Ефективното управление на фрактурната течност е от основно значение за максималното извличане на метан от въглищни пластове. Измерването на вискозитета в реално време решава тези предизвикателства, като осигурява незабавна обратна връзка за реологията на фрактурната течност по време на операциите. Резервоарите на метан от въглищни пластове (CBM), характеризиращи се с ниска пропускливост и сложни микроструктури, изискват прецизен контрол на свойствата на фрактурната течност, за да се постигне успешно хидравлично фрактуриране и оптимално извличане на метан.
Продължават оперативните предизвикателства, по-специално непълното разрушаване на гела, неефективното обратно изтичане на флуида за фракинг и неоптималната десорбция на метан. Непълното разрушаване на гела води до задържане на полимерни остатъци във въглищните пластове, което сериозно възпрепятства потока на метан и намалява степента на добив. Неефективното обратно изтичане на флуидите за хидравлично фракинг влошава щетите по пропускливостта, като допълнително намалява ефективността на добива и удължава времето за почистване на сондажите. Тези пречки заедно ограничават производството на газ и увеличават оперативните разходи.
Разбиране на добива на метан от въглищни пластове
Какво е метан от въглищни пластове?
Въглищният метан (CBM) е форма на природен газ, който съществува главно адсорбиран върху вътрешните повърхности на въглищата, като известно количество присъства и в мрежата от пукнатини на въглищния пласт. За разлика от конвенционалния природен газ, който се натрупва в порести скални образувания, CBM се задържа във въглищната матрица поради уникалните характеристики на микропорите на въглищата и голямата им вътрешна повърхност. Метанът се задържа от адсорбционни сили, което прави отделянето му зависимо от промените в налягането в резервоара и от процесите на десорбция във въглищните пластове.
Резервоарите за добив на газ с CBM представляват специфични предизвикателства в сравнение с конвенционалния добив на газ. Двойната пореста структура на въглищата – естествени фрактури (клинове) наред с микропори – означава, че пропускливостта се определя предимно от свързаността на фрактурите, докато съхранението на газ се определя от повърхностната площ на въглищната матрица. Скоростта на добив може да варира значително поради променливи полета на напрежение и геоложка хетерогенност. Подуването на въглищната матрица, особено по време на инжектиране на CO₂ за подобрен добив (CO₂-ECBM), може да намали ширината на фрактурите и да понижи пропускливостта, намалявайки потока на газ, но понякога засилвайки десорбцията чрез конкурентни адсорбционни механизми. Склонността на въглищата към бърза деформация под напрежение и податливостта им към нестабилност на сондажа допълнително усложняват производствените операции и изискват специализирани подходи за стимулиране на резервоара и управление на потока.
Впръскване на пара при термично възстановяване на тежко масло
*
Какво е метан от въглищни пластове?
Значение на фрактуриращите течности при операции с CBM
Флуидите за фрактуриране са от решаващо значение при добива на метан, особено предвид необходимостта от отваряне на нископропускливи въглищни пластове и улесняване на освобождаването и миграцията на адсорбиран метан. Основните функции на тези флуиди включват:
- Създаване и разширяване на пукнатини за подобряване на свързаността между въглищната матрица и производствения кладенец.
- Транспортиране на пропанти (твърди частици) дълбоко в пукнатини, за да се поддържат пътищата отворени за потока на газ след освобождаване на налягането.
- Модифициране на локалните полета на напрежение за оптимизиране на геометрията на фрактурите и максимизиране на добива на метан.
Ключови свойства на фрактурните течности за ефективно стимулиране с CBM са:
- ВискозитетДостатъчно високо, за да суспендира и пренася пропанта, но трябва да се разгражда лесно за ефективно обратно изтичане и извличане на флуид от хидравлично фрактуриране. Вискозитетът определя колко добре се доставят пропантите и влияе върху вискозитета на флуида за обратно изтичане, като по този начин влияе върху определянето на крайната точка на разрушаване на гела и общото време на цикъла на извличане.
- Транспорт на пропантСпособността за поддържане на пропантите в суспендирано състояние и осигуряване на равномерно разпределение е от съществено значение, особено във въглищни пластове, склонни към образуване на фини частици или неправилни модели на фрактури. Нови технологии за флуиди, като например флуиди с висок вискозитет за намаляване на триенето (HVFR) и хидрофобни полимерни/повърхностноактивни композити, са разработени за оптимизиране на транспорта на пропанти и подобряване на добива на метан при различни условия в резервоара.
