Гидравлический разрыв пласта

Гидравлический разрыв пласта

Гидроразры́в пласта́ (ГРП) — один из методов интенсификации работы нефтяных и газовых скважин и увеличения приёмистости нагнетательных скважин. Также называется фрекинг. Метод заключается в создании высокопроводимой трещины в целевом пласте для обеспечения притока добываемого флюида (газ, вода, конденсат, нефть либо их смесь) к забою скважины.

После проведения ГРП как правило, резко возрастает. Метод позволяет «оживить» простаивающие скважины, на которых добыча нефти или газа традиционными способами уже невозможна или малорентабельна. Кроме того, в настоящее время метод применяется для разработки новых нефтяных пластов, извлечение нефти из которых традиционными способами нерентабельно ввиду низких получаемых дебитов. Также применяется для добычи сланцевого газа и газа уплотненных песчаников.

ГРП является одним из эффективнейших способов воздействия на призабойную зону пласта с целью увеличения её проницаемости. ГРП основан на особенности нефтяного пласта расщепляться (растрескиваться)под действием давления, превышающее горное ( горное давление – давление всех вышележащих пород), освоение метода потребовало создания специальных агрегатов не только для получения высокого давления для расщепления пласта, но и для закрепления трещин, а также специального оборудования для проведения технологических операций. Метод освоен, промышленностью и в настоящее время широко применяется и постоянно совершенствуется.

Проведение ГРП включает в себя следующие основные этапы: а) подготавливается скважина и в неё спускается на трубах пакер  и якорь, на устье устанавливается специальная арматура; рассчитываются параметры ГРП - объем жидкости разрыва, объем жидкости - пескомесителя, объем песка; в) в зависимости от этого устанавливается количество агрегатов, необходимых для проведения ГРП; г) процесс нагнетания в скважину жидкости разрыва следует вести с производительностью, превышающей поглотительную способность скважины в 2-3 раза; д) после разрыва пласта в скважину подается жидкость- песконоситель (вязкая жидкость).

Оборудование, применяемое для ГРП, должно отвечать следующим требованиям: а) получение больших давлений и расходов; б) подача в скважину абразивно-действующих агентов; в) подача в скважину вязких жидкостей (до 1000 сСт); г) получение растворов песка различной концентрации; д) транспортирование и подача жидкостей на прием насосным агрегатам; е) контроль за проведением процесса.

В комплекс оборудования применяемого при ГРП входят: насосные агрегаты, пескосмесительные машины, автоцистерны для транспортировки жидкостей разрыва, арматура устья скважины, пакеры, якоря, трубопроводы.

Насосы необходимы для того, чтобы нагнетать промывочную жидкость в скважину при бурении нефтяных скважин. Кстати говоря, нефтяные насосы нашли свое применения не только в нефтяной отрасли промышленности, но также и в пищевой, строительной, химической промышленности, где используются в целях перекачки разного рода неагрессивных жидкостей. Буровые насосы могут быть горизонтальными, двустороннего действия, двухцилиндровыми и приводными со встроенным зубчатым редуктором. Они приобрели популярность благодаря тому, что обладают достаточно высокой степенью надежности и при этом довольно просты в обслуживании и ремонтопригодности.

 Расстановка  оборудования

1. Подберите горизонтальную площадку с ровной поверхностью, достаточного размера для размещения всех необходимых емкостей ГРП — на достаточно большом расстоянии от скважины, позволяющем разместить установку гидратации, блендер(ы), насосные агрегаты, манифольд высокого/низкого давления и линию ГРП между емкостями ГРП и устьем скважины.
2. Проведите прямую линию от скважины к этому участку. В голове этой линии восстановите перпендикуляр к ней. Здесь будет центр всех емкостей. Важно, чтобы емкости были установлены на одной высоте.
3. Установите установку гидратации, если она используется, спереди и по центру относительно емкостей ГРП. Если жидкости смешиваются порционно, вместо нее установите здесь блендер.
4. Расположите смеситель(смесители) параллельно установке гидратации. Если используются два блендера, расположите смесители рядом, параллельно друг другу.
5. Разместите систему подачи песка вдоль линии от бункеров к блендеру (блендерам) выставив ее в требуемом положении по вертикали.
6. Вдоль линии от устья скважины и неподалеку от блендера расположите манифольд высокого/низкого давления.
7. На нагнетательной стороне манифольда разместите линию ГРП высокого давления.
8. По обе стороны от манифольда высокого/низкого давления загоните задним ходом и разместите насосные агрегаты ГРП

9.Установите станцию мониторинга  сбоку от основной линии в  таком месте, откуда хорошо видна  скважина и насосное оборудование.

10.Проложите линию аварийного  сброса давления в стороне  от всего персонала и оборудования.

