التكسير الهيدروليكي: الأنواع والحساب والعملية التكنولوجية

2024 مؤلف: Howard Calhoun | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-02 13:49

التكسير الهيدروليكي (HF) هو أحد أكثر المقاييس الجيولوجية والتقنية فاعلية ، والغرض منه هو تكثيف تدفق سائل التكوين إلى آبار الإنتاج. يسمح استخدام هذه التقنية ليس فقط بزيادة استعادة الاحتياطيات داخل دائرة نصف قطرها لتصريف البئر ، ولكن أيضًا لتوسيع هذه المنطقة ، مما يزيد من استرداد النفط النهائي للخزان. بالنظر إلى هذا العامل ، يمكن تنفيذ تصميم تطوير الحقل بترتيب نمط بئر متناثر.

وصف موجز

يتم وصف جوهر التكسير الهيدروليكي بالعملية التالية:

• الخزان يتعرض لضغط مفرط (استهلاك سائل العملية أكبر بكثير مما يمكن أن تمتصه الصخور) ؛
• يزداد ضغط قاع البئر حتى يتجاوز الضغوط الداخلية في المشعب ؛
• الصخور ممزقة في المستوى الأقل قوة ميكانيكية (غالبًا في اتجاه مائل أو عموديًا) ؛
• مرة أخرىتزداد الشقوق المتكونة والقديمة ، ويظهر ارتباطها بنظام المسام الطبيعي ؛
• منطقة ذات نفاذية متزايدة بالقرب من البئر ؛
• دعامات حبيبية خاصة (دعامات) يتم ضخها في الكسور الممتدة لإصلاحها في الحالة المفتوحة بعد إزالة الضغط على التكوين ؛
• تصبح مقاومة حركة سائل التكوين صفرًا تقريبًا ، ونتيجة لذلك ، يزداد معدل تدفق البئر عدة مرات.

يمكن أن يصل طول الشقوق في الصخور إلى عدة مئات من الأمتار ، ويتصل قاع البئر بالمناطق النائية من الخزان. من أهم عوامل فاعلية هذا العلاج هو تثبيت الكراك الذي يسمح بإنشاء قناة ترشيح. ومع ذلك ، لا يمكن زيادة إنتاجية البئر إلى ما لا نهاية مع زيادة حجم الكسر. يوجد حد أقصى للطول لا يصبح معدل التدفق فوقه أكثر كثافة.

نطاق التطبيق

تُستخدم هذه التقنية في كل من الإنتاج (الاستخلاص المعزز للنفط) والحقن (زيادة الحقن) ، والآبار الأفقية والعمودية. تتميز مجالات تطبيق التكسير الهيدروليكي التالية:

• تكثيف معدل إنتاج الآبار بمنطقة قاع ملوثة في خزانات ذات نفاذية مختلفة ؛
• تطوير الرواسب غير المتجانسة ؛
• تحسين الاتصال الهيدروديناميكي للبئر بنظام الكسر الطبيعي في الخزان ؛
• توسيع منطقة تدفق السوائل بالخزان ؛
• تطوير خزانات ذات نفاذية منخفضة والآبار ذات الهامش المنخفض ؛
• تغيير في تدفقات التسرب في آبار الحقن ؛
• استعادة معاملات البئر التي لا تتأثر بالطرق الأخرى.

حدود تقنية التكسير الهيدروليكي مناطق غاز-زيت وتتميز بالخصائص التالية:

• مخروط سريع (سحب مياه التكوين إلى قاع البئر) ؛
• اختراقات مفاجئة للمياه أو الغاز في حفرة البئر ؛
• خزانات مستنفدة ذات احتياطيات منخفضة ، عدسات مشبعة بالزيت صغيرة الحجم (بسبب عدم الربحية الاقتصادية).

غالبًا ما يتم استخدام التكسير الهيدروليكي كطريقة تحفيز للخزانات ذات النفاذية المتوسطة والعالية. بالنسبة لهم ، فإن العامل الرئيسي في زيادة تدفق مائع الخزان هو طول الكسر المتشكل ، وفي الرواسب ذات نفاذية الصخور المنخفضة ، عرضه.

التكسير الهيدروليكي: المزايا والعيوب

مزايا التكسير الهيدروليكي هي:

• تنطبق على المناطق ذات البنية الجيولوجية المتنوعة ؛
• التأثير على الخزان بأكمله وعلى قسمه ؛
• التخفيض الفعال للمقاومة الهيدروليكية في منطقة قاع البئر ؛
• شركة من المناطق المجاورة سيئة الصرف ؛
• سائل العمل الرخيص (الماء) ؛
• ربحية عالية.

