Kupasuka kwa majimaji: aina, hesabu na mchakato wa kiteknolojia

2024 Mwandishi: Howard Calhoun | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-02 14:03

Hydraulic fracturing (HF) ni mojawapo ya hatua madhubuti za kijiolojia na kiufundi, ambazo madhumuni yake ni kuimarisha mtiririko wa maji ya uundaji hadi visima vya uzalishaji. Matumizi ya teknolojia hii inaruhusu sio tu kuongeza uokoaji wa hifadhi ndani ya eneo la mifereji ya maji, lakini pia kupanua eneo hili, na kuongeza urejesho wa mwisho wa mafuta ya hifadhi. Kwa kuzingatia kipengele hiki, usanifu wa uga unaweza kutekelezwa kwa mpangilio wa muundo wa kisima kidogo zaidi.

Maelezo mafupi

Kiini cha kupasuka kwa majimaji kinafafanuliwa kwa mchakato ufuatao:

• hifadhi inakabiliwa na shinikizo nyingi (mchakato wa matumizi ya maji ni kubwa zaidi kuliko inaweza kufyonzwa na miamba);
• shinikizo la shimo huongezeka hadi kuzidi mikazo ya ndani katika anuwai;
• miamba hupasuliwa kwenye ndege kwa nguvu ndogo zaidi za kiufundi (mara nyingi katika mwelekeo wa mshale au wima);
• tenanyufa zilizoundwa na za zamani huongezeka, uhusiano wao na mfumo wa pore asili huonekana;
• eneo la upenyezaji unaoongezeka karibu na kisima huongezeka;
• viumbe maalum vya punjepunje (viumbezaji) husukumwa kwenye mivunjiko iliyopanuliwa ili kuzirekebisha katika hali iliyo wazi baada ya shinikizo kwenye uundaji kuondolewa;
• upinzani wa harakati za kiowevu inakuwa karibu sufuri, kwa hivyo, kasi ya mtiririko wa kisima huongezeka mara kadhaa.

Urefu wa miamba kwenye miamba inaweza kuwa mamia ya mita, na sehemu ya chini ya kisima huunganishwa na maeneo ya mbali ya hifadhi. Moja ya mambo muhimu zaidi katika ufanisi wa matibabu haya ni fixation ya ufa, ambayo inaruhusu kujenga channel filtration. Walakini, tija ya kisima haiwezi kuongezeka kwa muda usiojulikana kadiri saizi ya fracture inavyoongezeka. Kuna urefu wa juu zaidi, ambao juu yake kasi ya mtiririko haizidi kuwa kubwa zaidi.

Wigo wa maombi

Teknolojia hii inatumika kwa ajili ya uzalishaji (kurejesha mafuta yaliyoboreshwa) na sindano (udungaji ulioongezeka), visima vya mlalo na wima. Maeneo yafuatayo ya uwekaji mpasuko wa majimaji yanatofautishwa:

• kuongezeka kwa kiwango cha uzalishaji wa visima vyenye ukanda wa shimo wa chini uliochafuliwa kwenye mabwawa yenye upenyezaji tofauti;
• maendeleo ya amana tofauti tofauti;
• kuboresha muunganisho wa hidrodynamic wa kisima na mfumo wa asili wa kuvunjika kwenye hifadhi;
• upanuzi wa eneo la kumwagilia maji ya hifadhi;
• utengenezaji wa hifadhi zenye upenyezaji mdogo navisima vya ukingo wa chini;
• mabadiliko ya mtiririko wa maji kwenye visima vya sindano;
• marejesho ya vigezo vya kisima ambavyo havijaathiriwa na mbinu zingine.

Vikomo vya teknolojia ya kupasuka kwa majimaji ni maeneo ya mafuta ya gesi, ambayo yana sifa zifuatazo:

• coning ya haraka (kuvuta maji ya uundaji hadi chini ya kisima);
• mimiminiko ya ghafla ya maji au gesi kwenye kisima;
• hifadhi zilizopungua na hifadhi ndogo, lenzi zilizojaa mafuta za ujazo mdogo (kutokana na kutokuwa na faida kiuchumi).

Mara nyingi mpasuko wa majimaji hutumiwa kama njia ya kuchangamsha maji kwa hifadhi za wastani na za juu za upenyezaji. Kwao, jambo kuu la kuongeza uingiaji wa maji ya hifadhi ni urefu wa fracture iliyoundwa, na katika amana zilizo na upenyezaji mdogo wa mwamba, upana wake.

