Вязкость кислотного раствора для гидроразрыва пласта определяет давление разрушения, необходимое для инициирования трещин, и регулирует распространение трещин в горных породах. Точное измерение и контроль вязкости жидкости имеют решающее значение для оптимизации геометрии трещин, поддержки развития изогнутых трещин и обеспечения равномерного распределения кислоты вдоль поверхностей трещин. Выбор соответствующей вязкости предотвращает чрезмерную утечку жидкости в пласт и усиливает кислотное травление для повышения прочности трещин, в конечном итоге влияя на степень расширения трещин кислотой и позволяя более эффективно оптимизировать площадь дренажа нефтяного месторождения.
Основное назначение кислотной жидкости для гидроразрыва пласта
Обработка жидкостей для гидроразрыва пласта кислотамиессентial inстимуляция резервуараofСланцевые формации характеризуются низкой пористостью и низкой проницаемостью. Основная цель — преодоление естественных барьеров фильтрации и повышение нефтеотдачи за счет создания проводящих путей внутри плотных горных пород. Кислотный гидроразрыв пласта достигает этого с помощью двойного механизма: образования трещин путем закачки кислоты под давлением, а затем расширения и травления этих трещин посредством контролируемых реакций кислоты с породой. Это расширяет площадь водосбора нефтяного пласта и повышает продуктивность зон, ранее сдерживаемых повреждением пласта или недостаточной проницаемостью.
Ещё одной проблемой является подбор состава жидкости для гидроразрыва пласта с учётом литологии и механических свойств целевого пласта. Механизм реакции кислоты с породой и скорость этой реакции значительно варьируются в зависимости от минералогического состава, давления, температуры и использования добавок в жидкости для гидроразрыва пласта. Это влияет не только на скорость и характер травления, но и на риск закупорки пласта, набухания глины или неблагоприятных геохимических взаимодействий, которые могут ухудшить проводимость трещин и ограничить долгосрочный прирост добычи.
Сланцевое нефтяное месторождение
*
Основы кислотного гидроразрыва пласта в сланцевых нефтяных месторождениях
Механизмы образования переломов
Образование трещин в плотных сланцевых нефтеносных пластах основано на преодолении высоких напряжений и прочности породы за счет гидроразрыва пласта или кислотного разрыва. В таких условиях с низкой проницаемостью крупномасштабные пути для потока нефти встречаются редко. Принцип заключается в закачке кислотной жидкости для гидроразрыва под давлением, достаточным для превышения давления разрушения при гидроразрыве — минимального давления, необходимого для образования трещин в матрице породы. Этот процесс напрямую основан на фундаментальных принципах механики горных пород: как только приложенное давление превышает порог разрушения, образуются новые трещины, чаще всего следующие по путям наименьшего сопротивления, определяемым плоскостями напластования, естественными трещинами и механической анизотропией в породе.
Давление разрушения зависит от типа породы и используемой жидкости для гидроразрыва. Исследования показывают, что такие жидкости, как CO₂, создают более высокое давление разрушения и более сложные сети трещин по сравнению с H₂O или N₂. Механические свойства также зависят от прочности породы на растяжение, модуля упругости и наличия слабых плоскостей. Теория критического расстояния, основанная на лабораторных и полевых испытаниях, моделирует необходимое давление начала разрушения как функцию интенсивности напряжений на вершине трещины, предсказывая, где и когда произойдет неустойчивое распространение трещины.
Дополнительная сложность создаваемой сети трещин достигается за счет целенаправленного роста трещин вдоль криволинейных линий, а не прямых плоскостей. Такой подход увеличивает объем стимулированного пласта. Такие методы, как циклическое ударное гидроразрывное воздействие, вызывают импульсы давления, приводящие к многократному зарождению и слиянию трещин, которые разветвляются и изгибаются, эффективно преодолевая литологические барьеры и неоднородность слоистости. Сложные, многоветвистые трещины, образованные таким образом, максимизируют площадь дренажа и улучшают доступ к ранее изолированным углеводородам.
Образование трещин также зависит от учета геологических условий и оперативного контроля. Геологические факторы, такие как режим напряжений, стратификация, минералогия и наличие слабых пластов, определяют траекторию движения трещин. Инженерные корректировки, включая состав кислотной жидкости для гидроразрыва пласта и управление динамическим давлением, позволяют проектировать сети трещин, наилучшим образом соответствующие природным свойствам пласта.