تشمل العيوب:

• الحاجة لإمدادات كبيرة من المياه والرمل والمواد الكيميائية الإضافية ؛
• عملية غير منضبطة لإنشاء صدع في الصخر ، وعدم القدرة على التنبؤ بالآليةتكسير ؛
• عندما يتم تشغيل الآبار ذات معدلات التدفق المرتفعة بعد التكسير الهيدروليكي ، يمكن استخدام مادة الدعم من الكسور ، مما يؤدي إلى انخفاض درجة انفتاحها وانخفاض معدل التدفق في الأشهر الأولى بعد البداية من العملية ؛
• خطر التدفق غير المنضبط والتلوث البيئي.

اختلافات العملية

تختلف طرق التكسير في نوع تكوين الكسر ، وحجم السائل والدعامات المحقونة ، وغيرها من الخصائص. تشمل الأنواع الرئيسية للتكسير الهيدروليكي ما يلي:

• حسب مساحة التأثير على التكوين: محلي (طول الكسر يصل إلى 20 م) - الأكثر انتشارًا ؛ اختراق عميق (طول الكسر 80-120 م) ؛ كتلة (1000 م وأكثر)
• من خلال تغطية التماس: فردي (تأثير على جميع اللحامات والطبقات البينية) ؛ متعددة (للآبار التي فتحت طبقتين أو أكثر) ؛ الفاصل الزمني (لخزان معين).
• طرق خاصة: التكسير الحمضي ؛ تقنية TSO - تكوين كسور قصيرة لمنع انتشارها في التلامس بين الماء والزيت وتقليل حجم حقن مادة الدعم (تُظهر هذه الطريقة كفاءة عالية في الخزانات الرملية) ؛ الدافع (إنشاء العديد من الكسور المتباينة شعاعيًا في صخور متوسطة وعالية النفاذية لتقليل تأثير الجلد - تدهور نفاذية المسام بسبب تلوثها بالجسيمات الموجودة في سائل تكوين الترشيح.

متعددفجوة

يتم تنفيذ التكسير الهيدروليكي المتعدد بعدة طرق:

1. أولاً ، يتم إنشاء صدع باستخدام التكنولوجيا التقليدية. ثم يتم انسداده مؤقتًا عن طريق حقن مواد (النفثالين الحبيبي ، والكرات البلاستيكية ، وغيرها) التي تغلق الثقوب. بعد ذلك يتم التكسير الهيدروليكي في مكان آخر.
2. يتم فصل المناطق باستخدام أجهزة التعبئة أو البوابات الهيدروليكية. لكل فترة من الفترات ، يتم تنفيذ التكسير الهيدروليكي وفقًا للمخطط التقليدي.
3. تكسير هيدروليكي مرحلي مع عزل كل منطقة تحتها بسدادة رمل.

في أقسام الطين ، الأكثر فاعلية هو إنشاء الكسور الرأسية ، لأنها تربط طبقات بين النفط والغاز المنتجين. تنتج هذه الكسور بفعل موائع غير قابلة للترشيح أو عن طريق الزيادة السريعة في معدل الحقن.

التحضير للتكسير الهيدروليكي

تتكون تقنية الخزان الهيدروليكي من عدة مراحل. يكون العمل التحضيري كما يلي:

1. دراسة البئر لتدفق سوائل التكوين ، والقدرة على امتصاص مائع العمل وتحديد الضغط المطلوب للتكسير الهيدروليكي.
2. تنظيف البئر السفلي من القشرة الرملية أو الطينية (الغسيل بالماء تحت الضغط ، والمعالجة بحمض الهيدروكلوريك ، وثقب السفع بالرمل المائي وطرق أخرى).
3. فحص البئر بقالب خاص.
4. النزول في أنابيب البئر لتزويد سائل العمل.
5. تركيب باكر الضغط والمثبتات الهيدروليكية لحماية الغلاف.
6. تركيب فوهة البئرمعدات (مشحم ، مشحم وغيرها من الأجهزة) لتوصيل وحدات الضخ بأنابيب الحقن وختم البئر.

الرسم البياني الرئيسي لأنابيب معدات العملية أثناء التكسير الهيدروليكي موضح في الشكل أدناه.

