Retak hidrolik: jenis, perhitungan, dan proses teknologi

2024 Pengarang: Howard Calhoun | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-02 13:57

Hydraulic fracturing (HF) adalah salah satu tindakan geologis dan teknis yang paling efektif, yang tujuannya adalah untuk mengintensifkan aliran fluida formasi ke sumur produksi. Penggunaan teknologi ini memungkinkan tidak hanya untuk meningkatkan pemulihan cadangan dalam radius drainase sumur, tetapi juga untuk memperluas area ini, meningkatkan pemulihan minyak akhir reservoir. Dengan adanya faktor tersebut maka desain pengembangan lapangan dapat dilakukan dengan penataan pola sumur sparser.

Deskripsi singkat

Inti dari rekahan hidrolik dijelaskan dengan proses berikut:

• reservoir mengalami tekanan yang berlebihan (konsumsi fluida proses jauh lebih besar daripada yang dapat diserap oleh batuan);
• tekanan downhole meningkat hingga melebihi tegangan internal di manifold;
• batuan dirobek pada bidang dengan kekuatan mekanik paling rendah (paling sering dalam arah miring atau vertikal);
• lagiterbentuk dan retakan lama meningkat, hubungannya dengan sistem pori alami muncul;
• zona peningkatan permeabilitas di dekat sumur meningkat;
• proppants granular khusus (proppants) dipompa ke dalam rekahan yang diperluas untuk memperbaikinya dalam keadaan terbuka setelah tekanan pada formasi dihilangkan;
• resistensi terhadap pergerakan fluida formasi menjadi hampir nol, akibatnya laju aliran sumur meningkat beberapa kali.

Panjang rekahan pada batuan dapat mencapai beberapa ratus meter, dan dasar sumur menjadi terhubung dengan daerah-daerah terpencil di reservoir. Salah satu faktor terpenting dalam efektivitas perawatan ini adalah fiksasi retakan, yang memungkinkan pembuatan saluran filtrasi. Namun, produktivitas sumur tidak dapat meningkat tanpa batas seiring dengan meningkatnya ukuran rekahan. Ada panjang maksimum, di atasnya laju aliran tidak menjadi lebih intensif.

Cakupan aplikasi

Teknologi ini digunakan baik untuk produksi (enhanced oil recovery) dan injeksi (peningkatan injeksi), sumur horizontal dan vertikal. Area penerapan rekahan hidrolik berikut dibedakan:

• intensifkan laju produksi sumur dengan zona lubang bawah yang terkontaminasi di reservoir dengan permeabilitas yang berbeda;
• pengembangan endapan heterogen;
• memperbaiki hubungan hidrodinamik sumur dengan sistem rekahan alami di reservoir;
• perluasan zona aliran fluida reservoir;
• pengembangan waduk dengan permeabilitas rendah dansumur dengan margin rendah;
• perubahan aliran rembesan di sumur injeksi;
• pemulihan parameter sumur yang tidak terpengaruh oleh metode lain.

Batas untuk teknologi rekahan hidrolik adalah zona gas-minyak, yang dicirikan oleh fitur berikut:

• fast coning (menarik air formasi ke dasar sumur);
• terobosan air atau gas secara tiba-tiba ke dalam lubang sumur;
• reservoir menipis dengan cadangan rendah, lensa jenuh minyak volume kecil (karena tidak menguntungkan secara ekonomi).

Paling sering rekahan hidrolik digunakan sebagai metode stimulasi untuk reservoir permeabilitas menengah dan tinggi. Bagi mereka, faktor utama dalam meningkatkan aliran fluida reservoir adalah panjang rekahan yang terbentuk, dan pada endapan dengan permeabilitas batuan rendah, lebarnya.

Retak hidrolik: kelebihan dan kekurangan

Keuntungan dari rekahan hidrolik adalah:

• berlaku untuk daerah dengan struktur geologi yang beragam;
• dampak baik pada keseluruhan reservoir maupun pada bagiannya;
• pengurangan efektif tahanan hidrolik di zona lubang bawah;
• komunitas dari daerah yang berdekatan dengan drainase buruk;
• fluida kerja murah (air);
• profitabilitas tinggi.