- Стабилност на гелаФлуидите на основата на гел, включително вариантите със силикагел, трябва да поддържат стабилност при типични температури и соленост на резервоара, като се противопоставят на преждевременното разрушаване, докато стимулацията не завърши. Оптимизацията на процеса на разрушаване на гела и ефективността на разрушаващия гел фактор в разбиващите флуиди са от решаващо значение за управление на обратния поток при добива на метан от въглищни пластове и за избягване на непълно разрушаване на гела, което може да възпрепятства добиването на флуида и да повреди пропускливостта на резервоара.
Правят се иновации с химически добавки за разрушаване на гела, за да се контролира прецизно времето и степента на разрушаване на гела, което позволява на операторите да оптимизират дозировката на разрушителя на гела, да подобрят добива на флуид за хидравлично разбиване и да намалят риска от увреждане на формацията. Напредъкът в мониторинга, като например оценката на вискозитета в реално време, се превръща в стандарт за регулиране на оперативните параметри в движение, осигурявайки оптимална производителност на флуида за разбиване по време на целия процес на хидравлично разбиване на метан във въглищни пластове.
Хидравличните фрактуриращи течности продължават да се развиват за операции с добив на метали (CBM), водени от необходимостта от ефективно поставяне на пропант, надеждно разрушаване на гела и максимално извличане на метан от структурно сложни въглищни пластове.
Разрушаване на гела: Концепции и критични контролни точки
Какво е разрушаване на гела и крайна точка на разрушаване на гела?
Разрушаването на гела се отнася до разграждането на полимерни гелове, използвани във фрактуриращите флуиди по време на извличането на метан от въглищни пластове. Тези гелове, от съществено значение за суспендирането на пропанти и контролиране на вискозитета на флуида, трябва да преминат от високовискозен гел към нисковискозен флуид за ефективно обратно изтичане.крайна точка за разрушаване на гелае моментът, в който вискозитетът пада под определен праг, което показва, че гелът вече не възпрепятства движението на флуидите в резервоара и може лесно да се произведе от формацията.
Постигането на правилната крайна точка за разрушаване на гела при хидравлично фрактуриране е от решаващо значение. Правилно определената крайна точка осигурява бързо и цялостно възстановяване на фрактурната течност, минимизира повредите във формацията и максимизира добива на метан. Например, усъвършенстваните системи за разрушаване на гела с удължено освобождаване – като мезопорести SiO₂ наночастици или биоензимни разрушители – позволяват на операторите да контролират времето и пълнотата на процеса на разрушаване на гела, като приспособяват кривата на вискозитета към условията в резервоара и оперативните изисквания. Полевите изпитвания показват, че мониторингът на вискозитета в реално време и интелигентното освобождаване на разрушителя корелират с подобрена производителност на обратния поток и скорости на извличане на метан.
Последици от непълно разрушаване на гела
Непълното разрушаване на гела оставя остатъчни полимери или фрагменти от гел във въглищния резервоар и мрежата от пукнатини. Тези остатъци могат да запушат порестите пространства, да намалят пропускливостта на резервоара и да влошат десорбцията на метан. Полученото увреждане на формацията ограничава движението на газ, което води до по-ниски добиви и възпрепятства ефективното извличане на флуид от хидравличното разбиване.
Освен това, непълното разбиване увеличава задържането на вода във въглищния пласт. Този излишък от вода блокира каналите за газов поток и намалява ефективността на хидравличното разбиване с обратно движение. Например, сравнителни проучвания показват, че новите флуиди на базата на хидрофобни полимери/повърхностноактивни вещества постигат по-пълно разбиване на гела и оставят по-малко остатъци от конвенционалните системи, което води до по-високо извличане на метан от въглищните пластове. Интервенции като киселинна обработка след разбиване са показали, че възстановяват пропускливостта, но превенцията остава за предпочитане чрез правилна оптимизация на процеса на разбиване на гела.
Оптимизация на дозата на гел-разбивача
Оптимизирането на концентрацията на разрушителя на гела е жизненоважно за разрушаването на гела от фрактуриращата течност. Целта е да се приложат достатъчно химически добавки за разрушаване на гела – като биоензими, традиционни окислители или капсулирани в наночастици разрушители – за да се разгради гела, без да се оставят излишни химикали в резервоара. Предозирането може да доведе до преждевременна загуба на вискозитет по време на поставянето на пропанта, докато недостатъчното дозиране причинява непълно разрушаване на гела и натрупване на остатъци.