Характеристики пласта, влияющие на кислотный гидроразрыв пласта.
Низкая проницаемость и низкая пористость являются определяющими характеристиками сланцевых нефтяных месторождений. Оба свойства ограничивают естественный поток флюидов, что делает эффективное распространение трещин критически важным для добычи. В сверхплотных матричных системах искусственно созданные трещины должны быть достаточно обширными, чтобы соединиться с существующими поровыми сетями или микротрещинами. Однако расширение трещин кислотой часто происходит неравномерно из-за неоднородности состава породы, минералогии и текстуры.
Пористость и проницаемость контролируют утечку жидкости и перенос кислоты. В породах с плохой пористой структурой или ограниченным количеством взаимосвязанных микротрещин утечка кислоты ограничена, что делает кислотное травление при гидроразрыве пласта менее эффективным. Там, где отсутствуют естественные каналы фильтрации или они сильно извилисты, методы улучшения связности каналов становятся крайне важными. К неэффективным решениям в отношении естественных каналов фильтрации могут относиться многократные циклы гидроразрыва, использование отводящих устройств или гибридные последовательности обработки.
Неоднородность горных пород — различное количество слоев, плотность трещин и распределение минералов — создает предпочтительные пути как для распространения трещин, так и для утечки. Механизм кислотно-почвенной реакции и скорость кислотно-почвенной реакции варьируются по всему пласту, особенно вблизи границ между контрастными типами пород. Там, где кислота сталкивается с богатыми карбонатами полосами, быстрая реакция может создавать неравномерную ширину трещин и разветвленные структуры трещин. Это может как способствовать, так и препятствовать связности в зависимости от пространственной неоднородности.
Утечка жидкости — еще одна проблема в неоднородно трещиноватых сланцах. Высокая утечка в зонах повышенной пористости или открытых трещин может ограничивать эффективное распространение основных индуцированных трещин. И наоборот, зоны с низкой утечкой могут препятствовать проникновению кислоты и последующему расширению сети трещин. Состав кислотных жидкостей для гидроразрыва пласта, включая использование гелеобразных или сшитых кислот и добавок к жидкости, подобранных в соответствии с типом породы, напрямую влияет на эти результаты, позволяя операторам повышать проницаемость пород с низкой пористостью и оптимизировать площадь дренажа нефтяных месторождений.
Эффективная стимуляция в этих сложных условиях требует двойного подхода: точного контроля механики разрушения и целенаправленного улучшения транспортных свойств породы за счет грамотного подбора и применения жидкости для гидроразрыва пласта. Кислотное травление для усиления трещинообразования, контролируемая утечка и гидроразрыв вдоль криволинейных траекторий являются неотъемлемой частью преодоления присущих сланцевым нефтяным месторождениям барьеров, обусловленных низкой проницаемостью и плохой естественной связностью.
Кислотные жидкости для гидроразрыва пласта: состав, вязкость и характеристики.
Состав и рецептура кислотных жидкостей для гидроразрыва пласта
В основе разработки кислотных растворов для гидроразрыва пласта лежит настройка химических систем для максимизации проводимости трещин и нефтеизвлечения. Наиболее распространенной кислотной системой является соляная кислота (HCl), обычно в концентрациях от 5% до 28%, выбираемая в зависимости от литологии пласта и целей обработки. Другие кислоты включают органические кислоты, такие как уксусная или муравьиная кислота, для более мягких условий.термочувствительные образованияДля использования различных реакционных способностей в течение периода обработки можно применять смеси или многоступенчатые кислотные системы.
К кислоте добавляют необходимые присадки. Ингибиторы коррозии, усилители, агенты, контролирующие содержание железа, и неэмульгаторы защищают трубчатые элементы, предотвращают осаждение и подавляют образование эмульсий. Синтетические полимеры все чаще используются в качестве загустителей — часто это частично гидролизованный полиакриламид (ГПАМ) или новые сополимеры — для повышения вязкости с целью улучшения распределения кислоты, суспензирования проппанта и контроля утечки. Поверхностно-активные вещества, как анионные (например, додецилсульфат натрия), так и неионогенные (например, этоксилированные спирты), имеют решающее значение для стабилизации пенных систем, улучшения изменения смачиваемости и снижения поверхностного натяжения для более эффективного контакта породы с кислотой.