Kekurangan termasuk:

• kebutuhan pasokan air, pasir, bahan kimia tambahan dalam jumlah besar;
• proses tidak terkendalinya retakan pada batu, mekanisme yang tidak dapat diprediksiretak;
• ketika sumur dengan laju aliran tinggi dioperasikan setelah rekahan hidraulik, proppant dapat dilakukan dari rekahan, yang mengakibatkan penurunan derajat pembukaannya dan penurunan laju aliran pada bulan-bulan pertama setelah permulaan operasi;
• risiko semburan yang tidak terkendali dan pencemaran lingkungan.

Variasi Proses

Metode rekahan berbeda dalam jenis formasi rekahan, volume cairan dan propan yang disuntikkan, dan karakteristik lainnya. Jenis utama rekahan hidrolik meliputi:

• Menurut area dampak pada formasi: lokal (panjang patahan hingga 20 m) - yang paling luas; penetrasi dalam (panjang patahan 80-120 m); massal (1000 m dan lebih).
• Dengan cakupan jahitan: tunggal (berdampak pada semua lapisan dan interlayer); multiple (untuk sumur yang telah membuka 2 lapisan atau lebih); interval (untuk reservoir tertentu).
• Metode khusus: rekah asam; Teknologi TSO - pembentukan patahan pendek untuk mencegah penyebarannya ke kontak air-minyak dan mengurangi volume injeksi proppant (metode ini menunjukkan efisiensi tinggi di reservoir berpasir); impuls (pembuatan beberapa rekahan yang menyebar secara radial pada batuan dengan permeabilitas sedang dan tinggi untuk mengurangi efek kulit - penurunan permeabilitas pori karena kontaminasinya dengan partikel yang terkandung dalam cairan formasi penyaringan.

Beberapacelah

Perekahan hidraulik ganda dilakukan dengan beberapa metode:

1. Pertama, crack dibuat menggunakan teknologi konvensional. Kemudian tersumbat sementara dengan menyuntikkan zat (granular naftalena, bola plastik, dan lain-lain) yang menutup perforasi. Setelah itu, rekahan hidrolik dilakukan di tempat lain.
2. Pemisahan zona dilakukan dengan menggunakan pengepakan atau pintu hidrolik. Untuk setiap interval, rekahan hidrolik dilakukan menurut skema tradisional.
3. Retak hidrolik bertahap dengan isolasi setiap zona di bawahnya dengan sumbat pasir.

Di bagian tanah liat, yang paling efektif adalah pembuatan rekahan vertikal, karena mereka menghubungkan antarlapisan minyak dan gas yang produktif. Fraktur tersebut dihasilkan oleh aksi cairan yang tidak dapat disaring atau oleh peningkatan laju injeksi yang cepat.

Persiapan untuk rekahan hidrolik

Teknologi reservoir hidrolik terdiri dari beberapa tahap. Pekerjaan persiapan adalah sebagai berikut:

1. Studi sumur untuk aliran masuk fluida formasi, kemampuan menyerap fluida kerja dan menentukan tekanan yang dibutuhkan untuk rekahan hidrolik.
2. Pembersihan lubang dasar dari kerak pasir atau tanah liat (pencucian dengan air bertekanan, perawatan dengan asam klorida, perforasi hydro-sandblasting dan metode lainnya).
3. Memeriksa sumur dengan template khusus.
4. Turun ke dalam pipa lubang sumur untuk memasok fluida kerja.
5. Pemasangan pressure packer dan jangkar hidrolik untuk melindungi casing.
6. Pemasangan kepala sumurperalatan (manifold, lubricator dan perangkat lainnya) untuk menghubungkan unit pompa ke pipa injeksi dan menyegel sumur.