Усъвършенстваните стратегии за дозиране използват капсулирани системи за прекъсване или ензимни формулировки, задействани от температурата, за да балансират времето за намаляване на гела. Например, капсулираната сулфаминова киселина в карбамид-формалдехидна смола позволява постепенно освобождаване на прекъсвача, подходящ за високотемпературни формации, като гарантира, че вискозитетът спада само когато започне обратното течение. Инструментите за наблюдение на вискозитета в реално време осигуряват обратна връзка, която помага за фина настройка на ефективността на гел-разбивача в флуидите за фрактуриране, подпомагайки незабавна намеса, ако профилът на вискозитета се отклонява от оперативния план.
Примери от скорошни пилотни проучвания подчертават предимствата: Когато дозировката на прекъсвача беше съобразена с вискозитета на фрактуриращата течност и температурата на резервоара, операторите постигнаха по-бързо обратно изтичане на фрактуриращата течност, намалиха остатъчните химикали и подобриха добива на метан. За разлика от това, общите протоколи за дозиране често водят до забавяния или непълно обратно изтичане, което подчертава значението на данните в реално време и съобразената концентрация на прекъсвача за техниките за хидравлично фрактуриране на метан във въглищни пластове.
Мониторинг на вискозитета на фрактуриращия флуид: Подходи и технологии
Методи за измерване на вискозитета на фрактуриращата течност
Съвременният добив на метан от въглищни пластове разчита на прецизен контрол на вискозитета на фрактурната течност.Онлайн вискозиметрияи сензорните технологии в реално време позволяват на операторите на полето да следят вискозитета непрекъснато по време на обратния поток при хидравлично разбиване. Забележителните опции включватLoазтерВграден вискозиметър, който е проектиран за тежки полеви условия и отговаря на стандартите на API за тестване на вискозитет. Неговата издръжливост е подходяща за операции с CBM под високо налягане и висок дебит и позволява непрекъснато наблюдение в смесителни резервоари или инжекционни помпи.
Традиционните лабораторни методи, като например ротационни вискозиметри, включват събиране на проби и измерване на вискозитета чрез въртящия момент, необходим за завъртане на шпиндел с постоянна скорост.ненютонови флуидиЧесто срещани при техниките за хидравлично фрактуриране с CBM, лабораторните ротационни методи осигуряват висока точност, но са бавни, въвеждат забавяне на вземането на проби и често не успяват да уловят динамичните промени във вискозитета в реално време. Появиха се ултравиолетови и компютърно-визуални методи за оценка на вискозитета за високопроизводителен анализ, но все още са до голяма степен ограничени до лабораторни условия.
Вибрационни вискозиметри, като например тези с вибриращи пръти, измерват директно вискозитета на място чрез откриване на вибрационно затихване или резонансна промяна. Тези методи позволяват бърза и непрекъсната оценка по време на хидравлично разбиване с обратно изтичане.
Мониторинг в реално време срещу конвенционално вземане на проби
Мониторингът на вискозитета в реално време предоставя на операторите незабавна обратна връзка за вземане на критични решения за контрол на процеса. Вградените вискозиметри и сензорните системи осигуряват автоматизирани, непрекъснати отчитания без забавяния, свързани със събирането на проби и лабораторния анализ. Тази бърза реакция е жизненоважна за управление на обратния поток при добива на метан от въглищни пластове, тъй като ранното откриване на непълно разрушаване на гела позволява навременно коригиране на дозата на гелоразбивача и оптимизиране на процеса. Например, добавките с удължено освобождаване за разрушаване на гела, като например покрити с парафин силициеви наночастици, изискват синхронизиране на активирането им с действителния спад на вискозитета, което е възможно само с данни в реално време. За разлика от това, лабораторното вземане на проби не може да открие бързи промени, което забавя коригиращите действия и рискува неефективно извличане на течности от хидравлично фрактуриране.
Освен това, ензимно-базираните и CO₂-чувствителни химични добавки за разрушаване на гела разчитат на незабавна обратна връзка относно тенденциите във вискозитета. Непрекъснатото измерване на вискозитета поддържа динамично дозиране и активиране, подобрявайки ефективността на разрушаващия гела препарат в разбиващите течности и оптимизирайки употребата му по време на техники за хидравлично разбиване на метан във въглищни пластове.
