1.1.4. Добавки к жидкостям для гидроразрыва

Жидкость для гидроразрыва - это не просто жидкость, вязкость которой по­вышена, как, например, вода с гуаровым полимером или дизельное топливо с по­лимером сложного эфира фосфата алюминия. Жидкости для гидроразрыва - это комплексные смеси, обычно содержащие пять или более добавок.

Добавки - это твердые или жидкие материалы, добавляемые к основе жидкости для гидроразрыва для того, чтобы изменить свойства жидкости (например, чувствительность к температуре или способность препятствовать фильтрации жидкости в пласт). Добавки - это все, что добавляется в жидкость для гидрораз­рыва, кроме воды, полимеров и связывающих агентов (сгустителей).

Некоторые материалы не считаются добавками потому, что они предназначены для приготовления основного раствора. К этим материалам относятся:

• активаторы,

• некоторые буферные жидкости,

• связывающие агенты (сгустители),

• эмульгаторы,

• пенообразующие агенты,

• полимеры,

• соли, такие, как хлорид калия (КСl), хлорид аммония (NH₄Cl) или хлорид тетраметиламмония ([CH₃]₄NCl).

Типы добавок

Наиболее распространенными типами добавок к жидкости для гидроразрыва являются:

• бактерициды (такие, как Bio-Clear-1000, которые препятствуют росту бактерий или Bio-Clear-2000, который убивает существующие бактерии),

• разрушители геля (которые расщепляют связанные жидкости),

• буферные растворы (которые используются для регулирования сгущения),

• стабилизаторы неустойчивых глин (такие, как CCS-10 и NCL-100),

• добавки для снижения фильтрации (такие, как J418 и J84),

• понизители трения (специальные гели, которые уменьшают трение в трубах),

• деэмульгаторы (такие, как FS-100 и NE-201),

• поверхностно-активные вещества (такие, как S75, U78 и F40),

• стабилизаторы температуры (такие Тиосульфат натрия [J353] и К46).

Бактерициды

Назначение бактерицидов заключается в следующем:

• снижать разложение геля в связи с ростом бактерий,

• защищать пласт от роста бактерий,

• предотвращать проникновение в пласт бактерий во время операции по гидроразрыву пласта.

Одной из проблем, вызываемых бактериями, является образование бактериальной слизи в скважине, которая снижает проницаемость трещин. Считается, что бактерии, попадающие с жидкостью для гидроразрыва также вызывают закисание некоторых скважин.

Жидкости для гидроразрыва на водяной основе не должны закачиваться в скважину без каких-либо бактерицидов. Бактерициды необходимы в жидкости для гидроразрыва на нефтяной основе, которая применяется совсем по-другому, нежели ее аналог на водяной основе. Бактерии бывают:

• аэробными или

• анаэробными.

Аэробным бактериям для жизни необходим кислород. Анаэробные бактерии могут существовать без кислорода.

Разрушители геля используются для уменьшения вязкости связанных (сгущенных) жидкостей для того, чтобы очистку можно было проделать быстрее и эффективнее. Кроме того, разрушители геля разрушают жидкость таким образом, что проппантная (расклинивающая) набивка разрушается, и повреждения поверхности пласта уменьшаются. Одним словом, они разрушают основу связей геля, что приводит к быстрому и легкому разложению геля.

Существуют разрушители геля как для жидкостей для гидроразрыва на водной основе, так и на нефтяной основе. Для жидкостей на водной основе предусмотрены ферментные разрушители геля (которые поглощают гель) и окисляющие разрушители геля (которые разлагают гель). Кроме того, существуют интенсификаторы разрушителей геля, которые используются для того, чтобы разрушители геля действовали более эффективно при пониженных температурах. J603 и МЗ - это разрушители для жидкости на нефтяной основе. Эти разрушители геля ослабляют связи между углеводородами и гелем понижая, таким образом, вяз­кость.

Буферные растворы используются для установления необходимого значения р. жидкости для гидроразрыва. Они бывают как слабыми кислотами, так и основаниями, хотя основания применяются более распространенно. Есть две различные области применения буферных растворов:

• Они обеспечивают гидратацию гуара или других полисахаридов для создания необходимой основной жидкости или не связанной (не сгущенной) жидкости, так как высокое значение рН или высокое содержание углеводородов затрудняют гидратацию.

• Они удерживают значение рН в довольно узком диапазоне при увеличении температуры (когда жидкость закачивается в скважину), что способствует более эффективному загущению полимеров.

Наиболее часто используемыми буферными растворами являются растворы кар­боната натрия и бикарбоната натрия.

Стабилизаторы глины используются для предотвращения разбухания или перемещения глины в пласте в ходе разрыва, что может привести к снижению проницаемости. Глины состоят из алюмосиликатных минералов, диаметр частиц которых меньше диаметра частиц пыли или песка. Распространенными типами глин являются:

• каолинит,

• иллит,

• хлорит,

• смектит и

• смешанно-слоистая глина.

Хлорид калия, хлорид аммония и хлорид тетраметиламмония являются наиболее широко используемыми стабилизаторами глин и должны закачиваться при концентрации не более 2%. Закачивание растворов с концентрацией 4% или 5%, как это нередко делается, может привести к образованию в скважине накипи, из- за которой ухудшается добыча из пласта. Основные методы регулирования глины таковы:

• ионная нейтрализация,

• образование органического барьера или объединение частиц.

Объединение частиц производится закачиванием в пласт кислоты.