Diagram utama perpipaan peralatan proses selama rekahan hidrolik ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Urutan rekahan

Teknik dan teknologi perekahan hidrolik terdiri dari prosedur berikut:

1. Pipa injeksi disuplai dengan fluida kerja (paling sering minyak untuk sumur produksi atau air untuk sumur injeksi).
2. Meningkatkan tekanan fluida rekahan ke nilai desain maksimum.
3. Periksa kekencangan packer (tidak boleh ada limpahan cairan dari anulus).
4. Proppant ditambahkan ke fluida kerja setelah terjadi rekahan hidrolik. Hal ini dinilai dari peningkatan tajam dalam injektivitas sumur (penurunan tekanan di pompa).
5. Isotop radioaktif termasuk dalam batch terakhir proppant untuk verifikasi selanjutnya dari zona yang hilang menggunakan penebangan nuklir.
6. Menyediakan cairan pemeras bertekanan tertinggi untuk penyangga retak yang andal.
7. Membuang fluida rekahan dari bawah untuk memastikan aliran fluida formasi ke dalam lubang sumur.
8. Membongkar peralatan proses.
9. Sumur sedang ditugaskan.

Jika sumur relatif dangkal, maka fluida kerja diperbolehkan disuplai melalui pipa casing. Dimungkinkan juga untuk melakukan rekahan hidrolik tanpapacker - melalui pipa tubing dan anulus. Ini mengurangi kerugian hidraulik untuk cairan yang sangat kental.

Mesin dan mekanisme rekahan hidrolik

Peralatan rekahan hidrolik mencakup jenis peralatan berikut:

• Mesin dan perangkat ground: unit pompa (ANA-105, 2AN-500, 3AN-500, 4AN-700 dan lainnya); pabrik pencampur pasir pada sasis mobil (ZPA, 4PA, USP-50, Kerui, Lantong dan lain-lain); truk tangki untuk pengangkutan cairan (ATsN-8S dan 14S, ATK-8, Sanji, Xishi, dan lainnya); pemipaan kepala sumur (manifold, kepala sumur, katup penutup, manifold distribusi dan tekanan dengan katup periksa, pengukur tekanan, dan peralatan lainnya).
• Peralatan bantu: agregat untuk operasi tripping; derek; stasiun pemantauan dan kontrol; truk pipa dan peralatan lainnya.
• Peralatan bawah tanah: pengepakan untuk mengisolasi formasi di mana rekahan hidrolik direncanakan dari bagian lain dari rangkaian produksi; jangkar untuk mencegah pengangkatan peralatan bawah tanah karena tekanan tinggi; tali pipa.

Jenis peralatan dan jumlah peralatan ditentukan berdasarkan parameter desain rekahan hidrolik.

Karakteristik desain

Rumus dasar berikut digunakan untuk menghitung rekahan hidrolik:

1. BHP (MPa) untuk rekahan hidrolik menggunakan fluida terfilter: p=10^-2KL_c, di mana K adalah koefisien yang dipilih dari rentang nilai 1, 5-1, 8 MPa/m, L _{c – panjang sumur, m.}
2. Tekanan injeksi fluida dengan pasir (untuk penopang rekahan): p_p =p - ρgL_c + p_t, di mana adalah massa jenis cairan pembawa pasir, kg/m³, g=9,8 m/s², p _t – kehilangan tekanan akibat gesekan fluida pembawa pasir. Indikator terakhir ditentukan dengan rumus: p_t =8λQ² L_c/(πdB₎2 ^B – diameter dalam tabung.
3. Jumlah unit pompa: n=pQ/(p_pQ_pK_T) + 1, di mana p_p adalah tekanan operasi pompa, Q_p adalah suplainya pada tekanan tertentu, K T- koefisien kondisi teknis mesin (dipilih dalam 0,5-0,8).
4. Jumlah perpindahan fluida: V=0, 785d_B²L_c.