Kupasuka kwa majimaji: faida na hasara

Faida za kupasuka kwa majimaji ni:

• inatumika kwa maeneo yenye muundo tofauti wa kijiolojia;
• athari kwenye hifadhi nzima na kwa sehemu yake;
• upunguzaji mzuri wa upinzani wa majimaji katika eneo la shimo la chini;
• ushirika wa maeneo ya jirani yenye maji duni;
• maji ya bei nafuu ya kufanya kazi (maji);
• faida kubwa.

Hasara ni pamoja na:

• haja ya usambazaji mkubwa wa maji, mchanga, kemikali za ziada;
• mchakato usiodhibitiwa wa kuunda ufa kwenye mwamba, kutotabirika kwa utaratibukupasuka;
• wakati visima vilivyo na viwango vya juu vya mtiririko vinawekwa kwenye kazi baada ya kupasuka kwa majimaji, msukumo unaweza kufanywa kutoka kwa fractures, na kusababisha kupungua kwa kiwango cha ufunguzi wao na kupungua kwa kiwango cha mtiririko katika miezi ya kwanza baada ya kuanza. ya uendeshaji;
• hatari ya utokaji maji usiodhibitiwa na uchafuzi wa mazingira.

Tofauti za Mchakato

Mbinu za kugawanyika hutofautiana katika aina ya mgawanyiko, ujazo wa umajimaji na viambajengo vinavyodungwa, na sifa nyinginezo. Aina kuu za kupasuka kwa majimaji ni pamoja na zifuatazo:

• Kulingana na eneo la athari kwenye malezi: ya ndani (urefu wa fracture hadi 20 m) - iliyoenea zaidi; kupenya kwa kina (urefu wa fracture 80-120 m); wingi (m 1000 na zaidi).
• Kwa ufunikaji wa mshono: moja (athari kwenye mishono yote na viunganishi); nyingi (kwa visima ambavyo vimefungua tabaka 2 au zaidi); muda (kwa hifadhi maalum).
• Njia maalum: kupasua asidi; Teknolojia ya TSO - uundaji wa fractures fupi ili kuzuia uenezi wao kwa kuwasiliana na mafuta ya maji na kupunguza kiasi cha sindano ya propant (njia hii inaonyesha ufanisi mkubwa katika hifadhi za mchanga); msukumo (kuundwa kwa mivunjiko kadhaa ya radially tofauti katika miamba ya upenyezaji wa kati na wa juu ili kupunguza athari ya ngozi - kuzorota kwa upenyezaji wa pore kwa sababu ya kuchafuliwa kwao na chembe zilizomo kwenye kiowevu cha kuunda kichujio.

Nyingipengo

Upasuaji wa majimaji mengi hufanywa kwa mbinu kadhaa:

1. Kwanza, ufa huundwa kwa kutumia teknolojia ya kawaida. Kisha imefungwa kwa muda na vitu vya kuingiza (naphthalene punjepunje, mipira ya plastiki, na wengine) ambayo hufunga utoboaji. Baada ya hapo, kupasuka kwa majimaji hufanywa mahali pengine.
2. Mgawanyo wa kanda unafanywa kwa kutumia vifungashio au lango la majimaji. Kwa kila vipindi, kupasuka kwa majimaji hufanywa kulingana na mpango wa kitamaduni.
3. Kupasuka kwa awamu kwa majimaji kwa kutengwa kwa kila eneo la chini kwa plagi ya mchanga.

Katika sehemu za udongo, ufanisi zaidi ni uundaji wa mivunjiko ya wima, kwani huunganisha viambatanishi vya uzalishaji vya mafuta na gesi. Mivunjo kama hiyo hutolewa na kitendo cha vimiminika visivyochujwa au kwa ongezeko la haraka la kiwango cha sindano.

Maandalizi ya kupasuka kwa majimaji

Teknolojia ya hifadhi ya kihaidroli ina hatua kadhaa. Kazi ya maandalizi ni kama ifuatavyo:

1. Utafiti wa kisima kwa mtiririko wa maji ya uundaji, uwezo wa kunyonya umajimaji unaofanya kazi na kuamua shinikizo linalohitajika kwa kupasuka kwa majimaji.
2. Kusafisha shimo la chini kutoka kwa mchanga au ukoko wa udongo (kuosha kwa maji chini ya shinikizo, kutibu kwa asidi hidrokloriki, utoboaji wa hydro-sandblasting na mbinu zingine).
3. Kuangalia kisima kwa kiolezo maalum.
4. Ishukia kwenye mabomba ya kisima ili kusambaza kimiminiko cha kufanya kazi.
5. Usakinishaji wa kifunga shinikizo na nanga za majimaji ili kulinda kabati.
6. Usakinishaji wa kisimavifaa (njia nyingi, kilainishi na vifaa vingine) vya kuunganisha pampu za kusukuma maji kwenye mabomba ya sindano na kuziba kisima.