Основните предимства на мониторинга в реално време включват:
- По-бърза реакция на колебанията на вискозитета по време на обратното изтичане на флуида за фрактуриране.
- Намаляване на разхищението на продукта и по-добра консистентност на партидите.
- Директна интеграция в системи за контрол на процесите и съответствие с регулаторните изисквания.
Критични параметри за проследяване
Най-важният индикатор при мониторинга на флуида за хидравлично фрактуриране е вискозитетът на флуида за обратно изтичане. Проследяването на този параметър в реално време разкрива практическото състояние на разрушаването на гела и ефективността на прекъсвача. Значителни промени във вискозитета на флуида за обратно изтичане сигнализират дали разрушаването на гела е завършено, което изисква определяне на крайната точка и по-нататъшно приложение на прекъсвача. Машинното обучение и усъвършенстваната обработка на сигнали, като например емпирично разлагане на режима, подобряват точността на данните дори в сложни промишлени условия, осигурявайки приложими прозрения по време на операциите по фрактуриране.
Ключови параметри в реално време включват:
- Температура и налягане на флуида в точките на измерване.
- Скорост на срязване в тръбопроводите.
- Наличието на замърсители и частици, влияещи върху показанията на вискозитета.
- Скоростта и консистенцията на спада на вискозитета след добавяне на разрушител.
Когато вискозитетът намалее рязко, операторите могат да потвърдят ефективното разрушаване на гела и да сведат до минимум ненужното дозиране на разрушителя. Обратно, непълното разрушаване на гела води до постоянно висок вискозитет, което изисква незабавни коригиращи действия.
В обобщение, непрекъснатото наблюдение на вискозитета на флуида за обратно изтичане осигурява обратна връзка в реално време за оптимизиране на процеса на разрушаване на гела, подпомага емпиричното определяне на крайната точка на разрушаване на гела и е в основата на адаптивното управление за ефективно извличане на флуид от хидравлично разбиване при добив на метан от въглищни пластове.
Приложение и интеграция при добив на метан от въглищни пластове
Данни за вискозитета в реално време за определяне на крайната точка на разрушаване на гела
Незабавната обратна връзка за вискозитета на мястото на сондажа позволява на операторите да определят точно крайната точка на разрушаване на гела в разбиващите се течности. Вградените вискозиметри отчитат непрекъснатите промени в свойствата на флуида по време на процеса на хидравлично разбиване, като гарантират точното проследяване на прехода от гелообразна към разрушаваща се течност. Този подход предотвратява рисковете, свързани с преждевременното инжектиране на разбивача на гела, което може да доведе до непълен транспорт на пропанта и намалена проводимост на фрактурата. Обратно, наблюдението в реално време също така минимизира забавянията при разрушаване на гела, които могат да възпрепятстват обратния поток, да причинят увреждане на формацията или да увеличат разходите за химикали.
Усъвършенствани детектори за форма на мехурчета, базирани на оптични сензори, са валидирани за употреба в кладенци за добив на метан от въглищни пластове (CBM), предлагайки откриване в движение на режимите на потока газ-течност, пряко повлияни от вискозитета на фрактуриращата течност. Тези инструменти се интегрират безпроблемно с инфраструктурата на кладенците и предоставят оперативна информация, която е от решаващо значение за управление на динамиката на разрушаване на гела, особено при условия на многофазен поток, типични за добива на CBM. Чрез използване на динамични профили на вискозитет вместо статични гранични стойности, операторите постигат превъзходен контрол върху крайната точка на разрушаване на гела, намалявайки риска от непълно разрушаване на гела и свързаната с това неефективност в производството.
Автоматично регулиране на дозата на разбивача на гел
Обратната връзка за вискозитета позволява автоматизирано калибриране на място на дозата на гел-разбивача. Интелигентните системи за управление, оборудвани с автоматизирани тестери за кал и сензорно-интегрирани контури за обратна връзка, регулират скоростта на инжектиране на химикалите за разбиване в пряк отговор на данните за свойствата на флуида в реално време. Този подход, основан на данни, е от основно значение за оптимизиране на процеса на разбиване на гела при техники за хидравлично фрактуриране на метан във въглищни пластове.
