Технология за круглым столом – Разрыв пласта
Майкл Талисси: International Technical Director for Fracturing Services with Trican Well Service
Андрей Смаровозов: Директор направления Pressure Pumping в России и Каспийском регионе (Маркетинг и развитие бизнеса), Baker Hughes
Кевин Маллен: Старший инженер по интенсификации производства в компании «Шлюмберже» в России
Кувшинов Игорь: Главный технический руководитель компании Halliburton
Какие основные аспекты следует учитывать при проектировании и выполнении работ по гидравлическому разрыву пласта (ГРП)?
Майкл Талисси: Очень важно учитывать требуемую геометрию разрыва и проницаемость, а также оптимальный экономически эффективный дебит. Проект будет зависеть от точности данных относительно проницаемости пласта и давления, ясного понимания механических свойств породы, которые влияют на создание геометрии, а также текущие параметры состояния скважины, такие
как параметры поврежденного и неповрежденного пласта.
Проект должен исключать ошибки и включать понимание процесса откачивания скважины до получения чистой нефти и взаимосвязь между длиной трещины гидроразрыва, заполненной проппантом и эффективной продуктивной длиной гидроразрыва, что на практике очень отличается. В этой связи, опытность операторов, комплексный контроль качества и надежное оборудование имеют важное значение.
Андрей Смаровозов: На стадии проектных работ, самыми ответственными аспектами для разработки детального дизайна гидравлического разрыва пласта является готовность скважины (т.е. состояние обсадной колонны и цементного камня), данные о пласте, включая механические свойства породы и пласта, а также параметры пластовых флюидов. Наличие достоверных данных значительно повышает точность дизайна, что способствует оптимизации обработки конкретной скважины. При выполнении работ по ГРП, одним из самых ответственных моментов является обеспечение гарантии и контроля качества, а также гибкость систем дозирования химреагентов с детальным контролем каждого параметра. При этом, чтобы добиться наилучших результатов, важны все виды планирования. Используемое оборудование должно быть гибким в применении каждого отдельного компонента жидкостной системы, что позволяет контролировать качество жидкости ГРП при минимальных издержках.
Кевин Маллен: Проектирование ГРП должно быть каждый раз таким же индивидуальным процессом, как один человек отличается от другого. Самым ответственным элементом планирования работ является учет всех характеристик скважины для определения оптимальной геометрии конкретной скважины с целью оптимизации добычи. Это включает определение местоположения разрыва, до какой степени может расти трещина ГРП и какое количество проппанта требуется для достижения необходимой проводимости. Простым примером является проектирование ГРП, который имеет достаточно большой размер (по массе и ширине), чтобы обеспечить эффективную добычу, но достаточно небольшим (по форме и объему), чтобы не допустить стимулирования близлежащих водных толщ.
Кувшинов Игорь: В общих чертах, наличие достаточного количества основных параметров породы и свойств коллектора позволяет определить геометрию разрыва. Некоторые операторы с готовностью принимают это и не желают выходить за пределы такого базового уровня. Однако, только подробный анализ данных в отношении механики породы, пластовой жидкости и соотношение между давлением, объемом и температурой (PVT) позволяет ответить на вопрос, будет ли конструкция забоя с гидроразрывом обладать достаточной проводимостью в долгосрочной перспективе для разработки залежи до намеченного уровня. Наиболее разумным подходом для оператора является полный анализ, т.к. в этом случае увеличивается отдача в средне- и долгосрочной перспективе.
Повреждение пласта является одной из самых неприятных опасностей при гидроразрыве пласта. Как можно свести до минимума риск повреждения пласта при проведении работ?
Майкл Талисси: Операции по гидроразрыву пласта могут привести к двум типам повреждения пласта: повреждение самого пласта и повреждение проницаемости расклинивающего наполнителя в гидроразрыве. Повреждения пласта могут быть уменьшены надлежащим проведением проверки на совместимость жидкости ГРП/присадок с породой и флюидами пластов, а также исследований предполагаемых повреждений на основании предыдущих операций ГРП. Повреждение проницаемости расклинивающего наполнителя можно свести до минимума посредством сокращения количества полимерного геля на основании использования усовершенствованной технологии деструктуризации геля, улучшения мероприятий по очистке после ГРП и включения азота в жидкости гидроразрыва.
Андрей Смаровозов: Существует несколько способов сведения к минимуму фактора повреждения пласта жидкостью гидроразрыва: (так же, как и ниже приведенные, правильность подбора прочностных параметров пропанта является обязательным):
1. Системы с низкой загрузкой полимера (в частности, такая как QuadraFracТМ у BJS, которая позволяет снизить загрузку полимеров до 18-20 фунтов на галлон по сравнению с 30-35 фунтами на галлон) при сохранении жидкостью разрыва удерживающей способности проппанта.