Mchoro mkuu wa uchakataji wa mabomba ya vifaa wakati wa kupasuka kwa majimaji umeonyeshwa kwenye mchoro ulio hapa chini.

Msururu wa kupasuka

Mbinu na teknolojia ya kupasuka kwa majimaji inajumuisha taratibu zifuatazo:

1. Mabomba ya sindano yanatolewa kwa umajimaji unaofanya kazi (mara nyingi mafuta ya kisima cha uzalishaji au maji kwa kisima cha sindano).
2. Ongeza shinikizo la maji yanayopasuka hadi thamani ya juu zaidi ya muundo.
3. Angalia kubana kwa kifungashio (kusiwe na kufurika kwa umajimaji kutoka kwa annulus).
4. Kielekezi kinaongezwa kwenye umajimaji unaofanya kazi baada ya kupasuka kwa majimaji. Hii inaamuliwa na ongezeko kubwa la sindano ya kisima (kushuka kwa shinikizo kwenye pampu).
5. Isotopu za mionzi zimejumuishwa katika kundi la mwisho la propsi kwa uthibitishaji unaofuata wa eneo la hasara kwa kutumia ukataji wa nyuklia.
6. Toa kiowevu cha juu zaidi cha kubana kwa ajili ya kuegemeza ufa.
7. Kuondoa umajimaji unaopasuka kutoka chini ili kuhakikisha umiminiko wa maji ya kutengeneza kwenye kisima.
8. Ondoa vifaa vya kuchakata.
9. Kisima kinatumika.

Ikiwa kisima ni kidogo kidogo, basi kiowevu kinachofanya kazi kinaruhusiwa kutolewa kupitia mabomba ya vizimba. Inawezekana pia kufanya fracturing ya majimaji bilamfungaji - kupitia mabomba ya neli na annulus. Hii hupunguza upotevu wa majimaji kwa vimiminika vyenye mnato sana.

Mashine na mifumo ya kupasuka kwa majimaji

Kifaa cha kupasua majimaji hujumuisha aina zifuatazo za vifaa:

• Mashine na vifaa vya ardhini: vitengo vya kusukumia (ANA-105, 2AN-500, 3AN-500, 4AN-700 na vingine); mimea ya kuchanganya mchanga kwenye chasi ya gari (ZPA, 4PA, USP-50, Kerui, Lantong na wengine); lori za tank kwa usafirishaji wa vinywaji (ATsN-8S na 14S, ATK-8, Sanji, Xishi na wengine); upigaji bomba wa visima (njia nyingi, vichwa vya habari, vali za kuzimisha, mikunjo ya usambazaji na shinikizo yenye vali za kuangalia, vipimo vya shinikizo na vifaa vingine).
• Vifaa vya usaidizi: majumuisho ya shughuli za safari; winchi; vituo vya ufuatiliaji na udhibiti; lori bomba na vifaa vingine.
• Vifaa vya chini ya ardhi: vifungashio vya kutenga uundaji ambamo mpasuko wa majimaji hupangwa kutoka sehemu nyingine ya mfuatano wa uzalishaji; nanga ili kuzuia kuinua vifaa vya chini ya ardhi kutokana na shinikizo la juu; kamba ya neli.

Aina ya kifaa na idadi ya vipande vya kifaa hubainishwa kulingana na vigezo vya muundo wa kupasuka kwa majimaji.

Sifa za muundo

Miundo ya kimsingi ifuatayo hutumika kukokotoa kupasuka kwa majimaji:

1. BHP (MPa) kwa kupasuka kwa majimaji kwa kutumia umajimaji uliochujwa: p=10^-2KL_c, ambapo K ni mgawo uliochaguliwa kutoka anuwai ya thamani 1, 5-1, 8 MPa/m, L _{c – urefu wa kisima, m.}
2. Shinikizo la kudunga maji kwa kutumia mchanga (kwa ajili ya kupasua fracture): p_p =p - ρgL_c + p_t, ambapo ρ ni msongamano wa kioevu cha kubeba mchanga, kg/m³, g=9.8 m/s², p _t – kupungua kwa shinikizo kutokana na msuguano wa kiowevu cha kubebea mchanga. Kiashirio cha mwisho kinabainishwa na fomula: p_t =8λQ² ρL_c/(πdB₎2 ^B – kipenyo cha ndani cha neli.
3. Idadi ya vitengo vya kusukuma maji: n=pQ/(p_pQ_pK_T) + 1, ambapo p_p ni shinikizo la uendeshaji wa pampu, Q_p ni usambazaji wake kwa shinikizo fulani, K T- mgawo wa hali ya kiufundi ya mashine (iliyochaguliwa ndani ya 0.5-0.8).
4. Kiasi cha maji ya kuhamisha: V=0, 785d_B²L_c.

