Именно степень сообщаемости (или не сообщаемости) полостей в породе называется «сланцеватостью»? То есть, сланцеватость – это способность раскалываться на тонкие параллельные пластинки образуя не сообщающиеся между собой полости (как в мочалке).
В сланцевых месторождениях сланцеватость высокая (мочалка). А в обычных газовых месторождениях газ содержится между песчинок, то есть полости между собой сообщаются (надутый шарик с песчинками внутри). Но это в теории.
На практике есть некий % сообщающихся и не сообщающихся полостей в газо (нефте) содержащем слое. То есть, сланцеватость его ниже или выше. Чем сланцеватость породы выше, тем, соответственно, дебит скважин ниже. То есть, на такой скважине нужно чаще осуществлять Капитальный Ремонт Скважины (КРС). Другими словами, осуществлять с ней манипуляции, снижающие ее сланцеватость (увеличивающие дренируемость породы).
Пробури в породу с низкой сланцеватостью скважину – и газ выходит из нее под давлением. Скважина в этом случае – это дырка в шарике, из которого выходит воздух. А если слацеватость высокая – то это мочалка. Протыкай мочалку или не протыкай – результат один практически. Ничего из нее не выйдет, даже если она полна газом, как и шарик.
А что нужно сделать, чтобы извлечь газ (или нефть) в породе с высокой сланцеватостью (из мочалки)? Для того чтобы газ пошел, нужно разрушить пластинки, создающие не сообщающиеся между собой полости, превратить эти пластинки в не связанные между собой песчинки. Вот и вся разница и в этом суть КРС (капитального ремонта скважин).
Вопрос – как разрушить песчинки? Ответ – осуществить внутри породы разрушение этих пластинок до состояния не соединяемых друг с другом песчинок. В результате такого разрушения пластинок сланцевая порода (мочалка) превращается в обычное месторождение газа (шарик полный песчинок). То есть, внутренность мочалки разорвана в клочья.
Далее, насколько сложно осуществить внутри породы такое разрушение? Ответ. Вполне возможно, технология хорошо и давно отработана. Впервые ее применили в 1947 году в США. В СССР впервые этот метод применили в 1952 году. Только в РФ сегодня осуществляет сотни ГРП (ГидроРазрывов Пласта - hydraulic fracturing) в год на обычных (не сланцевых) газовых месторождениях. Зачем?
А вот зачем. Повторюсь, существует такое понятие - «Капитальный ремонт скважин». В чем его суть? Дело в том, что разница между обычными и сланцевыми газо (нефте) содержащими породами достаточно условна. Все эти породы - шарики с элементами мочалки внутри. В природе это смесь элементов мочалки и песчинок в большей или меньшей степени.
Теперь. Пробурили обычную скважину (шарик с песчинками), газ пошел под давлением наружу. Это же давление сносит песчинки к скважине (трубе, через которую газ из породы выходит наружу, в газопровод, в конечном итоге). Параллельно с этим и давление газа в породе падает (газ то выходит, а его количество в породе конечно).
И так, пока не наступает такой момент, кода обычное газовое месторождение не прекращается практически в сланцевое (мочалку). То есть, вокруг скважины все поры забиваются песчинками так плотно, что газ между ними уже не проходит (так рождаются мочалки). По-научному, порода становится низкопроницаемой и слабодренируемой.
После «разрыва» в плотной породе образуется множество трещин. Но, главное, образуются многочисленные связи с системой естественных трещин, не вскрытых скважиной, и с зонами повышенной проницаемости. Таким образом, расширяется область пласта, дренируемая скважиной. Другими словами, скважина капитально отремонтирована и будет вновь давать газ многие годы.
«Гидро», разрыв пласта называют потому, что для повышения эффективности гидроразрыва в скважину, с помощью мощных насосных станций, закачивают жидкости разрыва (гель, в некоторых случаях вода, либо кислота при кислотных ГРП). При этом создается давление такой жидкости выше давления газа (нефти) в пласте. А далее гидроудар разрушает перегородки газовых карманов (превращая мочалку в шарик полный песка).