2. Использование ферментных брейкеров (деструкторов), специфичных для полимеров (что позволяет повысить разрушение геля ГРП до 98% по сравнению с 30-40% в результате применения стандартных брейкеров-окислителей)
3. Безполимерные жидкости ГРП, не содержат полимеров, и поэтому теоретически неспособны привести к повреждению проницаемости на поверхности трещины ввиду образования «полимерной корки» при гидроразрыве. Здесь необходимо также контролировать химические процессы привзаимодействия пласта с жидкостной ситемой ГРП.
4. Пенные жидкости гидроразрыва позволяют снизить общее количество полимеров, попадающих в трещину, что помогает при отработке скважины и ее запуске в работу. Однако, поскольку суммарное количество гуарово-боратной жидкости в пене значительно снижено (остальное – азот), максимальная эффективная концентрация пропанта в трещине ограничена.
Кевин Маллен: Повреждение пласта может причинить значительный вред коллекторским свойствам продуктивного пласта, однако эти проблемы могут быть легко управляемы посредством проведения надлежащего предварительно анализа и ГРП и дизайна деструкторов для лучшей очистки трещины от жидкости разрыва. Чтобы не допустить потенциально необратимых проблем, настоятельно рекомендуется провести испытания в лаборатории на предмет взаимодействия пластовых жидкостей (нефти и воды), жидкости гидроразрыва и жидкости глушения. В случае обнаружения несовместимости, состав жидкости ГРП должен быть отрегулирован ингибиторами для устранения этих эффектов. Испытание на совместимость с керновым материалом может быть трудноосуществимым, поэтому реагент, предотвращающий набухание глин, должен всегда присутствовать в составе. Наконец, агрессивная концентраци дуструкторов должна быть протестирована и предусмотрена в дизайне ГРП для минимизации загрязнения трещины.
Кувшинов Игорь: Способность предоставления лучшей в своем классе обработки пласта для интенсификации притока не только в наличии мощностей для закачки пропанта на забой, но в понимании всей картины, позволяющей предвидеть проблемы и успешно находить способы их предотвращения для достижения долгосрочной проницаемости после разрыва.
Лучшим способом сведения риска повреждения к минимуму во время проведения подобных работ является проектирование целевой проницаемости трещины, основанное на всех имеющихся данных, наряду с настройкой рецептуры жидкости для ГРП и обеспечении полной очистки трещины вскоре после начала эксплуатации скважины. Компетентные нефтесервисные компании прорабатывают каждый аспект, влияющий на проводимость целевой трещины, включая химические составы, материалы, методы размещения обработки и т.д. для обеспечения успеха.
Имеете ли Вы новые технологии, которые в настоящее время внедряются на нефтяных промыслах в России?
Майкл Талисси: Компания «Тrican» является техническим лидером в области гидроинжиниринга, а клиенты компании по всему миру получают выгоду от наших новаторских решений. Такие решения в России включают:
» Система многоступенчатого ГРП (селективный гидроразрыв горизонтальных стволов скважин)
» IsoJet (селективный гидроразрыв с использованием кумулятивной перфорации гибких НКТ)*
» DRA-2 (Реагент для разложения кислоты с замедленным высвобождением)
» WCA-1 (Модификатор относительной проницаемости (на соответствие воды техническим требованиям)
» SI-3 (Ингибитор образования отложений закачивается во время проведения операций ГРП с целью уменьшения образования отложений и повреждений насосов вследствие образования отложений)
» Пластовый ГРП (Жидкость ГРП с низкомолекулярным полимером, обеспечивая высокое сопротивление сдвигу и взвешивающую способность жидкости разрыва)*
» PropLock (Контроль обратного притока жидкости разрыва — проппанта)
» Различные жидкости разрыва, включая азот
» Эти продукты были разработаны в России для удовлетворения требований местного рынка.
Андрей Смаровозов: После слияния компании BJ с Baker Hughes, следующие технологии ГРП планируются к использованию в России:
» Низкополимерная система ГРП QuadraFracТМ проходит полевые испытания.
» Широкое применение нашли ферментные брейкеры для условий высоких температур и давлений.
» Безполимерная система жидкости ГРП — AquaStarТМ (на основе поверхностно-активных веществ) была доставлена в страну и планируется для проведения полевых испытаний.