Добавки для снижения водоотдачи используются для уменьшения фильтрации жидкости в пласт. Это увеличивает эффективность жидкости и предотвращает преждевременное выпадение песка. Лабораторные данные показывают отклонение во времени между ожидаемым и действительным объемом фильтрата, которое происходит из-за потери жидкости.

Добавки для снижения водоотдачи никогда не должны закачиваться с песком, так как это может привести к нарушению эксплуатационных качеств пласта. Материалы, увеличивающие фильтрацию, должны вводиться в пласт на дополнительной стадии во время операции гидроразрыва, до закачивания жидкостей, содержащих расклинивающие агенты.

Есть три основных типа добавок для снижения водоотдачи:

• добавка в виде инертных частиц,

• нефтерастворимые добавки (которые, теоретически, растворяются пластовыми жидкостями во время эксплуатации скважины) и

• эмульсии (агенты К1 и вспенивающие агенты).

Понизители трения

Для уменьшения трения в жидкостях для гидроразрыва пласта на водяной основе обеспечивают низкие концентрации PSG или HPG. Для уменьшения трения в жидкостях для гидроразрыва пласта на нефтяной основе используется сополимер акрилонитрила (J257). Имеется также понизитель трения для кислот. Все эти понизители трения облегчают закачивание жидкости, уменьшая потери давления на трение в трубах, сокращая, таким образом, расходы заказчика на оплату энергии.

Понизители трения бесполезны, если жидкость накачивается в виде турбулентного потока.

Деэмульгаторы используются для предотвращения образования или для разру­шения эмульсий, образующихся при смешивании жидкостей для гидравлического разрыва пласта с пластовыми флюидами. Эмульсии обычно образуются под дей­ствием эмульгирующих агентов, таких, как сырая нефть, частицы пыли или асфальтены. Деэмульгатор NE-201 используется для предотвращения эмульгирова­ния агентов, a F54 - для разрушения эмульсий после их образования. Так как эти эмульсии могут препятствовать вытеканию пластовых флюидов в ствол скважи­ны, их уменьшение необходимо для эффективной разработки пласта.

Для предотвращения эмульгирования или разрушения эмульсии необходимы лабораторные исследования. Избыточная концентрация деэмульгаторов может быть вредной.

Поверхностно-активные агенты

Поверхностно-активные агенты, по-английски "surfactants"- термин, образо­вавшийся в результате сокращения фразы "a surface active agents". Поверхностно- активные агенты используются для изменения характеристик на границах раздела сред жидкости-жидкость или жидкости-газ. Поверхностно-активные агенты могут быть как гидрофобными (нефтерастворимыми), так и гидрофильными (воднорастворимыми). Но поверхностно-активные агенты могут изменять смачиваемость породы. Так как порода, смоченная водой, позволяет нефти протекать мимо легче, чем порода, смоченная нефтью, следует обязательно удостовериться, что породы пласта не смочились нефтью во время закачки поверхностно-активных агентов в пласт.

Выбор поверхностно-активных агентов должен основываться на лаборатор­ном тестировании или промысловых данных (поведении скважины).

Существует разница между породами, смоченными водой и нефтью, и как показали лабораторные исследования, по мере возрастания проницаемости пласта для воды понижается проницаемость для нефти. Таким образом, смоченные неф­тью породы могут значительно снизить продуктивность пласта. Есть три главных типа поверхностно-активных агентов:

• не ионные,

• катионные,

• анионные.

Не ионные поверхностно-активные агенты (такие, как F75N и F40) электри­чески нейтральны, но очень хорошо улучшают смачиваемость материала водой. Они понижают поверхностное натяжение до 20 - 25 дин на сантиметр.

Катионные поверхностно-активные агенты (такие, как F78) также улучшают смачиваемость материала водой, но имеют положительный заряд, в то время как анионные поверхностно-активные агенты) (такие, как F52-1) улучшают смачи­ваемость материала водой, не растворяются в нефти и имеют отрицательный за­ряд.

Стабилизаторы температуры используются для предотвращения разложения жидкостей на водной основе при температурах выше 120°С. Стабильность темпе­ратуры зависит от типа и концентрации используемого полимера, значения рН жидкости и от присутствия в жидкости разрушителей геля. Обычно разрушители геля не используются в высокотемпературных скважинах, так как высокие температуры разрушают поперечные связи полимеров и без разрушителей геля.

Тиосульфат натрия (J353) и К46 являются наиболее распространенными ста­билизаторами температуры. Лабораторные исследования показывают, что требу­ется лишь незначительная концентрация К46, чтобы достичь стабилизации. В большинстве случаев только 5% от объема К46 добавляется в гидроксипропилгуаровый гель и только 2% в полисахаридный гель.

Заключение

В этом разделе были рассмотрены наиболее распространенные добавки в жидко­сти для гидроразрыва пласта:

• бактерициды (такие, как Bio-Clear -1000, которые препятствуют росту или М290, которые убивают существующие бактерии),

• разрушители геля (которые расщепляют связанные жидкости),

• буферные растворы (которые используются для регулирования сгущения,

стабилизаторы неустойчивых глин (такие, как CCS-10 и NC-100),

• добавки для снижения водоотдачи (такие, как J418и J84),

• понизители трения (специальные гели, которые уменьшают трение в трубах),

• деэмульгаторы (такие, как FS-100 и NE-201),

• поверхностно-активные вещества (такие, как S75, U78 и F40),

• стабилизаторы температуры (такие J353 и К46)