Применяемые при гидроразрыве пласта жидкости

Применяемые при ГРП жидкости приготавливаются либо на нефтяной, либо на водной основе.

Сначала использовались вязкие жидкости на нефтяной основе для уменьшения поглощения жидкости пластом и улучшения песконесущих свойств этих жидкостей.

С развитием и усовершенствованием технических средств для ГРП, увеличением подачи насосных агрегатов удается обеспечить необходимые расходы и песконесущую способность при маловязких жидкостях на водной основе. Переход на жидкости на водной основе привел к тому, что гидростатические давления за счет увеличения плотности этих жидкостей возросли, а потери на трение в НКТ уменьшились. Это в свою очередь уменьшило необходимые для ГРП давления на устье скважины.

По своему назначению жидкости разделяются на три категории: жидкость разрыва, жидкость - песконоситель и продавочная жидкость.

Жидкость разрыва должна хорошо проникать в пласт или в естественную трещину, но в то же время иметь высокую вязкость, так как в противном случае она будет рассеиваться в объеме пласта, не вызывая необходимого расклинивающего эффекта в образовавшейся трещине.

В качестве жидкостей разрыва используют сырые дегазированные нефти с вязкостью до 0,3 Па с; нефти, загущенные мазутными остатками; нефтекислотные гидрофобные эмульсии; водонефтяные гидрофильные эмульсии и кислотно- керосиновые эмульсии.

Эмульсии приготавливаются путем механического перемешивания компонентов центробежными или шестеренчатыми насосами с введением необходимых химических реагентов.

Как правило, жидкости на углеводородной основе применяют при ГРП в добывающих скважинах.

В нагнетательных скважинах в качестве жидкости разрыва используют чистую или загущенную воду. К загустителям относятся компоненты, имеющие крахмальную основу, полиакриламид, сульфит-спиртовая барда (ССБ), КМЦ (карбоксилметилцеллюлоза).

Жидкости - песконосители также изготавливают на нефтяной и водной основах. Для них важна пескоудерживающая способность и низкая фильтруемость. Это достигается как увеличением вязкости, так и приданием жидкости структурных свойств. В качестве жидкостей-песконосителей используются те же жидкости, что и для разрыва пласта. Для оценки фильтруемости используется стандартный прибор ВМ-6 для определения водоотдачи глинистых растворов.

При высокой фильтруемости перенос песка в трещине жидкостью ухудшается, так как довольно быстро скорость течения ее по трещине становится равной нулю, и развитие ГРП затухает в непосредственной близости от стенок скважины. Хорошей песконесущей способностью обладают эмульсии, особенно кислотно-керосиновые, обладающие высокой стойкостью, не разрушающиеся в жаркую погоду и выдерживающие длительную транспортировку с наполнителем. Известные трудности возникают при закачке песконосительной жидкости, так как из-за большой вязкости, наличия в ней наполнителя - песка и необходимости вести закачку на больщой скорости возникают большие устьевые давления. Кроме того, насосные агрегаты хотя и делаются в износостойком исполнении, при работе на высоких давлениях быстро изнашиваются. Для снижения потерь давления на трещине на 12-15% разработаны химические добавки к растворам на мыльной основе, которые хотя несколько увеличивают вязкость, но уменьшают трение при движении жидкости по НКТ. Другим типом таких добавок являются тяжелые высокомолекулярные углеводородные полимеры. Заметим, что недостаточная песконесущая способность жидкости может быть всегда компенсирована увеличением ее расхода. В качестве жидкости - песконосителя как в нагнетельных, так иногда и в добывающих скважинах используется чистая вода. Дешевизна воды, повсеместное ее наличие, присущие ей свойства хорошего растворителя при введении различных облагораживающих добавок привели к тому, что в настоящее время около 90% операций ГРП осуществляются с использованием жидкостей на водной основе.

Продавочные жидкости закачивают в скважину только для того, чтобы довести жидкость - песконоситель до забоя скважины. Таким образом, объем продавочной жидкости равен внутреннему объему НКТ, через которые ведется закачка жидкости - песконосителя. К расчетному объему НКТ прибавляется объем затрубного пространства между башмаком НКТ и верхними дырами фильтра.

В качестве продавочной жидкости используется практически любая недорогая жидкость, имеющаяся в достаточном количестве, и чаще всего обычная вода.

Наполнитель служит для заполнения образовавшихся трещин и предупреждения их смыкания при снятии давления.

Наполнитель при заполнении трещины воспринимает нагрузку от горного давления после снижения давления жидкости. В результате он частично разрушается, а частично вдавливается в породу стенок трещин. Поэтому он должен обладать высокой прочностью на смятие. В идеале наполнитель должен иметь плотность, равную плотности жидкости - песконосителя. В этом случае перенос его по трещине и ее заполнение были бы наиболее успешными. Размеры зерен наполнителя должны обеспечить его проникновение в самые удаленные части трещины и высокую их проницаемость при последующей эксплуатации скважины.

Для ГРП применяют песок размером от 0,5 до 1,2 мм. Обычно в первые порции жидкости -песконосителя замешивается более мелкая фракция (0,5 - 0,8 мм), а в последующую часть - более крупные фракции.

В качестве наполнителя наиболее часто используется чистый кварцевый песок. Однако песок имеет очень большую плотность (2650 кг/м³), которая сильно отличается от плотности жидкости, что способствует его оседанию в потоке жидкости и затрудняет заполнение трещин. Кроме того, его прочность на смятие в ряде случаев бывает недостаточной. В связи с этим в мировой в последнее время отечественной практике находят применение в качестве наполнителя стеклянные шарики, а также зерна агломерированного боксита и молотая скорлупа грецкого ореха. Плотность стеклянных шариков примерно равна плотности кварца (2650 кг/ м³), но они прочнее и меньше вдавливаются в породу. Плотность порошка агломерированного боксита 1400 кг/ м³. Проводятся промышленные испытания наполнителя из особо прочных синтетических полимерных веществ, имеющих плотность, близкую к плотности жидкости -песконосителя (1100 кг/ м³).

В настоящее время современная техника и применяемые жидкости позволяют проводить успешную закачку при средней концентрации песка порядка 200 кг /м³ жидкости. Например, количество закачиваемого песка, расходуемого на одну операцию ГРП, по данным фирмы Халибуртон, составляет в среднем до 22,5 т, а количество закачиваемой жидкости в среднем (жидкости разрыва и песконосителя) до 151,4 м³.