Контроль утечек и остатков имеет решающее значение. Добавки, снижающие потери жидкости, такие как добавки на основе крахмала или современных синтетических полимеров, уменьшают проникновение в матрицу, удерживая кислоту внутри трещин. Разрушители — окислительные (например, персульфатные) или ферментативные — используются для разложения загустителей после обработки, снижая риск образования остатков и последующего повреждения пласта. Однако взаимодействие с попутной водой или разрушителями при пониженной температуре может привести к вторичному осаждению минералов, таких как барит, что требует тщательной проверки совместимости системы.
Примерами прогрессивных формулировок являются:
- Системы замедленного действия кислоты: использование гелей на основе поверхностно-активных веществ и полимеров для замедления реакций кислоты с породой с целью более глубокого проникновения в плотные карбонатные слои.
- Высокотемпературные, солеустойчивые полимеры (например, синтетические сополимеры P3A) обеспечивают стабильную вязкость и минимальное количество остатков в глубоких лунках.
- Экологически чистая химия, включающая L-аскорбиновую кислоту, обеспечивает сохранение вязкости и антиоксидантную защиту при температуре до 300°F без образования стойких в окружающей среде побочных продуктов.
Измерение вязкости и ее значение при кислотном гидроразрыве пласта
Для точного измерения вязкости жидкости для гидроразрыва пласта с использованием кислоты требуетсявискозиметры высокого давления и высокой температуры (HPHT)Способна моделировать профили напряжений и температуры в скважине. Ключевые методы включают:
- Ротационные вискозиметры для определения базовой вязкости.
- Вискозиметры HPHT для сложных протоколов, позволяющие оценивать вязкоупругое поведение при циклических термических или барометрических нагрузках.
Важность вязкости многогранна:
- Травление узоров и увеличение трещинКислота с более низкой вязкостью приводит к более выраженным трещинообразным или точечным структурам травления; более высокая вязкость способствует образованию более широких и равномерных каналов, напрямую влияя на проводимость трещины и потенциал ее расширения. Например, повышение концентрации загустителя приводит к увеличению площади травления и сложному росту трещины, что подтверждают полевые испытания и лабораторные исследования с использованием красителей.
- Доступность и распределение переломовВязкие жидкости лучше контролируют распределение кислоты, способствуя ее проникновению во вторичные естественные трещины и максимизируя площадь дренажа нефтяного пласта. Количественная оценка с использованием измерений проводимости после травления связывает более высокую вязкость с более распределенными и устойчивыми сетями проводящих трещин, что коррелирует с более высокими темпами добычи.
Например, в богатых карбонатами сланцах Марселлус использование самогенерирующихся или сшитых кислотных систем, в которых динамическая вязкость сохраняется даже при температурах пласта, приводит к увеличению сложности трещин и степени дренажа как минимум на 20–30% по сравнению с немодифицированной соляной кислотой.
Реакция кислоты с горными породами при кислотном гидроразрыве пласта
*
Кинетика реакций кислот и горных пород и их связь с вязкостью
Механизм кислотно-породной реакции сильно зависит от вязкости жидкости. Классические кислотные системы быстро реагируют с карбонатными минералами, концентрируя растворение вблизи ствола скважины и ограничивая глубину проникновения. Замедленные кислотные системы, использующие вязкоупругие поверхностно-активные вещества или полимерно-кислотные эмульсии, снижают скорость диффузии ионов водорода, замедляя общую скорость кислотно-породной реакции. Это позволяет кислоте проникать глубже в низкопроницаемые или низкопористые пласты до того, как она иссякнет, способствуя более широкому травлению и образованию более длинных трещин.
Регулирование скорости реакции может осуществляться следующими способами:
- Регулировка соотношения поверхностно-активных веществ и полимеров для точной настройки диффузии кислоты.
- Последовательная кислотная обработка — чередование замедленной и обычной инъекций кислоты — позволяет достичь баланса между травлением прискважинного и глубокого пласта, как показано в экспериментах с последовательной инъекцией, где чередование кислотных систем обеспечивает градуированное травление и улучшенную стимуляцию пласта.
Синергетический эффект возникает при сочетании следующих элементов:
- Полимеры в сочетании с неионогенными поверхностно-активными веществами обеспечивают прочное загущение и повышают термостойкость и солестойкость, что подтверждается реологическими свойствами и способностью удерживать песок в условиях, имитирующих пластовые условия.