Ikiwa kupasuka kwa majimaji kutatokea kwa kutumia mchanga kama kichochezi, basi kiasi chake kwa kila operesheni 1 huchukuliwa kuwa tani 8-10, na kiasi cha maji huamuliwa na fomula:

V=Q_sC_s, ambapo Q_s ni kiasi cha mchanga, t, C_s – mkusanyiko wa mchanga katika 1 m^{3 kimiminika.}

Hesabu ya vigezo hivi ni muhimu, kwani kwa thamani ya shinikizo la juu kupita kiasi wakati wa kupasuka kwa majimaji, majimaji hubanwa kwenye hifadhi, ajali hutokeasafu ya uzalishaji. Vinginevyo, ikiwa thamani ni ya chini sana, mpasuko wa majimaji utahitaji kusimamishwa kwa sababu ya kutoweza kufikia shinikizo linalohitajika.

Muundo wa kugawanyika hufanywa kama ifuatavyo:

1. Uteuzi wa visima kulingana na mfumo uliopo au uliopangwa wa ukuzaji wa uga.
2. Uamuzi wa jiometri bora zaidi ya kuvunjika, kwa kuzingatia mambo kadhaa: upenyezaji wa miamba, gridi ya kisima, ukaribu wa mguso wa maji-mafuta.
3. Uchambuzi wa sifa za kimaumbile na za kiufundi za miamba na uchaguzi wa muundo wa kinadharia wa kuunda ufa.
4. Uamuzi wa aina ya mtangazaji, kiasi na umakini.
5. Kuteua kiowevu cha kupasuka chenye sifa zinazofaa za rheolojia na kukokotoa ujazo wake.
6. Ukokotoaji wa vigezo vingine vya kiteknolojia.
7. Ufafanuzi wa ufanisi wa kiuchumi.

Frac Fluids

Vimiminika vya kufanya kazi (kuhamishwa, kupasuka na kubeba mchanga) ni mojawapo ya vipengele muhimu vya kupasuka kwa majimaji. Faida na hasara za aina zao mbalimbali zinahusiana hasa na mali ya rheological. Ikiwa hapo awali tu nyimbo za msingi za mafuta ya viscous zilitumiwa (kupunguza kunyonya kwao na hifadhi), basi ongezeko la nguvu za vitengo vya kusukumia sasa imefanya iwezekanavyo kubadili maji ya maji yenye viscosity ya chini. Kutokana na hili, shinikizo la kisima na hasara za kustahimili majimaji kwenye kamba ya mirija zimepungua.

Katika mazoezi ya dunia, yafuatayoaina kuu za vimiminiko vya hydraulic fracturing:

• Maji yenye na yasiyo na viboreshaji. Faida yake ni gharama ya chini. Ubaya ni kina cha chini cha kupenya kwenye hifadhi.
• Miyeyusho ya polima (guar na viambajengo vyake PPG, CMHPG; selulosi hidroxyethyl etha, selulosi ya carboxymethyl, xanthan gum). B, Cr, Ti, Zr na metali nyingine hutumiwa kwa kuunganisha molekuli. Kwa upande wa gharama, polima ni ya jamii ya kati. Hasara ya maji hayo ni hatari kubwa ya mabadiliko mabaya katika hifadhi. Manufaa ni pamoja na kina zaidi cha kupenya.
• Emulsions inayojumuisha awamu ya hidrokaboni (mafuta ya dizeli, mafuta, condensate ya gesi) na maji (yaliyo na madini au safi).
• Jeli za Hydrocarbon.
• Methanoli.
• kaboni dioksidi mnene.
• Mifumo ya povu.
• Jeli za povu, zinazojumuisha jeli zilizounganishwa, povu za nitrojeni au kaboni dioksidi. Wana gharama kubwa, lakini haziathiri ubora wa mtoza. Faida zingine ni uwezo mkubwa wa kubeba msukumo na kujiangamiza kwa kioevu kidogo cha mabaki.

Ili kuboresha utendakazi wa misombo hii, viambajengo mbalimbali vya kiteknolojia hutumika:

• viboreshaji;
• emulsifiers;
• viungo vya kupunguza msuguano wa maji;
• povu;
• viongezeo vinavyobadilisha asidi;
• vidhibiti vya joto;
• viongeza vya kuua bakteria na vizuia ulikaji na vingine.