تسلسل التكسير

تتكون تقنية وتقنية التكسير الهيدروليكي من الإجراءات التالية:

1. يتم تزويد أنابيب الحقن بسائل عامل (غالبًا زيت لبئر إنتاج أو ماء لحقن بئر).
2. زيادة ضغط مائع التكسير إلى أقصى قيمة للتصميم.
3. تحقق من ضيق المعبئ (يجب ألا يكون هناك فائض من السوائل من الحلقة).
4. يضاف مادة Proppant إلى مائع العمل بعد حدوث التكسير الهيدروليكي. يتم الحكم على ذلك من خلال زيادة حادة في حقن البئر (انخفاض الضغط في المضخات).
5. يتم تضمين النظائر المشعة في الدفعة الأخيرة من مادة الحشو الدعمي للتحقق اللاحق من منطقة الفقد باستخدام التسجيل النووي.
6. توفير سائل ضغط أعلى ضغط لدعم الشقوق بشكل موثوق.
7. إزالة سائل التكسير من القاع لضمان تدفق سائل التكوين إلى حفرة البئر.
8. تفكيك المعدات العملية
9. البئر قيد التشغيل

إذا كان البئر ضحلة نسبيًا ، فيُسمح بتزويد سائل العمل من خلال أنابيب التغليف. من الممكن أيضًا إجراء التكسير الهيدروليكي بدونباكر - من خلال أنابيب الأنابيب والحلقة. هذا يقلل من الفاقد الهيدروليكي للسوائل عالية اللزوجة.

آلات وآليات التكسير الهيدروليكي

معدات التكسير الهيدروليكي تشمل الأنواع التالية من المعدات:

• الآلات والأجهزة الأرضية: وحدات الضخ (ANA-105 ، 2AN-500 ، 3AN-500 ، 4AN-700 وغيرها) ؛ محطات خلط الرمل على هيكل السيارة (ZPA ، 4PA ، USP-50 ، Kerui ، Lantong وغيرها) ؛ شاحنات صهريج لنقل السوائل (ATsN-8S و 14S و ATK-8 و Sanji و Xishi وغيرها) ؛ أنابيب فوهة البئر (المشعب ، فوهة البئر ، صمامات الإغلاق ، مشعب التوزيع والضغط مع صمامات فحص ، مقاييس ضغط ومعدات أخرى).
• المعدات المساعدة: مجاميع لعمليات التعثر ؛ الروافع. محطات المراقبة والتحكم ؛ شاحنات الأنابيب وغيرها من المعدات.
• معدات تحت الأرض: آلات التعبئة لعزل التكوين الذي يتم فيه التخطيط للتكسير الهيدروليكي من جزء آخر من سلسلة الإنتاج ؛ المراسي لمنع رفع المعدات تحت الأرض بسبب الضغط العالي ؛ سلسلة الأنابيب.

يتم تحديد نوع المعدات وعدد قطع المعدات بناءً على معايير تصميم التكسير الهيدروليكي.

خصائص التصميم

تستخدم الصيغ الأساسية التالية لحساب التكسير الهيدروليكي:

1. BHP (MPa) للتكسير الهيدروليكي باستخدام مائع مصفى: p=10^-2KL_c، حيث K هو معامل محدد من نطاق القيم 1 ، 5-1 ، 8 ميجا باسكال / م ، L_{c- طول البئر ، م}
2. ضغط حقن السائل بالرمل (لدعم الكسر): p_p=p - ρgL_c+ p t_{، حيث ρ هي كثافة سائل ناقل الرمل ، kg / m}3^{، g=9.8 m / s}2 ^{، p}t_{- فقدان الضغط بسبب احتكاك السائل الحامل للرمال. يتم تحديد المؤشر الأخير بواسطة الصيغة: p}t_=8λQ2^ρLc_{/ (πd B})₂B^{- القطر الداخلي للأنابيب.}
3. عدد وحدات الضخ: n=pQ / (p_pQ_pK_{T) + 1 ، حيث p}p_{هو ضغط تشغيل المضخة ، Q}p_{هو إمدادها عند ضغط معين ، K T - معامل الحالة الفنية للآلة (محدد في 0.5-0.8).}
4. مقدار سائل الإزاحة: V=0، 785d_B²L_c.