Капсулираните гел-разбивачи – включително варианти на карбамид-формалдехидна смола и сулфаминова киселина – са проектирани за контролирано освобождаване, предотвратявайки преждевременното намаляване на вискозитета дори при условия на високотемпературно разграждане. Лабораторните изпитвания потвърждават тяхната устойчива активност и надеждна работа, подкрепяйки автоматизирани стратегии за регулиране в полеви условия. Разбивачите, подобрени с биоензими, допълнително подобряват селективността и ефективността на дозирането, особено когато температурата и профилите на срязване се колебаят по време на обратното изтичане на флуида за разбиване. Тези интелигентни състави на разбивачите намаляват вискозитета до под 10 cP при скорост на срязване от 100 s⁻¹, като директно подпомагат определянето на крайната точка на разрушаване на гела и оптимизирането на химичните добавки.
Ползите включват подобрено освобождаване на метан от въглищните пластове, по-ефективно извличане на флуида за фракинг и намалено общо потребление на химикали. Автоматизираните системи за дозиране на прекъсвачите намаляват риска както от недостатъчна, така и от прекомерна обработка, улеснявайки цялостното управление на добавките за химикали за разрушаване на гела с по-малко отпадъци.
Въздействие върху ефективността на обратното изтичане при хидравлично фрактуриране
Мониторингът на вискозитетния профил по време на хидравлично фрактуриране с обратно изтичане е неразделна част от прогнозирането и скъсяването на продължителността на обратното изтичане при добива на метан, метан, (CBM). Аналитичните модели, използващи данни за вискозитета в реално време и уравнения за материалния баланс, демонстрираха подобрено извличане на фрактуриращата течност, което води до по-бързо връщане към производството на газ. Операторите използват тези данни, за да насочат динамично към точната крайна точка на разрушаване на гела и да ускорят обратното изтичане, намалявайки риска от дългосрочно увреждане на формацията и увеличавайки максимално продуктивността на резервоара.
Симулациите на фрактални фрактурни мрежи и проучванията с трасери показват, че управлението, реагиращо на вискозитета, подобрява задържането на обема на фрактурата и предотвратява преждевременното затваряне. Сравнителният анализ на началните и вторичните периоди на обратно изтичане подчертава ролята на контрола на вискозитета за поддържане на високи производствени нива и смекчаване на задържането на флуид във въглищната матрица. Чрез интегриране на обратната връзка от трасера с мониторинг на вискозитета в реално време, операторите получават практическа информация за непрекъснато подобряване на оптимизацията на обратното изтичане на флуид за фрактуриране в кладенци с CBM.
Интеграция с CO₂ фрактуриране за добив на метан от въглищни пластове
Операциите с CO₂ фрактуриране на въглищни пластове с метан представляват уникални предизвикателства за управление на вискозитета на флуида за обратен поток. Въвеждането на CO₂-чувствителни повърхностноактивни вещества позволява бързо регулиране на вискозитета в реално време, като се отчитат промените в състава на флуида и температурата на резервоара по време на стимулация. Експериментални проучвания показват, че по-високите концентрации на повърхностноактивни вещества и усъвършенстваните CO₂ сгъстители водят до по-бързо постигане на равновесие във вискозитета, което подпомага по-ефективното разпространение на фрактурата и отделянето на газ.
Новите електронни кабелни и телеметрични системи осигуряват незабавна обратна връзка за компонентите на фрактуриращия флуид и тяхното взаимодействие с CO₂, позволявайки динамични корекции в движение на състава на флуида по време на интервала на завършване. Това подобрява контрола на кинетиката на разрушаване на гела и смекчава непълното разрушаване на гела, гарантирайки, че стимулацията на сондажа постига оптимални резултати.
В сценарии за фрактуриране с пяна от CO₂, формулировките поддържат вискозитет над 50 mPa·s и намаляват повредите на ядрото под 19%. Финото настройване на времето и дозировката на добавките за разрушаване на гела е от решаващо значение, тъй като увеличените фракции на CO₂, температури и скорости на срязване бързо променят реологичното поведение. Интегрирането на данни в реално време, комбинирано с интелигентно реагиращи добавки, подпомага както контрола на процеса, така и опазването на околната среда чрез оптимизиране на добива на флуид за хидравлично фрактуриране и минимизиране на повредите на формацията.