Sifa kuu za vimiminiko vya hydraulic fracturing ni pamoja na:

• mnato unaobadilika unahitajika ili kufungua ufa;
• sifa za kupenyeza ambazo huamua upotevu wa maji;
• uwezo wa kubeba mhusika bila kusuluhishwa mapema;
• kukata manyoya na uthabiti wa halijoto;
• utangamano na vitendanishi vingine;
• shughuli ya ulikaji;
• kijani na salama.

Vimiminiko vyenye mnato wa chini huhitaji kudungwa kwa ujazo mkubwa zaidi ili kufikia shinikizo linalohitajika kwenye hifadhi, na vimiminika vyenye mnato mwingi huhitaji shinikizo zaidi linalotengenezwa na vifaa vya kusukuma maji, kwa kuwa hasara kubwa hutokea katika ukinzani wa majimaji. Vimiminika zaidi vya mnato pia vina sifa ya kuchujwa kidogo kwenye miamba.

Vifaa vya Kukuza

Vipaza sauti vinavyotumika sana ni:

• Mchanga wa Quartz. Moja ya vifaa vya kawaida vya asili, na kwa hiyo gharama yake ni ya chini. Hurekebisha nyufa katika hali mbalimbali za kijiolojia (zima). Ukubwa wa nafaka za mchanga kwa fracturing ya majimaji huchaguliwa 0.5-1 mm. Mkusanyiko katika giligili ya kibebea mchanga hutofautiana kati ya 100-600 kg/m3. Katika miamba yenye sifa ya kuvunjika kwa nguvu, matumizi ya nyenzo yanaweza kufikia makumi ya tani kwa kila kisima 1.
• Bauxite (oksidi ya alumini Al₂O_{3). Faida ya aina hii ya propant ni nguvu yake kubwa ikilinganishwa na mchanga. Imetengenezwa nakusagwa na kuchoma ore ya bauxite.}
• Oksidi ya Zirconium. Ina mali sawa na aina ya awali ya proppant. Inatumika sana huko Uropa. Ubaya wa kawaida wa nyenzo kama hizo ni gharama yao ya juu.
• CHEMBE za kauri. Kwa fracturing hydraulic, granules kuanzia 0.425 hadi 1.7 mm hutumiwa. Wao ni wa waombaji wa nguvu za kati. Onyesha ufanisi wa juu wa kiuchumi.
• marumaru za vioo. Hapo awali ilitumika kwa visima virefu, sasa karibu kubadilishwa kabisa na bauxite za bei nafuu.

Kupasua kwa asidi

Kiini cha asidi hydraulic fracturing ni kwamba katika hatua ya kwanza fracture imeundwa kwa njia isiyo ya kawaida (kama vile teknolojia ya kawaida ya hydraulic fracturing), na kisha asidi inasukumwa ndani yake. Mwisho humenyuka na mwamba, na kuunda njia ndefu ambazo huongeza upenyezaji wa hifadhi katika ukanda wa shimo la chini. Matokeo yake, kipengele cha kurejesha mafuta kutoka kwenye kisima huongezeka.

Aina hii ya mchakato wa hydraulic fracturing inafaa sana kwa miundo ya kaboni. Kulingana na watafiti, zaidi ya 40% ya hifadhi ya mafuta duniani inahusishwa na aina hii ya hifadhi. Mbinu na teknolojia ya fracturing hydraulic katika kesi hii inatofautiana kidogo na yale yaliyoelezwa hapo juu. Vifaa vinatengenezwa kwa muundo sugu wa asidi. Vizuizi (formalin, unikol, urotropin na vingine) pia hutumika kulinda mashine dhidi ya kutu.

Aina za kupasua asidi ni matibabu ya hatua mbili kwa kutumia nyenzo kama vile:

• misombo ya polima (PAA, PVC, gipan nawengine);
• misombo ya mpira (SKMS-30, ARC);
• styrene;
• resini (BNI-5, TSD-9, TS-10).

Kama vimumunyisho vyenye asidi, myeyusho wa asidi hidrokloriki 15% hutumiwa, pamoja na nyimbo maalum (SNPKh-9010, SNPKh-9633 na zingine).

Aina za kupasua asidi ni matibabu ya hatua mbili kwa kutumia nyenzo kama vile:

• misombo ya polima (PAA, PVV, gipan na zingine);
• misombo ya mpira (SKMS-30, ARC);
• styrene;
• resini (BNI-5, TSD-9, TS-10).

Kama vimumunyisho vyenye asidi, myeyusho wa asidi hidrokloriki 15% hutumiwa, pamoja na nyimbo maalum (SNPKh-9010, SNPKh-9633 na zingine).