إذا حدث التكسير الهيدروليكي باستخدام الرمل كمادة دعم ، فمن المفترض أن تكون الكمية لكل عملية واحدة من 8 إلى 10 أطنان ، ويتم تحديد كمية السائل بالصيغة:

V=Q_sC_s، حيث Q_sهي كمية الرمل ، t، C_s- تركيز الرمل في 1 متر^3سائل

حساب هذه المعلمات مهم ، لأنه عند قيمة الضغط المرتفعة بشكل مفرط أثناء التكسير الهيدروليكي ، يتم ضغط السائل في الخزان ، وتحدث الحوادث فيعمود الإنتاج. خلاف ذلك ، إذا كانت القيمة منخفضة للغاية ، فسوف يحتاج التكسير الهيدروليكي إلى التوقف بسبب عدم القدرة على الوصول إلى الضغط المطلوب.

تصميم التكسير يتم على النحو التالي:

1. اختيار الآبار وفقًا لنظام التطوير الميداني الحالي أو المخطط له.
2. تحديد أفضل هندسة للكسر ، مع مراعاة عدة عوامل: نفاذية الصخور ، وشبكة البئر ، والقرب من ملامسة الزيت والمياه.
3. تحليل الخصائص الفيزيائية والميكانيكية للصخور واختيار نموذج نظري لتشكيل صدع.
4. تحديد نوع مادة الدعم وكميتها وتركيزها.
5. اختيار سائل تكسير بخصائص انسيابية مناسبة وحساب حجمه.
6. حساب المعلمات التكنولوجية الأخرى.
7. تعريف الكفاءة الاقتصادية

سوائل فارك

سوائل العمل (الإزاحة ، التكسير وحاملة الرمل) من أهم عناصر التكسير الهيدروليكي. ترتبط مزايا وعيوب أنواعها المختلفة في المقام الأول بالخصائص الريولوجية. إذا تم استخدام التركيبات القائمة على الزيت اللزج فقط في السابق (لتقليل امتصاصها بواسطة الخزان) ، فإن زيادة قوة وحدات الضخ جعلت الآن من الممكن التحول إلى السوائل القائمة على الماء ذات اللزوجة المنخفضة. نتيجة لذلك ، انخفض ضغط فوهة البئر والمقاومة الهيدروليكية في سلسلة الأنابيب.

في الممارسة العالمية ، ما يليالأنواع الرئيسية لسوائل التكسير الهيدروليكي:

• ماء مع وبدون دعامات. ميزتها منخفضة التكلفة. العيب هو عمق الاختراق المنخفض للخزان
• محاليل البوليمر (الغوار ومشتقاته PPG ، CMHPG ؛ السليلوز هيدروكسي إيثيل الأثير ، كربوكسي ميثيل السليلوز ، صمغ الزانثان). يتم استخدام B و Cr و Ti و Zr والمعادن الأخرى لربط الجزيئات. من حيث التكلفة ، تنتمي البوليمرات إلى الفئة الوسطى. عيب هذه السوائل هو ارتفاع مخاطر التغيرات السلبية في الخزان. تشمل المزايا عمق اختراق أكبر.
• مستحلبات تتكون من طور هيدروكربوني (وقود ديزل ، زيت ، مكثف غاز) وماء (ممعدن أو طازج).
• المواد الهلامية الهيدروكربونية.
• الميثانول.
• ثاني أكسيد الكربون السميك.
• أنظمة الرغوة.
• مواد هلامية رغوية ، تتكون من رغاوي هلامية متقاطعة أو نيتروجين أو ثاني أكسيد الكربون. تكلفتها عالية ، لكنها لا تؤثر على جودة المجمع. المزايا الأخرى هي قدرة تحمل مادة الدعم العالية والتدمير الذاتي مع القليل من السائل المتبقي.

لتحسين وظائف هذه المركبات ، يتم استخدام العديد من الإضافات التكنولوجية:

• السطحي ؛
• مستحلبات
• احتكاك السوائل تقليل المفاصل ؛
• رغوة ؛
• إضافات تغير الحموضة
• المثبتات الحرارية
• إضافات مبيدة للجراثيم ومضادة للتآكل وغيرها.