При проведении гидроразрыва пласта необходимо подготовить, а потом непрерывного подогревать и перемешивать несколько сотен кубометров технологической жидкости (вода, растворы и гели на водяной основе). Главное назначение ГРП-жидкости – передача с поверхности в скважину энергии, необходимой для раскрытия трещины, а так же транспортировка проппанта или кислоты вдоль всей трещины.
Для такого подогрева и перемешивания технологической жидкости (ГРП-жидкость или жидкость разрыва) используется ППУ (ПараПромысловая Установка или агрегат нагрева жидкости). Особенно актуален данный агрегат в зимних условиях, когда необходимо нагреть большое количество воды в минимально короткое время. ППУА (установка промысловая паровая передвижная), это та же ППУ, но на шасси.
А что такое упомянутый мной проппант? Проппант (П) - это гранулообразный расклинивающий материал. Что он делает? Проппант использовался для удержания трещины в раскрытом состоянии, «закрепления» трещин. В силу того, что кристаллы проппанта прочны, они не образуют даже при больших давлениях плотные цельные массивы. То сеть, между кристаллами проппанта остаются микротрещины, через которые и проходит газ.
Наиболее дешевым проппантом является кремнистый песок, кстати. Но, понятно, что разработаны проппанты и более эффективные.
Проппанты делятся на кварцевые пески и синтетические. К физическим характеристикам проппантов, которые влияют на проводимость трещины, относятся такие параметры, как прочность, размер гранул и гранулометрический состав, качество (наличие примесей, растворимость в кислотах), форма гранул (сферичность и округлость) и плотность.
Чем крупнее гранулы, тем большей проницаемостью обладает упаковка проппанта в трещине. Но именно прочность является основным критерием при подборе проппантов для конкретных пластовых условий с целью обеспечения длительной проводимости трещины на глубине залегания пласта. Кроме того проппант нужно транспортировать в трещину, а еще он разрушается и его осколки трещину забивают.
В общем, это целая отрасль промышленности с всякими ухищрениями. В частности, существует «суперпесок» - кварцевый песок, зерна которого покрыты специальными смолами, повышающими прочность и препятствующими выносу частиц раскрошившегося проппанта из трещины.
И еще, за счет механической изоляции различных участков пласта в многостадийном (многозональном) ГРП важно обеспечивать точное размещение пачек проппанта. С одной стороны это дает полный охват зоны газосодержащей породы и обеспечивает максимальная эффективная проницаемость трещин.
А, с другой стороны, снимет риск повысить обводненность скважины. Есть и такая напасть – сланцеватость породы снизилась настолько, что через образовавшиеся трещины в нее пошла вода. И в результате ты и добывать будешь воду вместо газа.
Вместо проппанта через созданные разрывом трещины можно лить в скважину кислоту, обычно соляную или плавиковую. Кислота разъедает стенки замкнутых полостей, так же увеличивая таким образом проницаемость и дренируемость породы.
Для этого служат Агрегаты кислотной обработки скважин, в обиходе называемые кислотниками. Эти установки служат для перевозок ингибированной соляной кислоты и нагнетания в нефтяные скважины жидкостей при обработке соляной кислотой призабойной зоны конкретных нефтяных объектов.
Применяются так же биополимерные добавки, которые снижают вязкость при увеличении интенсивности перемешивания и увеличивают устойчивость взвеси осадка (песка) в статических условиях (чтобы песок не выпадал в осадок и не забивал бы таким образом пути выхода газа).
Жидкость разрыва содержит так же антифильтрационные агенты и агенты снижения трения (то есть вещества, увеличивающие проницаемость пласта). А так же такие жидкости служат для очистки ствола от осадка. Иногда применяют вспененную жидкость разрыва, обычно при низком забойном давлении или там, где невозможно получить достаточную скорость потока газа.
Но цель всего этого одна – сделать из мочалки шарик с песчинками, то есть снизить сланцеватость газоносного слоя.