Обратен поток от хидравлично фрактуриране и добита вода за отстраняване на CO2
*
Подобряване на екологичните и икономическите резултати
Намаляване на натоварванията от пречистване на обратен поток от вода
Оптимизираното разрушаване на гела в флуида за разбиване, осъществено чрез измерване на вискозитета в реално време и прецизно дозиране на разрушителя на гела, значително намалява остатъчните концентрации на полимери в обратните флуиди. Това опростява пречистването на водата след потока, тъй като по-малко остатъци от гел водят до по-малко запушване във филтриращите среди и намалена нужда от химични препарати. Например, процесите, базирани на кавитация, използват колапса на микромехурчетата, за да разрушат ефективно замърсителите и остатъчните гелове, което позволява по-голяма производителност в пречиствателните станции и минимизира замърсяването на мембраните, наблюдавано в системите за обратна осмоза и директна осмоза.
По-чистите флуиди за обратно изтичане също така намаляват риска за околната среда, тъй като намалените остатъчни гелове и химикали означават по-малък потенциал за замърсяване на почвата и водата в пунктовете за изхвърляне или повторна употреба. Проучванията потвърждават, че пълното разрушаване на гела – особено с биоензимни разрушители на гела – води до по-ниска токсичност, минимални остатъци и подобрена проводимост на фрактурите, което подпомага успешното извличане на метан и опростено рециклиране на водата без значително увеличение на разходите. Полевите опити в басейна на Ордос демонстрират тези екологични и оперативни ползи, свързвайки цялостното разрушаване на гела директно с подобрения в качеството на водата и намалена регулаторна тежест за операторите.
Спестяване на оперативни разходи и оптимизиране на ресурсите
Ефективното разрушаване на гела с флуид за разбиване скъсява времето, необходимо за обратно изтичане след хидравлично разбиване при добив на метан от въглищни пластове. Чрез точно определяне на крайната точка на разрушаване на гела и оптимизиране на дозировката на гелоразрушителя, операторите намаляват както обема на флуида за обратно изтичане, нуждаещ се от обработка, така и общото време, през което сондажът трябва да остане в режим на обратно изтичане след разбиване. Това намаляване на периода на обратно изтичане води до значителни икономии на вода и намалява потреблението на химикали за обработка, като по този начин намалява общите оперативни разходи.
Усъвършенстваните подходи – като мезопорести SiO₂ наночастици за разрушаване на гел с удължено освобождаване и биоензимни разтвори – подобряват ефективността на разрушаването на гела при различни температурни профили, осигурявайки бързо и цялостно разграждане на остатъците. В резултат на това възстановяването на флуидите става едновременно по-бързо и по-чисто, намалявайки времето за престой и подобрявайки използването на ресурсите. Наблюдава се подобрена десорбция на метан от въглищата поради минималното запушване на порите, което води до по-високи начални нива на производство на газ. Проучвания върху въглища в Илинойс потвърждават, че остатъците от гел могат да влошат сорбцията на метан и CO₂, което подчертава значението на пълното разрушаване на гела за оптимизирано производство.
Операторите, използващи мониторинг на вискозитета в реално време, демонстрираха подобрено управление на флуида при фрактуриране, което се изразява директно в по-добра оптимизация на ресурсите. Предварителните инвестиции в усъвършенствани техники за разбиване на гел и технология за мониторинг в реално време осигуряват икономически спестявания през жизнения цикъл чрез намалени разходи за почистване, минимизиране на щетите от образуванията и по-високи устойчиви добиви на газ. Тези иновации сега са от основно значение за операторите, които се стремят да сведат до минимум въздействието върху околната среда и да увеличат максимално икономическата възвръщаемост при операциите по хидравлично фрактуриране на метан във въглищни пластове.
Ключови стратегии за внедряване на мониторинг на вискозитета в реално време
Избор и разположение на инструмента
Изборът на подходящи сензори за вискозитет за добив на метан от въглищни пластове изисква внимателно обмисляне на няколко критерия:
- Диапазон на измерване:Сензорите трябва да обхващат пълния спектър от вискозитети на фрактуриращия флуид, включително преходи по време на разрушаване на гела и обратно изтичане.