11.Расположите станцию контроля/обеспечения  качества возле установки гидратации  и блендера (блендеров)

Схема расположения оборудования при ГРП:

1 - насосные агрегаты 4АН-700; 2 - пескосмесительные aгрегаты ЗПА; 3 - автоцистерны ЦР-20 с технологическими  жидкостями; 4 - песковозы; 5 - блок манифольдов  высокого давления; 6 - арматура устья 2АУ-700; 7 - станция контроля и управления  процессом (расходомеры, манометры, радиосвязь) на высокое давление.

 Область применения насосов:

- нагнетание промывочной жидкости во время бурении нефтескважин;

 -нагнетание жидких сред во время промывочных и продавочных работ при       капитальном ремонте скважин;

-нагнетание воды в пласт для интенсификации добычи нефти;

 -перекачивания различных неагрессивных жидких сред, в том числе и обводненной нефти.

Применяются насосные агрегаты типа, 4АН-700, 2АН-5ОО,ЗАН-500.

Насосные установки (агрегаты) 2АН-500, 3АН-500 и 4АН-700 предназначены для закачки рабочих жидкостей: жидкости разрыва, песконосителя и продавочной жидкости.

Тип и число насосных установок определяют по их технической характеристике, исходя из параметров обрабатываемого пласта: глубины залегания, тол щины, проницаемости, степени естественной трещиноватости и т.д. Важное условие при этом - максимальное сокращение потребных установок, что упрощает обвязку устья скважины, управление процессом и снижает стоимость работ. 

Основное оборудование: насосные агрегаты 4АН-700, модернизированные 5АН-700 или рамные АНР-700. Агрегаты 4АН-700 и 5АН-700 монтируются на шасси высокопроходимого автомобиля КрАЗ-257. Максимальное давление этих агрегатов 700 кгс/см (70 МПа) при подаче 6 л/с, при давлении 200 кгс/см (20 МПа) подача составляет 22 л/с. Двигатель агрегата дизельный с номинальной мощностью 800 л. с. (588 кВт).

Рамный агрегат АНР-700 имеет параметры, аналогичные параметрам агрегата 5АН-700, и состоит из унифицированных узлов:cиловой установки, коробки передач, насоса, манифольда, кабины с пультом управления и др.

Агрегат 4АН-700 конструкции Азинмаша является основным в комплекте наземного оборудования. Он отличается повышенными мощностью и производительностью, удобен в эксплуатации. Рабочее давление агрегата позволяет проводить гидроразрыв пластов и осуществлять гидропескоструйные процессы и в глубоких скважинах. Все узлы его смонтированы на грузовом трехосном автомобиле КрАЗ-257 грузоподъемной силой 100—120 кН и представляют из себя следующее силовую установку; коробку передач; трехплунжерный насос ; манифольд, систему управления.

На раме автомобиля, непосредственно за кабиной водителя, расположена силовая установка агрегата, состоящая из двигателя с многодисковой фрикционной муфтой и центробежным вентилятором, систем питания, смазки и охлаждения, установки воздухоочистителя и других вспомогательных узлов.

Двигатель агрегата-дизельмотор двенадцатицилиндровый, четырехтактный имеет мощность 588 кВт при частоте вращения коленчатого вала 2000 об/мин. Двигатель с помощью многодисковой фрикционной муфты соединен с приемным валом коробки передач. 4АН-700  для проведения ГРП с давлением до 70 МПа. Смонтирована на автомобиле КрАЗ 257 и состоит:

Силовой блок 4УС-800 

 Коробка передач

Трехплунжерный насос одинарного действия 4Р-700

Манифольды

 Станция управления

Силовая установка 4УС-800 состоит из дизеля с многодисковой фрикционной муфтой сцепления, центробежного вентилятора, систем питания, охлаждения, смазки и других узлов. В качестве двигателя используется V-образный двенадцати цилиндровый четырехтактный дизель с непосредственным впрыском топлива и турбонадувом. Максимальная мощность двигателя 588 кВт. Коробка скоростей 3КП - четырехступенчатая. Насос 4Р-700 - трех плунжерный горизонтальный одинарного действия. Его конструкция предусматривает работу с плунжерами диаметров 100 или 120 мм. При этом максимальная подача составляет 22 л/с при давлении 21 МПа, а минимальная подача 6,3 л/с при 70 МПа. Приемная линия насоса оборудована выводами с обеих сторон установки, напорная линия - предохранительным клапаном. Управление установкой централизованное с постав управления, располагается в кабине автомобиля.

Принцип работы

Плунжерные насосы относятся к объемным насосам, у которых вытеснение жидкости из замкнутого рабочего пространства осуществляется с помощью механизма-плунжера, совершающего возвратно-поступательного движения.

Техническая характеристика агрегата 4АН-700  представлена в таблице 1.

Таблица 1 -Техническая характеристика агрегата 4АН-700.

Характеристика установок 2АН-500, 3АН-500 и 4АН-700 приведена в таблице 2. 