Осадок из скважины (а это фактически песок) даже удаляют из скважины механически. Для этого используют специальный инструмент. Направленные вперёд струи из оного инструмента способствуют удалению уплотненной массы осадка – то есть инструмент обеспечивает струйный размыв в скважине перед последним рейсом инструмента. Кроме того это устройство оснащено комбинацией специальных форсунок, расположенных на определенном расстоянии друг от друга, которые обеспечивают вынос осадка с забоя скважины.
Задача это не простая, так как приходится учитывать давления насоса, расходы, скорости, профили скорости, прогнозное увеличение осадка в стволе и эквивалент плотности раствора при циркуляции, как для вспененных, так и традиционных жидкостей. Приходится учитывать и особенности механики очистки наклонных и горизонтальных скважин.
В общем, ухищрений масса, даже применяют образование акустических волн для рассеивания множества пор. Но суть всего сводится к одному - это делается для поддержания трещин в открытом состоянии (поддержание состояния набора песчинок и препятствуя возникновению состояния мочалки). Эта божественная задача триедина, и состоит она в борьбе с пескопроявлением, водопроявлением и солеотложением.
Кстати, гидроразрыв пласта носит многоступенчатый характер. Потому что каждый гидроразрыв сфокусирован на определенный интервал, выделенный по геолого-геофизическим данным и изолированный от соседних интервалов пакерами. К тому же проведение каждого гидроразрыва отслеживается по сейсмическим данным в режиме реального времени (микросейсмика), что позволяет скорректировать параметры гидроразрыва для каждой зоны.
Поэтому вся экономика добычи как «обычного» так и сланцевого газа строится вокруг постоянного бурения и поддержания эксплуатационных характеристик уже пробуренных скважин (превращения мочалок в песчинки). Потребность в постоянном бурении решается так же путем бурения большего числа скважин на единицу площади, что фактически является эквивалентом бурения горизонтальных стволов.
Еще нюанс, технология «ГРП + боковые стволы» резко сокращает нужду в сооружении внутрипромысловых газопроводов. Поэтому позволяет вести газодобычу в густонаселенных районах, поскольку на поверхности инфраструктура минимальна, при том, что сами разработки ведутся на очень большой территории.
Нет, конечно, можно плюнуть на «бедные месторождения, где газ в линзах», и качать газ в основном поле промысла из больших куполов. Так поступают временщики, которые хотят сорвать бабки сейчас, даже путем угробления месторождения. Месторождение может давать газ и два года, и двадцать лет. Но это уже у кого какие цели. Если время дороже денег и цель стоит схватить и убежать – то да, дальше куполов лезть не надо.
А что делать тем, кто никуда бежать не собирается и просто хочет развивать газодобычу в своей стране? Американцам, к примеру? Применять технологию 3D-сейсмики, что, составляя трёхмерные модели подземных пластов, качественно повышает точность бурения.
То есть работать с участками с небольшими объёмами ископаемых, которые невозможно разведать традиционными способами. Другими словами выбирать газ с месторождения медленно, но по максимуму.
В ЯНАО (Ямало Ненецком автономном округе), где добывается практически весь российский газ, даже есть компании, которые занимаются исключительно капитальным ремонтом скважин. Одним из главных методов которого является ГРП (ГидроРазрыв Пласта). Свои услуги по проведению ГРП на российском рынке предлагает ряд международных сервисных компаний, таких как Schlumberger, Halliburton, Baker Hughes, Weatherford, Trican Well Service, Carbo Ceramics и ExxonMobil, так и российские компании. Технология, повторюсь, отработана годами.
Понятно, что ГРП здесь описан схематично. Цель ГРП - соединить поры плотных (сланцевых) пород и, таким образом, обеспечить выход природного газа до скважины.
Вообще, ГРП – дело хлопотное. Не говоря о том, что обилие щелей и трещин в пласте может дать заполнение этого пласта грунтовыми водами вплоть до его разрушения. Иногда после ГРП образуются песчаные пробки в стволе скважины, и тогда ствол скважины приходится промывать.