Jika terjadi rekahan hidrolik dengan menggunakan pasir sebagai proppant, maka jumlah per 1 operasi diasumsikan 8-10 ton, dan jumlah fluida ditentukan dengan rumus:

V=Q_sC_s, di mana Q_s adalah jumlah pasir, t, C_s – konsentrasi pasir dalam 1 m^{3 cairan.}

Perhitungan parameter ini penting, karena pada nilai tekanan yang terlalu tinggi selama rekahan hidrolik, cairan terjepit ke dalam reservoir, kecelakaan terjadi dikolom produksi. Jika tidak, jika nilainya terlalu rendah, rekahan hidrolik perlu dihentikan karena ketidakmampuan untuk mencapai tekanan yang dibutuhkan.

Desain rekahan dilakukan sebagai berikut:

1. Pemilihan sumur sesuai dengan sistem pengembangan lapangan yang ada atau yang direncanakan.
2. Penentuan geometri rekahan terbaik, dengan mempertimbangkan beberapa faktor: permeabilitas batuan, grid sumur, kedekatan dengan kontak minyak-air.
3. Analisis karakteristik fisik dan mekanik batuan dan pemilihan model teoritis untuk pembentukan retakan.
4. Penentuan jenis, jumlah dan konsentrasi proppant.
5. Memilih fluida rekahan dengan sifat reologi yang sesuai dan menghitung volumenya.
6. Perhitungan parameter teknologi lainnya.
7. Definisi efisiensi ekonomi.

Frac Fluids

Cairan kerja (perpindahan, rekahan dan pembawa pasir) adalah salah satu elemen terpenting dari rekahan hidrolik. Keuntungan dan kerugian dari berbagai jenisnya terutama terkait dengan sifat reologi. Jika sebelumnya hanya komposisi berbasis minyak kental yang digunakan (untuk mengurangi penyerapannya oleh reservoir), maka peningkatan kekuatan unit pemompaan kini memungkinkan untuk beralih ke cairan berbasis air dengan viskositas rendah. Karena hal ini, tekanan kepala sumur dan kerugian tahanan hidrolik di string tubing telah berkurang.

Dalam praktik dunia, berikut inijenis utama cairan rekahan hidrolik:

• Air dengan dan tanpa proppants. Keuntungannya adalah biaya rendah. Kerugiannya adalah kedalaman penetrasi yang rendah ke dalam reservoir.
• Solusi polimer (guar dan turunannya PPG, CMHPG; selulosa hidroksietil eter, karboksimetil selulosa, xanthan gum). B, Cr, Ti, Zr dan logam lainnya digunakan untuk ikatan silang molekul. Dari segi biaya, polimer termasuk dalam kategori menengah. Kerugian dari cairan tersebut adalah risiko tinggi perubahan negatif di reservoir. Keuntungannya termasuk kedalaman penetrasi yang lebih besar.
• Emulsi yang terdiri dari fase hidrokarbon (bahan bakar diesel, minyak, gas kondensat) dan air (termineralisasi atau segar).
• gel Hidrokarbon.
• metanol.
• Karbon dioksida yang mengental.
• Sistem busa.
• Gel busa, terdiri dari gel ikatan silang, busa nitrogen atau karbon dioksida. Mereka memiliki biaya tinggi, tetapi tidak mempengaruhi kualitas kolektor. Keuntungan lainnya adalah daya dukung proppant yang tinggi dan penghancuran diri dengan sedikit sisa cairan.

Untuk meningkatkan fungsi senyawa ini, berbagai aditif teknologi digunakan:

• surfaktan;
• emulsifier;
• sendi yang mengurangi gesekan cairan;
• busa;
• bahan tambahan yang mengubah keasaman;
• stabilisator termal;
• aditif bakterisida dan anti korosi dan lain-lain.

Karakteristik utama cairan rekahan hidrolik meliputi:

• viskositas dinamis diperlukan untuk membuka retakan;
• sifat infiltrasi yang menentukan kehilangan cairan;
• kemampuan untuk membawa proppant tanpa mengendap sebelum waktunya;
• stabilitas geser dan suhu;
• kompatibilitas dengan reagen lain;
• aktivitas korosif;
• hijau dan aman.