- Време за реакция:Бързо реагиращите сензори са необходими за проследяване на бързите промени в реологията на фрактуриращата течност, особено по време на инжектиране на химически добавки и събития на обратно изтичане. Обратната връзка в реално време подпомага решенията за оптимизиране на дозата на разбивача на гела и точно определя крайните точки на разрушаване на гела.
- Съвместимост:Сензорите трябва да са устойчиви на химическо въздействие от добавки, разрушаващи гела, флуиди на основата на CO2 и абразивни пропантни смеси. Материалите трябва да издържат на суровите, променливи хидравлични условия, срещани в схемите за фрактуриране с CBM.
Оптималното разположение на сензорите за вискозитет е от съществено значение за точността и надеждността на данните:
- Зони с висока хидравлична активност:Сензори, инсталирани в близост до или в тръбопроводите за подаване на фрактурираща течност – преди и след точките за инжектиране на гел-разбивач – улавят директно съответните промени във вискозитета за оперативен контрол.
- Станции за мониторинг на обратния поток:Поставянето на сензори в основните точки за събиране и изпускане на обратен поток позволява оценка в реално време на ефективността на разрушаване на гела, проблеми с непълното разрушаване на гела и вискозитета на обратния поток за извличане на течност от хидравлично фрактуриране.
- Избор на местоположение, базиран на данни:Байесовият експериментален дизайн и методите за анализ на чувствителността фокусират сензорите върху области с най-висок очакван информационен прираст, намалявайки несигурността и увеличавайки максимално представителността на мониторинга на вискозитета.
Примери:Вградени вискозиметриДиректно интегрираните в ключови сегменти на веригата за фрактуриране сензори позволяват непрекъснат надзор на процеса, докато разредените сензорни масиви, проектирани с помощта на QR факторизация, поддържат стабилност с по-малко устройства.
Интегриране със съществуващата CBM инфраструктура
Модернизацията на мониторинга на вискозитета в реално време включва както технически подобрения, така и корекции на работния процес:
- Подходи за преоборудване:Съществуващите системи за фрактуриране често разполагат с вградени сензори – като например вискозиметри за тръби – чрез фланцови или резбови връзки. Изборът на сензори със стандартни мрежови комуникационни протоколи (Modbus, OPC) осигурява безпроблемна интеграция.
- SCADA интеграция:Свързването на сензори за вискозитет към системи за надзорен контрол и събиране на данни (SCADA) на целия обект улеснява автоматизираното събиране на данни, алармите за вискозитет извън спецификацията и адаптивния контрол на реологията на фрактуриращата течност.
- Обучение за полеви техници:Техниците трябва да научат не само работата със сензорите, но и методите за интерпретация на данните. Програмите за обучение включват процедури за калибриране, валидиране на данни, отстраняване на неизправности и адаптивно дозиране на химични добавки за разрушаване на гела, според резултатите от вискозитета в реално време.
- Използване на данни за вискозитет:Таблата в реално време визуализират тенденциите във вискозитета на флуида за фрактуриране, като по този начин подпомагат незабавните корекции в дозировката на гел-разбивача и управляват обратния поток при добива на метан от въглищни пластове. Пример: Автоматизираните дозиращи системи използват обратната връзка от сензорите, за да оптимизират процеса на разбиване на гела и да предотвратят непълното му разбиване.
Всяка стратегия – обхващаща избора на сензори, оптималното им разположение, интеграцията на инфраструктурата и текущата оперативна поддръжка – гарантира, че мониторингът на вискозитета в реално време предоставя приложими данни за оптимизиране на процесите на хидравлично фрактуриране на метан във въглищни пластове и максимизиране на производителността на кладенците.
Често задавани въпроси
1. Какво е метан от въглищни пластове и как се различава от конвенционалния природен газ?
Въглищният метан (CBM) е природен газ, съхраняван във въглищни пластове, главно като адсорбиран газ върху повърхността на въглищата. За разлика от конвенционалния природен газ, който се намира като свободен газ в порести скални резервоари като пясъчници и карбонати, CBM има ниска порьозност и пропускливост. Това означава, че газът е плътно свързан и добивът разчита на обезводняване и намаляване на налягането, за да се освободи метанът от въглищната матрица. Резервоарите на CBM също са по-хетерогенни, често съдържащи биогенен или термогенен метан. Хидравличното разбиване е от съществено значение за производството на CBM, изискващо внимателно управление на обратния поток и разрушаването на гела, за да се увеличи максимално извличането на газ и да се сведе до минимум увреждането на формацията.