Характеристика насосных установок Таблица 2.

Рис. 2. Насосный агрегат для ГРП 4АН-700:  

1 - автомобиль КрАЗ-257; 2 - кабина  управления; 3 - силовой агрегат; 4 - коробка  скоростей; 5 - муфта сцепления; 6 - насосный  агрегат; 7 - выкидной маинфольд; 8 - соединительные  трубы высокого давления. 

Подача жидкости к блендеру

Емкости ГРП должны быть установлены на одном уровне и соединены все вместе 12-дюймовыми гибкими шлангами, создающими общий коллектор и обеспечивающими бесперебойную подачу жидкости. Подсоедините установку гидратации к этому коллектору 4-дюймовыми гибкими шлангами. При идеальных условиях 4-дюймовый гибкий шланг может подавать до 8 баррелей в минуту (1.27 м3/мин), однако требуемое число шлангов зависит от расхода жидкости, ее вязкости, а также от расстояния от источника. Все гибкие шланги должны быть свободны от любых загибов и препятствий. Подсоедините выкидную сторону установки гидратации к всасывающей стороне блендера 4-дюймовыми гибкими шлангами. Подсоедините выкид блендера к стороне низкого давления манифольда высокого/низкого давления 4-дюймовыми гибкими шлангами. Для определения потребного количества шлангов опять-таки воспользуйтесь простым эмпирическим правилом — 8 барр/мин (1.27 м3/мин).

Подача проппанта

Идея состоит в том, чтобы ленточный транспортер питал бункеры смесителя из песковоза. При производстве малообъемных ГРП можно подать смонтированный на прицепе песковоз задним ходом прямо к смесителю. Когда используется стационарная система подачи проппанта, ее необходимо разместить таким образом, чтобы при необходимости ее можно было пополнять из песковоза, смонтированного на прицепе.

Насосные агрегаты ГРП

Каждый всас агрегата подсоединен 3-дюймовым или 4-дюймовым гибким шлангом к (подающей) стороне низкого давления манифольда ГРП. Гибкий шланг должен иметь достаточно малое сечение, чтобы обеспечить высокую скорость жидкости и предупредить выпадение песка, но в то же время и достаточно большое сечение, чтобы не препятствовать течению. Выкид каждого агрегата подсоединяется к стороне высокого давления манифольда по меньшей мере двумя секциями патрубков высокого давления с шарнирным соединением (чиксаном) между ними. Лучше всего, если одно шарнирное соединение установлено у выкида насоса, затем короткий патрубок, шарнирное соединение, и третье шарнирное соединение у манифольда. Это обеспечивает достаточную свободу движения, так что трубная обвязка ГРП не ослабнет или не разорвется при ее вибрации или смещении под высоким давлением.

От манифольда к скважине

Каждый выходной патрубок выпускной стороны высокого давления манифольда высокого/низкого давления, будь их один или два, подсоединяется к устью скважины опять-таки при помощи нескольких патрубков высокого давления и шарнирных соединений, чтобы избежать создания жестких линий (рис. 9-7). Пробочный клапан, контрольный клапан, датчик давления и датчик расходомера размещаются на каждой линии как можно ближе к устью скважины. Если используются две линии, они должны быть соединены при помощи разветвителя возле скважины. Стрелка на контрольном клапане должна указывать направление течения, (т.е., по направлению к скважине), чтобы избежать слишком частой ошибки. Если используется контрольный клапан створчатого типа, удостоверьтесь, что клапан размещен правой стороной вверх и горизонтально. На устье скважины может использоваться устройство защиты внутренней полости фонтанной арматуры от высоких давлений и агрессивных жидкостей или клапан ГРП. Предохранительный клапан высокого давления должен быть размещен перед контрольным клапаном и установлен на максимальное давление, определяемое исходя из скважинных условий. Спускной трубопровод высокого давления подсоединяется к этому клапану и направляется в сторону от скважины и оборудования. Спускной трубопровод и трубопроводы высокого давления от манифольда к скважине должны быть надежно закреплены на подпорках.

Контрольно-управляющее оборудование и вспомогательный персонал

Хотя бóльшая часть оборудования может подсоединяться и контролироваться из станции ГРП, это оборудование должно быть размещено так, чтобы оператор ГРП имел беспрепятственный обзор всех критических компонентов.

К станции ГРП должны быть подсоединены как минимум смеситель, установка гидратации и датчики с трубопроводов ГРП высокого давления. Насосные агрегаты ГРП и установка гидратации могут напрямую управляться из станции ГРП, или же операторами снаружи. Как правило, один оператор располагается на блендере и один на установке гидратации. Насосные агрегаты могут подсоединяться кабелями к пультам управления типа чемоданчиков, по четыре к каждому, и управляться дистанционно. При этом один опытный оператор может управлять восемью насосами (рис. 9-8).