Или кристаллогидраты (твердое кристаллическое вещество, при определенных обстоятельствах образующееся из газа и воды). Кристаллогидраты осаждаются (образуются) на стенках колонны лифтовых труб и в затрубном пространстве, что называется гидратными пробками. А для удаления гидратных пробок приходится промывать скважины горячим соляным раствором. Бывают и другие неприятности. Но, понятно, игра тут стоит свеч.
Песчаные и гидратные пробки а так же обводнение пласта - это не все проблемы, которые могу возникнуть при ГРП. Жидкость разрыва может замерзнуть и превратиться в лед. Это может произойти только вверху скважины. Так как в глубине температура всегда положительная, но произойти может. Да и гидратные пробки образоваться при низких температурах.
Для того чтобы скважина не замерла, в нее льют метанол (обычная незамерзайка, только менее концентрированная). Благо в глубинах земли температура плюсовая и за Полярным кругом. Но, все равно, и скважина может замерзнуть,
Далее. Для того чтобы не допустить утечки закаченной в скважину жидкости для ГРП в почву (подземные воды), применяются различные способы изоляции пластов, обычно их цементируют.
Для этого технологического процесса используется Агрегат цементировочный (АЦ), который служит для нагнетания цементного раствора при цементировании скважин в процессе бурения.
Здесь есть и другие многочисленные технологические моменты, но главное тут следующее. Технология ГРП развивалась, развивалась…
Пока не достигла такого уровня, что стало возможным вовлечения в промышленную разработку газовых коллекторов со сверхнизкой проницаемостью (менее 10-4 мкм). То есть, того, что называется «сланцевыми месторождениями».
С нефтью все несколько сложнее, чем с газом. Вязкость нефти больше, для ее выхода в скважину дренируемость породы должна быть значительно выше, чем для выхода газа. Но, принципиально, все то же самое.
Теперь, как превращают сланцевую скважину в обычную? Обычно это комбинация ГРП и «Бурение бокового ствола». «Бурение бокового ствола» – это еще один метод «капитального ремонта скважин», который используется и не на сланцевых породах для увеличения давления газа в скважине. Называется он официально «Горизонтальное бурение» или «Горизонтальное направленное бурение» (ГНБ). Это управляемый бестраншейный метод прокладывания подземных коммуникаций, основанный на использовании специальных буровых комплексов (установок).
Вообще бурение скважин, в принципе — это процесс сооружения направленной цилиндрической горной выработки в земле, диаметр "D" которой мал по сравнению с её длиной по стволу "H", без доступа человека на забой (если в забой имеет доступ человек – то уже шахта). Начало скважины на поверхности земли называют устьем, дно — забоем, а стенки скважины образуют ее ствол. Различают три вида бурения:
1. Вертикальное бурение
2. Наклонно-направленное бурение
3. Горизонтальное бурение
Суть этого метода заключается в том, что пробуривается вертикальная скважина, от которой расходятся горизонтальные тоннели длиной до 2-3 км. На обычной скважине это можно и не комбинировать с ГРП, и так обычно давление в скважине и так возрастает. В сланцах же приходится сочетать бурение боковых стволов с гидроразрывом пласта обязательно.
То есть, далее осуществляют многочисленные взрывы по всей длине бокового ствола, что ведет к появлению в сланцевых породах большого числа трещин и разломов. Другими словами, превращают сланцевую породу (мочалку) в породу, состоящую из песчинок. А дальше все как на традиционной обычной скважине. Собственно, при добыче сланцевого газа делают капитальный ремонт еще новой, только что пробуренной скважины, и все.
Теперь. Добыча сланцевых углеводородов невозможна без установки под названием "Колтюбинг" (иногда это название пишут "Койлтюбинг"). Понятно, что изначально колтюбинг изобрел простой тюменский крестьянин, вероятно старовер, во время Крымской войны. Но, в дальнейшим, идея колтюбинга была преступно усыновлена в США и в настоящее время там колтюбинговой дело и развивается. Впрочем, в Китае производство колтюбингов, правда похуже качеством, чем американские, уже идет полным ходом. Ничего удивительного в этом нет. Четверть мировых запасов сланцевых углеводородов находится в Китае.