الخصائص الرئيسية لسوائل التكسير الهيدروليكي تشمل:

• لزوجة ديناميكية مطلوبة لفتح صدع ؛
• خصائص تسلل تحدد فقدان السوائل ؛
• القدرة على حمل مادة الدعم دون أن تستقر قبل الأوان من المحلول ؛
• استقرار القص ودرجة الحرارة ؛
• التوافق مع الكواشف الأخرى ؛
• نشاط أكّال ؛
• أخضر و آمن

تتطلب السوائل منخفضة اللزوجة حقن حجم أكبر لتحقيق الضغط المطلوب في الخزان ، وتتطلب السوائل عالية اللزوجة مزيدًا من الضغط الذي يتم تطويره بواسطة معدات الضخ ، نظرًا لحدوث خسائر كبيرة في المقاومة الهيدروليكية. تتميز السوائل الأكثر لزوجة أيضًا بقدرة أقل على الترشيح في الصخور.

مواد تقطيع

الدعامات الأكثر استخدامًا هي:

• رمل الكوارتز. من أكثر المواد الطبيعية شيوعًا ، وبالتالي فإن تكلفتها منخفضة. يصلح التشققات في مختلف الظروف الجيولوجية (عالمية). يتم اختيار حجم حبيبات الرمل للتكسير الهيدروليكي 0.5-1 مم. يتراوح التركيز في سائل ناقل الرمل بين 100-600 كجم / م3. في الصخور التي تتميز بالتشقق القوي ، يمكن أن يصل استهلاك المواد إلى عدة عشرات من الأطنان لكل بئر.
• البوكسيت (أكسيد الألومنيوم Al₂O_{3). وتتمثل ميزة هذا النوع من مادة الدعم في قوتها الأكبر مقارنة بالرمل. صنع بواسطةتكسير وتحميص خام البوكسيت}
• أكسيد الزركونيوم. لها خصائص مشابهة للنوع السابق من مادة الدعم. تستخدم على نطاق واسع في أوروبا. العيب الشائع لهذه المواد هو ارتفاع تكلفتها.
• حبيبات سيراميك. بالنسبة للتكسير الهيدروليكي ، يتم استخدام حبيبات يتراوح حجمها من 0.425 إلى 1.7 مم. ينتمون إلى دعامات متوسطة القوة. إظهار كفاءة اقتصادية عالية.
• كرات زجاجية. كانت تستخدم سابقًا في الآبار العميقة ، والآن يتم استبدالها بالكامل تقريبًا بالبوكسيت الأرخص.

تكسير الحمض

جوهر التكسير الهيدروليكي الحمضي هو أنه في المرحلة الأولى يتم تكوين كسر صناعيًا (تمامًا كما هو الحال في تقنية التكسير الهيدروليكي التقليدية) ، ثم يتم ضخ الحمض فيه. يتفاعل الأخير مع الصخور ، مما يخلق قنوات طويلة تزيد من نفاذية الخزان في منطقة البئر السفلية. نتيجة لذلك ، يزداد معامل استخلاص الزيت من البئر.

هذا النوع من عمليات التكسير الهيدروليكي فعال بشكل خاص لتكوينات الكربونات. وفقًا للباحثين ، فإن أكثر من 40 ٪ من احتياطيات النفط في العالم مرتبطة بهذا النوع من الخزانات. تختلف تقنية وتقنية التكسير الهيدروليكي في هذه الحالة قليلاً عن تلك الموصوفة أعلاه. تم تصنيع المعدات بتصميم مقاوم للأحماض. مثبطات (فورمالين ، يونيكول ، يوروتروبين وغيرها) تستخدم أيضًا لحماية الآلات من التآكل.

أنواع التكسير الحمضي هي علاجات على مرحلتين باستخدام مواد مثل:

• مركبات البوليمر (PAA ، PVC ، gipan والآخرين) ؛
• مركبات اللاتكس (SKMS-30 ، ARC) ؛
• ستايرين ؛
• راتنجات (BNI-5 ، TSD-9 ، TS-10).

كمذيبات حمضية ، يتم استخدام محلول حمض الهيدروكلوريك بنسبة 15٪ ، بالإضافة إلى التركيبات الخاصة (SNPKh-9010 و SNPKh-9633 وغيرها).

أنواع التكسير الحمضي هي علاجات على مرحلتين باستخدام مواد مثل:

• مركبات البوليمر (PAA ، PVV ، gipan وغيرها) ؛
• مركبات اللاتكس (SKMS-30 ، ARC) ؛
• ستايرين ؛
• راتنجات (BNI-5 ، TSD-9 ، TS-10).

كمذيبات حمضية ، يتم استخدام محلول حمض الهيدروكلوريك بنسبة 15٪ ، بالإضافة إلى التركيبات الخاصة (SNPKh-9010 و SNPKh-9633 وغيرها).