Кевин Маллен: Как одна из основных наших ценностей, технологии имеют особенную важность в «Шлюмберже». Мы очень гордимся своими специалистами и ежегодным финансированием в исследования. В России, на различных этапах в течение 6 лет, мы внедрили несколько технологий гидроразрыва, включая FiberFRAC*, пенные жидкости ГРП и AbrasiFRAC*; где основное внимание уделяется геометрии ГРП и эффективности эксплуатации скважин. В последующие несколько лет, по мере повышения популярности многоступенчатого ГРП в горизонтальных стволах скважин, технология StageFRAC* найдет более широкое применение на рынке. Но, самое интересное впереди – мы очень ждем скорого появления новой революционной технологии! Этой осенью ждите выхода HiWAY*!
Кувшинов Игорь: Ряд технологий точной интенсификации притока (Pin-Point Stimulation) компании Halliburton, используемых для многоступенчатого ГРП объединяют хорошо известные технологии, такие как гидропескоструйное перфорирование, ГРП и гибкие НКТ для достижения точного расположения трещин с помощью технологий полного ГРП, значительно сокращающих время строительства скважин. Некоторые из данных технологий (CobraMax, Surgifrac и DeltaStim Completion) используются в российском нефтепромысле с 2004 года. Водяной ГРП используется в качестве одной из эффективных технологий распределения расклинивающего наполнителя, которая еще не была внедрена в России. Для долгосрочной проницаемости и уменьшения феномена диагенеза пропанта внедряются технологии Conductivity Endurance и Monoprop.
Насколько широко в России проводятся работы по многоступенчатому гидроразрыву необсаженных скважин?
Майкл Талисси: Хотя эти методы все еще на стадиях развития в России в настоящее время, применение технологии многоступенчатого ГРП необсаженных скважин, конечно же, будет набирать обороты по мере увеличения горизонтальной длины скважин и сокращения средней проницаемости пластов. В таких случаях, экономические преимущества горизонтальных скважин относительно традиционного вертикального оснащения скважин будут повышены на основании технологии. Компания «Trican» имеет богатый опыт по многоступенчатому ГРП необсаженных скважин и готова расширять свою деятельность в этой области во всех географических регионах.
Андрей Смаровозов: Несколько известных технологий по многоступенчатому гидроразрыву необсаженных скважин испытывались промышленно. Эти технологии в той или иной степени схожи и представлены, в частности у BJS технологией DirectStimТМ, у Baker Hughes — FracPointТМ.
Кевин Маллен: На настоящий момент этому методу оснащения скважин еще предстоит пустить сильные корни в России, хотя уже в последнее время появился значительный интерес к этой технологии. Несколько
компаний-разработчиков только что начинают пробовать технологию многоступенчатого ГРП, и я
подозреваю, что есть компании, которые уже готовы следовать этому примеру. Характерной особенностью этой технологии является оригинальное решение по эффективному отделению горизонтального сегмента секции, чтобы иметь контроль над точкой инициирования гидроразрыва пласта. Методы, используемые в России в настоящее время по оснащению скважин (обычно хвостовик с щелевидными отверстиями) не позволяют контролировать расположение гидроразрыва. Поэтому, чтобы перейти к многоступенчатому гидроразрыву, необходимо провести серьезные зменения в конструктивной схеме оснащения скважин.
Кувшинов Игорь: Применение работ по многоступенчатому ГРП необсаженных скважин в России до сих пор находится на начальной стадии. Однако интерес к технологии многоступенчатого ГРП необсаженных скважин среди крупных нефтепромышленных компаний растет. Можно предположить, что причиной этому служит то, что растущий спрос обусловливает прибыльность ресурсов с низкой проницаемостью. Несколько из вышеупомянутых технологий были опробованы и приняты для широкого применения.
На основании геофизических исследований, проведенных после гидроразрыва пласта, можно свободно определить успешность выполнения работ по гидроразрыву. Насколько широко освоено использование и понимание таких исследований в регионе? (Что следует изменить для улучшения этого направления?)
Майкл Талисси: Геофизические исследования после ГРП выполняются с целью оценки ГРП и сбора информации для усовершенствования процесса проведения последующего ГРП. К такой информации относятся параметры давления обработки разрыва и полученного дебита скважины, анализы по которым проводятся в рабочем порядке постоянно. Однако, этот метод может оказаться ненадежным, так как результаты не однозначны. Более точные анализы, такие как анализ потока и возрастание давления или метод кривых восстановления давления, проводятся довольно редко. Последние анализы занимают много времени и требуют остановки работы скважины, что не делает их привлекательными для операторов. Чтобы повысить широкую приемлемость геофизических исследований скважин после ГРП, необходимо желание проектировать, проводить и оценивать операции ГРП во всеобъемлющих масштабах, а не отдельным независимым процессом.