Ключевой элемент колтюбинга - непрерывная колонна (длиной 5 000 м и более) гибких насосно-компрессорных труб (ГНКТ). Понятно, что действующие напряжения на трубу ГНКТ не должны превышать предела ее упругости, иначе она просто порвется. Создание колтюбинга стало возможным только после решения двух технических задач:
1. Создание колонны гибких труб, обладающих достаточно высокой циклической прочностью даже за пределами упругости.
2. Создание промыслового оборудования, обеспечивающего спуск и подъем такой колонны в скважину.
Изначально колтюбинг использовали для промывки песчаных пробок и продувки скважин азотом. Но, в принципе, при помощи колтюбинга можно делать в скважине абсолютно все. Колтюбинги лишь должны быть оснащены ГНКТ с различными значениями наружных диаметров (от 19 мм и до 114,3 мм) для различных операций КРС или бурения.
Но, принципиальная ценность колтюбинга заключается в том, что гибкие трубы эффективно используют в горизонтальных и наклонно-направленных скважинах (горизонтальных отводов, скважин с большой кривизной), где в принципе невозможно использовать спускаемые на кабеле инструменты.
Другими словами, добыча сланцевого газа, это ГРП + бурение бокового ствола. А бурение бокового ствола – это исключительно колтюбинг с его ГНКТ. Поэтому, мы говорим: «Сланцевый газ», подразумеваем Колтюбинг. Говорим: «Колтюбинг» - подразумеваем «сланцевый газ»
Так как ГНКТ труба длинная и гибкая, то ее можно намотать на катушку. При спуске в скважину на большую глубину применяют комбинированные колонны ГКНТ (со ступенчатым изменением диаметра и толщины стенок). А еще используют надувные пакерующие элементы, которые спускают в нерабочем состоянии через колонну ГНКТ, а затем надуваться с помощью ГТ до нужного размера в обсадной колонне или в открытом стволе скважины. Увеличиваться в диаметре такие надувные паркеры максимально могут в 3 раза. Но это уже все частности.
Производители колтюбингов:
Hydra Rig (в составе National Oilwell-Varco) – в Беларуси их отверточная сборка «ФИДМАШ».
Stewart & Stevenson
Foremost Industries (самостоятельно изготавливает только металлоконструкцию, на которую монтируются блоки, поставляемые по кооперации).
Hydraco Industries
Hydraulic Power Technology
Crown Energy Technologies
Pump And Coiled Tubing
Aggreko Special Equipment Productions
И еще. Ремонт скважины (КРС) производится не одной колтюбинговой установкой, а комплексом, в который входят насосный блок, емкости для очистки и временного хранения промывочной жидкости, азотный газификатор, криогенные емкости с жидким азотом, вагон-рация и т.д., а это в зависимости от сложности ремонта. Другими словами, бригада колтюбинга - это 10-15 единиц техники и 15-25 человек персонала.
Кстати, наибольшим спросом сегодня у заказчиков пользуются работы по вымыву проппанта из скважины и очистке призабойной зоны пласта от незакрепленного проппанта после проведения гидроразрыва пласта (ГРП).
PS. Упорно распространяются хорошо оплаченные опасения того, что добыча сланцевых нефти и газа якобы экологически чревата. Мол Гидравлический разрыв пласта вызывает землетрясения и засоряет грунтовые воды чудовищно. Понятно, что это вздор. Землетрясения - это геологическое событие огромной энергетической мощности. При проведении ГРП ничего энергетически значимого не происходит. Что касается засорение грунтовых вод - то это тоже чушь. При ГРП используется слабо концентрированный раствор соляной, серной и плавиковой кислот. Эти кислоты крайне химически активны и образуют соли данных кислот, которые совершенно невинны, непосредственно в районе гидроразрыва.
Главная | Регистрация | Вход
Я, Маковецкий Михаил Леонидович...
