Гидроразрыв пласта с использованием воды — новые перспективы на базе промысловой практики
Джон Эли: Ely and Associates
Практически сразу после открытия метода гидравлического разрыва пластов стала применяться обработка с использованием маловязких жидкостей. Мы определяем обработку с применением маловязких жидкостей как использование воды с незначительными количествами загустителя, при этом поверхностная вязкость при температуре окружающего воздуха составляет менее 10 сП при скорости сдвига 511 сек-1. И действительно, для бассейна Сан-Хуан обработка реагентами на водной основе являлась доминирующим методом до 1968 года и сохраняется в этом качестве по настоящее время. До внедрения в 1968 году сшитых гелей обработка жидкостями с незначительной вязкостью составляла довольно большую часть операций по гидроразрыву пластов.
С развитием жидкостей разрыва, загущенных сшитым полимером, и их характеристик, гидравлический разрыв составами с малой вязкостью стал считаться низкотехнологичным и его применение в подготовке скважин снизилось до небольшой доли. За последние девять с небольшим лет был сделан громадный рывок к использованию незагущенных жидкостей, содержащих мелкий расклинивающий наполнитель. Изначально метод продвигался первыми стараниями UPRC c их публикациями об отсутствии необходимости в расклинивающих наполнителях и самыми ранними попытками обработки в толщах плотных песчаников, как например в Коттон Вэлли, Трэвис Пик, Боссьер и на многих участках с малопроницаемыми песками в разных районах Скалистых гор. С появлением метода интенсификации притока в материнской породе на месторождении Барнетт и в других сланцевых нефтегазоносных комплексах рост применения разрывов пластов с использованием воды принял практически взрывной характер. Успех метода потряс теорию гидравлических разрывов. Чрезвычайно больших успехов метод интенсификации притока достиг при использовании расклинивающих агентов, которые, если мыслить стандартно, практически не имеют проводимости в условиях скважины. Что примечательно, применение более крупных, с большей проницаемостью расклинивающих наполнителей в жидкости, имеющей 1 сП, не только не улучшило результативность интенсификации притока, но также доказало, что может быть гораздо губительнее проблемы вероятного выпадения расклинивающего агента из жидкости разрыва из-за плохого переноса.
Избыточная промывка стала нормой, а перемежающаяся закачка жидкости с песком и без него привела к улучшению результатов вместо того, чтобы ожидаемо их снизить из-за отсутствия эффективной проводимости. Вместо традиционных требований, предъявляемых к коэффициенту прироста полезного давления для достижения лучшей проводимости, теперь необходимо, чтобы при правильной обработке прирост полезного давления отсутствовал вовсе. Прирост полезного давления является индикатором набивки расклинивающим агентом и, по нашему мнению, мелкий расклинивающий состав, используемый в гидроразрывах, работает не как наполнитель, а скорее как закупоривающий или тампонирующий агент, или действует в качестве механизма, удерживающего разрыв раскрытым, сродни тому, что описывается теорией частичного заполнения монопластов. Это реализуется в использовании низких концентраций расклинивающего агента с предусмотренным вытеснением, чтобы исключить образование уплотнений.
Применение вязких жидкостей на большей части сланцев оказалось конртпродуктивным. Принято считать, что высоковязкие жидкости обычно создают доминирующий гидравлический разрыв, а это отрицательно сказывается на производительности в пластах с естественными трещинами. Там где добыча в основном ведется на природных трещинах, лучше не шунтировать трещинные системы, которые представляют собой естественный проход при использовании вязких жидкостей. Мы следили за этим явлением при проведении микросейсмических работ, когда во время закачивания маловязкой жидкости наблюдалось большое количество сейсмических проявлений на большом удалении от скважины. В начале закачивания вязкой жидкости, как например, при смешанной обработке, все сейсмические волны затухают на удалении от ствола скважины, а вблизи от нее создается рисунок с преобладанием тонких трещин. Создается впечатление, что жидкость с низкой вязкостью стремится следовать за естественными трещинами в одной плоскости, позволяя улучшить интенсификацию притока по сравнению с шунтированием доминирующих разломов и этих же трещин. Некоторые авторы предположили, что успех использования гидроразрыва многопластовых сланцевых песков, как например, на месторождениях Грэнит Уош, Коттон Вэлли, Олмос и пр. связан с разницей в ширине пластов песка и сланца и наличием сшивок из мелкого расклинивающего агента, которые бесконечно долго удерживают проницаемые трещины открытыми. Еще один механизм, который возможно является более приемлемым, заключается в том, что многие из так называемых микропроницаемых (microdarcy) формаций имеют преобладание естественных трещин в пласте и, в действительности, проницаемость основной массы породы слишком низка для образования углеводородов в геологическую эпоху. Практически, в пользу этого свидетельствует громкий успех использования метода гидроразрыва с применением воды на многих пластах, где сшитые гели оказались малоэффективны.
Наиболее интригующим стал тот факт, что на все большем количестве «традиционных пластов» смогли добиться лучших результатов с использованием гидроразрывов водой, чем обычной набивкой пачками расклинивающего агента с применением сшитых гелей. В качестве примеров можно назвать кливлендский пласт на месторождении Панхэндл в Техасе, глубокозалегающую свиту Морроу там же, формации в Олмосе на юге Техаса, Коттон Вэлли и Трэвис Пик на северо-востоке этого штата, Меса-Верде в Колорадо и многие другие. Несомненно, что применение систем со сшитыми гелями позволило добиться значительных успехов на многих пластах, однако на ум приходит вопрос, чего можно было бы достичь на этих же самых пластах, используя правильно разработанный гидроразрыв. До 1968 года практически все высокотемпературные пласты с глубоким залеганием обрабатывались реагентами на водной основе или же с применением систем, не обладающих стабильной вязкостью, однако такая обработка обычно была ограничена по масштабу и использовала крупные расклинивающие наполнители.