Cairan dengan viskositas rendah memerlukan injeksi volume yang lebih besar untuk mencapai tekanan yang diperlukan dalam reservoir, dan cairan dengan viskositas tinggi memerlukan lebih banyak tekanan yang dikembangkan oleh peralatan pemompaan, karena terjadi kerugian yang signifikan dalam tahanan hidrolik. Cairan yang lebih kental juga ditandai dengan kemampuan filter yang lebih rendah dalam batuan.

Bahan Penyangga

Proppants yang paling umum digunakan, atau proppants, adalah:

• pasir kuarsa. Salah satu bahan alami yang paling umum, dan karenanya biayanya rendah. Memperbaiki retakan pada berbagai kondisi geologi (universal). Ukuran butiran pasir untuk rekahan hidrolik dipilih 0,5-1 mm. Konsentrasi dalam fluida pembawa pasir bervariasi antara 100-600 kg/m3. Pada batuan yang ditandai dengan rekahan kuat, konsumsi material dapat mencapai beberapa puluh ton per 1 sumur.
• Bauksit (aluminium oksida Al₂O_{3). Keunggulan proppant jenis ini adalah kekuatannya yang lebih besar dibandingkan dengan pasir. Diproduksi olehmenghancurkan dan memanggang bijih bauksit.}
• Zirkonium oksida. Ini memiliki sifat yang mirip dengan jenis proppant sebelumnya. Banyak digunakan di Eropa. Kelemahan umum dari bahan tersebut adalah biayanya yang tinggi.
• butiran keramik. Untuk rekahan hidraulik, digunakan butiran dengan ukuran mulai dari 0,425 hingga 1,7 mm. Mereka termasuk proppants kekuatan sedang. Tunjukkan efisiensi ekonomi yang tinggi.
• Kelereng kaca. Sebelumnya digunakan untuk sumur dalam, sekarang hampir seluruhnya digantikan oleh bauksit yang lebih murah.

Pecahan asam

Inti dari rekahan hidrolik asam adalah bahwa pada tahap pertama rekahan dibuat secara artifisial (seperti pada teknologi rekahan hidrolik konvensional), dan kemudian asam dipompa ke dalamnya. Yang terakhir bereaksi dengan batu, menciptakan saluran panjang yang meningkatkan permeabilitas reservoir di zona lubang bawah. Akibatnya, faktor perolehan minyak dari sumur meningkat.

Jenis proses rekahan hidrolik ini sangat efektif untuk formasi karbonat. Menurut para peneliti, lebih dari 40% cadangan minyak dunia terkait dengan jenis reservoir ini. Teknik dan teknologi rekahan hidrolik dalam hal ini sedikit berbeda dari yang dijelaskan di atas. Peralatan ini diproduksi dalam desain tahan asam. Inhibitor (formalin, unikol, urotropin dan lain-lain) juga digunakan untuk melindungi mesin dari korosi.

Jenis rekah asam adalah perawatan dua tahap dengan menggunakan bahan-bahan seperti:

• senyawa polimer (PAA, PVC, gipan danlainnya);
• senyawa lateks (SKMS-30, ARC);
• styrene;
• resin (BNI-5, TSD-9, TS-10).

Sebagai pelarut asam, larutan asam klorida 15% digunakan, serta komposisi khusus (SNPKh-9010, SNPKh-9633, dan lainnya).

Jenis rekah asam adalah perawatan dua tahap dengan menggunakan bahan-bahan seperti:

• senyawa polimer (PAA, PVV, gipan dan lain-lain);
• senyawa lateks (SKMS-30, ARC);
• styrene;
• resin (BNI-5, TSD-9, TS-10).

Sebagai pelarut asam, larutan asam klorida 15% digunakan, serta komposisi khusus (SNPKh-9010, SNPKh-9633, dan lainnya).