Андрей Смаровозов: Одним из объективных факторов успешности проведенного ГРП является дебит скважины после ГРП и соответствие его расчетным параметрам и хотя все крупные операторы в России проводят геофизические исследования после ГРП в большей или меньшей степени (на самом деле проведение таких исследований является даже обязательным для определенных условий), хотелось бы видеть большего распространения подобного рода исследований. Кроме того, с целью улучшения и оптимизации работ по ГРП вначале проводится Data Frac (информационный ГРП малого объема для получения данных о пласте), после чего проводится его анализ (на месте) и, только после этого, происходит согласование графика проведения работ основного ГРП.
Кевин Маллен: Здесь в России в «Шлюмберже» проведение оценки геометрии трещины после ГРП является обязательной процедурой на 100% скважин. Мы проводим подбор полезного давления для подтверждения правильности геометрии созданного гидроразрыва, и на основании данных калибровочного испытания предварительной обработки мы имеем возможность усовершенствовать моделирование жидкости и породы в наших последующих проектных работах. Подбор давления действительно предоставляет достаточно хорошую оценку фактической геометрии гидроразрыва, а точность может быть повышена на основании анализа данных забойного давления или прямого замера высоты гидроразрыва, используя нашу услугу SonFracMap*.
Кувшинов Игорь: Анализ по окончании выполнения работ по ГРП еще не получил достаточного внимания в России. Несмотря на значительное продвижение в понимании геометрии ГРП в регионе, необходимы дальнейшие улучшения. Это в особенности касается тех компаний, которые стремятся сделать большой шаг к пониманию геометрии ГРП в целях создания эффективной дренирующей системы на основе скважин с ГРП для всей территории месторождения, направленной на максимизацию извлечения углеводородов.
Для достижения вышеуказанной цели очень важно использовать наиболее продвинутые из имеющихся технологий моделирования для определения реакции пород и последующей геометрии трещин ещё на ранней стадии разработки месторождения. Используемый в настоящее время метод моделирования по давлению обработки сам по себе не является достаточным для полного анализа. Специализированная диагностическая закачка, осуществляемая в рамках предварительной обработки, и микросейсмическое районирование ГРП являются широко признанными методами, необходимыми для точного анализа геометрии ГРП. Прогнозирование долгосрочной отдачи трещин ГРП будет наиболее точным при использовании вышеуказанных данных.
Метод ГРП с использованием воды пока еще не нашел широкое применение в России. Думаете ли Вы, что эта технология найдет применение в регионе по мере расширения разработок с пластами сланцевых газов? Какие преимущества эта технология имеет по сравнению с решениями, используемыми в настоящее время?
Майкл Талисси: Метод гидравлического разрыва пласта с использованием воды не требует больших затрат и практически исключает повреждение пласта, где требуется только низкая проницаемость разлома. В настоящее время в России разрабатываются несколько нефтяных коллекторов с проницаемостью, которая достаточна низка, чтобы там можно было выгодно использовать ГРП с применением воды. Мы предполагаем, что по мере увеличения разработок глинистых низкопроницаемых коллекторов, эта технология будет находить все большее применение.
Андрей Смаровозов: Вы правы, так как в России не ведутся разработки угольного метана и газа в плотных породах, ГРП на основе базового геля или ГРП с применением расклинивающего агента низкой плотности (проппанта), на настоящий момент в России не используются. Преимущества, предлагаемые этими технологиями, заключаются в сведении до минимума повреждения поверхности трещины при максимальном увеличении дебита продуктивного пласта. Это означает, проведение традиционных видов ГРП с гидравлическим открытием дополнительных объемов пласта на более удаленном расстоянии от ствола скважины при минимальном остаточном повреждении пласта.
Кевин Маллен: Различным пластам требуются различные параметры трещин при гидравлическом разрыве. Форма и размер трещины гидроразрыва, заполненной проппантом, будет зависеть от свойств пластовой жидкости и породы. Для нефтяных пластов с низким и средним коэффициентом проницаемости предпочитаются технологии, используемые в настоящее время. Если запасы глинистых пород станут широко доступными, то ГРП с использованием воды и высоких скоростей закачки могут также приобрести большую популярность в России. Однако, основной вопрос, который должен себе задать в первую очередь каждая нефтяная и каждая сервисная компания перед принятием решения — это «какую геометрию может обеспечить эта технология, и как это скажется на дебите скважины?».
Кувшинов Игорь: Метод ГРП с использованием воды, несомненно, может повысить отдачу при разработке глинистых сланцев в России. Некоторыми из главных преимуществ данной технологии являются распределение расклинивающих наполнителей и использование состава ГРП, вызывающего незначительные повреждения проводимости. Преимущества становятся еще более очевидными в случае с газовыми месторождениями, хотя добыча нефтяных месторождений также повышается.