Доводы в пользу применения мелких и в ряде случаев нестандартно мелких расклинивающих агентов
На ранних этапах, когда гидроразрывный метод набирал популярность, операторы испытывали трудности с выпадением частиц при использовании расклинивающих наполнителей с размером 20/40 или крупнее. Для уменьшения выпадения частиц из жидкости они перешли на более мелкий наполнитель с размером 40/70 и смогли закачивать расклинивающий агент с концентрацией свыше 2 фунтов на галлон. Удивительно не то, что им удалось закачивать наполнитель, они смогли добиться лучших результатов в интенсификации притока по сравнению со скважинами, в которые был закачан более крупный расклинивающий агент. Следуя той же логике, операторы на сланцевом месторождении Барнетт начали использовать песок с зернистостью 100 в качестве основного расклинивающего наполнителя. Огромное количество операций по обработке и чрезвычайно большие количества закачиваемого наполнителя привели к тому, что оттавского песка просто не хватило, и операторы Барнетта стали использовать песок с зерном 100 более низкого качества. Такой расклинивающий агент можно было найти вблизи от сланцевого нефтегазоносного комплекса Барнетт и примечательно, что скважины восприняли его так же хорошо, как и оттавский песок с зерном 100 и 40/70. Мы отметили успех использования песка в качестве расклинивающего агента в сланцах с более глубоким залеганием, как в Хейнсвилле, Вудфорде и Иглфорде, где в зависимости от градиента давления гидроразрыва было необходимо применять керамические наполнители. Первым приходящим на ум объяснением этого феномена был вывод о том, что, поскольку сланец во многих случаях не имеет преобладающего давления, смыкание будет меньше. Возможно, более правдоподобным объяснением для этого сланца будет то, что, поскольку в скелете основной породы практически отсутствует проницаемость, нет и механизма, который направлял бы давление вниз для сдавливания наполнителя. Само собой разумеется, такое использование слабо концентрированного наполнителя не обязательно переносить на традиционные пласты, где присутствует измеряемая проницаемость вмещающей породы. Следует заметить, что один из операторов сообщил об успешном применении гидроразрывного метода в традиционном пласте с использованием оттавского песка с зерном 100. Глубины залегания находятся в пределах оттавского диапазона, но не оправдывают необходимость набивки проводящим наполнителем в малопроницаемом пласте.
Использовать или не использовать поверхностно-активные добавки в гидроразрывах пластов с применением воды
Более девяти лет назад один расчетливый клиент взялся удалить поверхностно-активные добавки из гидроразрыва на песках в Коттон Вэлли. Те из нас, кто учился, внимая бесчисленным гуру гидроразрывного способа, и сами учили этому методу, пришли в ужас от такой оплошности. Мы не сомневались, что скважина, в которой находится жидкость с высоким поверхностным натяжением, не очистится, и вину за возможные проблемы возложат на нас. Мы внимательно следили за скважиной и были удивлены, обнаружив, что она хорошо очистилась и выглядит лучше, чем периферийные стволы. Поразмыслив некоторое время над столь очевидной аномалией, кто-то сделал предположение, что вероятно не стоит закачивать жидкости с низким поверхностным натяжением в пласты с крайне малой проницаемостью, позволяя воде проникать в каналы с мелкими порами и небольшими трещинами, где поверхностно-активная добавка неизбежно будет осаждаться, оставляя жидкость с высоким поверхностным натяжением в порах, что будет приводить к разрушению. Вот уже более шести лет мы не рекомендуем использовать поверхностно-активные вещества в гидроразрывах, и такое исключение ни разу не привело к каким-то негативным последствиям.
За всю историю применения гидроразрывного способа в отрасли появилось несколько продуктов для отбора воды и интуитивно мы предполагали, что улучшенный отбор воды должен позволять достичь лучших результатов в добыче. В действительности же, мы обнаружили, что увеличенный отбор воды оказывает незначительный или нулевой эффект на уровень добычи. Многие чрезвычайно сложные материалы типа «скотчгард», а также относительно дорогие поверхностно-активные фторуглеродные добавки использовались для создания разрывов и действительно помогали увеличить вынос, но это не приводило к реальному росту производительности добычи. Нами замечено, что в нескольких случаях для пород с крайне низкой проницаемостью, некоторые отдельные составы поверхностно-активных добавок на самом деле повреждали породу в такой степени, что в интервалах не накапливалось давление после предшествующей добычи. И действительно, существует корреляция между восстановлением нагрузки и производительностью добычи, однако эта зависимость является обратной, т. е. производительность и качество скважины лучше всего при минимальном восстановлении нагрузки, а скважины с очень низким дебитом возвращают значительный процент нагрузки.
Итоговые выводы
Громкий успех разрывного метода с использованием воды действительно поколебал основы традиционной теории гидроразрыва пластов. Крайне любопытно наблюдать за теми, кто продолжает использовать традиционные высоковязкие гели и концентрированные наполнители в нестандартных породах и, даже после очевидной неудачи в попытке добиться успеха по сравнению с гидроразрывным методом с использованием воды, продолжают упорствовать в своих мыслях и действиях. Хотя, очевидно, мы не полностью понимаем механизм, благодаря которому этот метод работает столь хорошо, в то же время мы не можем себе позволить игнорировать недвусмысленные результаты. Большие надежды на будущее связаны с тем, что нами найдена технология, которая позволит вскрыть прежде недостижимые пласты углеводородов, и что в наших руках находится возможность сделать нашу страну, впервые за более чем 60 лет, самодостаточной в добыче углеводородного сырья, путем использования природного газа в качестве основного энергоносителя.
