жидкостей на водной основе.

Полимеры

В жидкостях для гидроразрыва, молекулярно связанных и молекулярно несвязанных, используются полимеры, для увеличения вязкости и поддержания стабильности в широком температурном диапазоне. Наиболее часто используемыми полимерами являются:

• Гуаровая смола (PSG),

• Гидроксипропилгуар (HPG),

• Гидроксиэтилцеллюлоза (НЕС),

• Ксантановая смола (полимер),

• Карбоксилметилгидроксипропилгуар (CMHPG).

PSG является наиболее часто используемой и наиболее дешевой жидкостью. HPG является производным от гуаровой смолы, которая подверглась очистке для удаления мелких частиц. Наиболее часто он используется в глубоких скважинах с высокой температурой. НЕС используется в наматываемых на барабан насосно- компрессорных трубах для гравийной набивки или как отклонитель. Недостатком НЕС является то, что после его закачки требуется кислотная очистка. Ксантановая смола является биополимером, который используется при низких температурах (ниже 10°С). И, наконец, CMHPG более дорог, чем PSG и HPG, но его можно применять в пластах с высокой температурой.

Реагенты для молекулярной связки

Реагент для молекулярной связки связывает полимерные цепочки жидкости для гидроразрыва пласта, повышая ее вязкость. Типичная полимерная жидкость с вязкостью 30 сантипуаз при связке может увеличить вязкость до 400 сантипуаз. В то время как такая высокая вязкость может быть полезной при переносе расклинивающего агента в разрыв пласта, она может вызывать сильное увеличение гидравлических потерь, если только связка не задерживается до того момента, когда жидкость оказывается у поверхности песка. Двумя основными типами связывающх реагентов являются

• боратные

• металлоорганические.

Боратные связывающие реагенты легко вымываются, так как полимеры остаются в связанном состоянии только ограниченное количество времени. Двумя основными типами металлоорганических связывающих реагентов являются:

• титановые комплексы, которые используются с углекислым газом и азотом,

• циркониевые комплексы, которые иногда используются с азотом.