2. Какво е разрушаване на гела при обработката на фрактурираща течност?
Разрушаването на гела се отнася до процеса на химическо разграждане на високовискозни флуиди за фрактуриране, използвани по време на хидравлично фрактуриране. Тези флуиди, обикновено сгъстени с полимери, се инжектират в резервоара, за да създадат фрактури и да пренесат пясък или пропант. След фрактурирането се добавят разрушители на гела – главно на базата на ензими, наночастици или химични агенти – за да се намали вискозитетът чрез разрушаване на полимерните вериги. След като гелът се разруши, флуидът преминава в състояние на нисък вискозитет, което позволява ефективен обратен поток, намалени остатъци и подобрено производство на метан.
3. Как мониторингът на вискозитета в реално време помага за разрушаването на гела от фрактуриращата течност?
Мониторингът на вискозитета в реално време предоставя незабавни, непрекъснати данни за вискозитета на фрактуриращите течности, когато се случи разрушаване на гела. Това позволява на операторите да:
- Прецизно определя крайната точка на разрушаване на гела и предотвратява непълното му разрушаване.
- Регулирайте дозите на гел-разбивача динамично, като избягвате прекомерна употреба или недостатъчна обработка.
- Откриване на неблагоприятни промени (висок вискозитет, замърсяване) и бърза реакция.
- Оптимизирайте връщането на флуида от фрактурирането за по-бързо и по-чисто извличане и подобрена ефективност на извличане на CBM.
Например, в кладенците с CBM, електронната телеметрия и сензорите в сондажа насочват времето и дозировката на инжектирането на гел-разбивач, намалявайки оперативните рискове и времето за цикъл.
4. Защо оптимизирането на дозировката на гел-разбивача е важно при добива на метан от въглищни пластове?
Правилното дозиране на разрушителя на гела е от решаващо значение, за да се осигури пълно разграждане на гел полимерите, без да се уврежда резервоарът. Ако дозата е твърде ниска, остатъците от гел могат да блокират порите, намалявайки пропускливостта и производството на метан. Прекомерната употреба на разрушителя рискува бърз спад на вискозитета или химическо увреждане. Оптимизираните дози – често постигнати с наночастици с удължено освобождаване или биоензими – водят до:
- Минимално увреждане на формацията и задържане на остатъци
- Ефективно връщане на флуида за фрактуриране
- По-ниски разходи за пречистване на водата след обратен поток
- Подобрена десорбция на метан и обща производителност.
5. Какви са често срещаните причини и опасности от непълно разрушаване на гела при екстракция на CBM?
Непълното разрушаване на гела може да е резултат от:
- Недостатъчна концентрация на разрушителя на гел или неправилно време за прилагане
- Лошо смесване и разпределение на флуида в сондажа
- Неблагоприятни условия в резервоара (температура, pH, химичен състав на водата)
Опасностите включват:
- Висок вискозитет на обратния поток, затрудняващ почистването
- Остатъчни полимери блокират порите, причинявайки увреждане на формацията
- По-ниски нива на възстановяване на метан поради ограничени пътища на десорбция
- Увеличени разходи за пречистване на вода и саниране на кладенци
Например, използването на конвенционални химически разрушители без наблюдение в реално време може да остави неразградени полимерни фрагменти, намалявайки производството и ефективността на CBM.
6. Как CO₂ фрактурирането влияе върху вискозитета на фрактуриращия флуид при добив на метан във въглищни пластове?
CO₂ фрактурирането въвежда CO₂ като пяна или свръхкритичен флуид в сместа с фрактуриращата течност. Това променя химичните взаимодействия и реологичните свойства на гела, причинявайки:
- Вискозитетът намалява бързо с по-висока обемна фракция на CO₂, скорост на срязване и температура
- Потенциал за увреждане на матрицата, ако вискозитетът спадне твърде бързо или остатъците се задържат
- Необходимостта от специализирани CO₂ сгъстители и повърхностноактивни вещества за стабилизиране на вискозитета за ефективен транспорт на пропант и ефикасно разрушаване на гела
Операторите трябва да използват мониторинг на вискозитета в реално време, за да коригират дозировката на прекъсвача в отговор на тези динамики, осигурявайки пълно разрушаване на гела и защитавайки въглищния пласт.
Време на публикуване: 06 ноември 2025 г.