- Смеси щелочи, поверхностно-активного вещества и полимера (ASP), а также нанокомпозитные системы (например, оксид графена-полимер) улучшают как вязкость, определяющую скорость реакции, так и стабильность кислоты, а также способствуют контролю профиля и удалению остаточной кислоты — что крайне важно для оптимизации кислотного гидроразрыва в неоднородных природных фильтрационных каналах и для повышения эффективности добычи из низкопроницаемых или низкопористых пластов.
Исследования с использованием микромоделей из стекла и испытаний керна подтверждают, что эти специально разработанные составы увеличивают время контакта с кислотой, замедляют реакцию с минералами, улучшают площадь травления и, в конечном итоге, расширяют возможности дренажа нефтяных пластов, демонстрируя практическую взаимосвязь между составом жидкости для гидроразрыва пласта, вязкостью, кинетикой реакции кислоты с породой и общей эффективностью стимуляции пласта.
Влияние геометрии трещины на проникновение кислоты и ее эффективность.
Геометрия трещины — в частности, ее длина, ширина (апертура) и пространственное распределение — критически определяет проникновение кислоты и, следовательно, эффективность кислотного гидроразрыва. Длинные и широкие трещины способствуют обширному распределению кислоты, но эффективность может снижаться из-за «прорыва» кислоты, когда неиспользованная кислота быстро достигает вершины трещины, не вступая в полную реакцию по пути. Изменчивость апертуры, особенно каналообразных или шероховатых трещин, образованных неравномерным травлением, способствует большему проникновению, обеспечивая предпочтительные пути и уменьшая преждевременную потерю кислоты.
- Изменчивость апертуры:Поверхности с каналами, образованными в результате кислотного травления, сохраняют проводимость под воздействием напряжения и обеспечивают предпочтительные пути переноса кислоты.
- Пространственное размещение:Трещины, расположенные близко к стволу скважины, обеспечивают более равномерное распределение кислоты, в то время как для удаленных или сильно разветвленных трещин целесообразно поэтапное введение кислоты или чередование кислотных и нейтральных растворов.
- Многоступенчатая инъекция:Чередование кислот и разделительных жидкостей может активизировать травление вдоль протяженных поверхностей трещин, что приводит к более глубокому проникновению и более эффективному расширению естественных и искусственно созданных трещин.
Полевые и лабораторные исследования с использованием микрокомпьютерной томографии и численного моделирования показывают, что геометрическая сложность и шероховатость определяют как скорость реакции кислоты с породой, так и конечную степень повышения проницаемости. Таким образом, правильная конструкция кислотного гидроразрыва пласта оптимально согласует свойства кислотной системы и схемы закачки со специфической для пласта геометрией трещин, обеспечивая максимальную и долговременную проводимость трещин и повышение нефтеотдачи.
Стратегии оптимизации для эффективного кислотного гидроразрыва пласта
Выбор кислотных систем и добавок
Оптимизация кислотного гидроразрыва пласта во многом зависит от выбора правильных кислотных систем. Замедленные кислотные системы, такие как гелеобразные или эмульгированные кислоты, разработаны для замедления скорости реакции кислоты с породой. Это обеспечивает более глубокое проникновение вдоль трещины и более равномерное кислотное травление. В отличие от них, традиционные кислотные системы — как правило, немодифицированная соляная кислота — реагируют быстро, часто ограничивая глубину проникновения кислоты и распространение трещины, особенно в карбонатных и высокотемпературных сланцевых коллекторах. Недавние разработки включают твердые кислотные системы, специально разработанные для сверхвысокотемпературных коллекторов, которые еще больше замедляют скорость реакции, снижая коррозию и повышая эффективность за счет более длительного действия кислоты и улучшенного растворения породы.
При сравнении систем с замедленным вращением и обычных систем:
- Замедленные кислотыПредпочтительны в пластах, где быстрое расходование кислоты вблизи ствола скважины уменьшает охват и равномерность обработки. Было показано, что эти кислоты способствуют лучшему расширению трещин под действием кислоты, а также улучшают проводимость после разрушения и площадь дренажа нефти.
- Традиционные кислотыМожет быть достаточным для обработки поверхностных слоев или зон с высокой проницаемостью, где допустимы быстрая реакция и минимальное проникновение.
Выбор модификаторов вязкости, таких как вязкоупругие поверхностно-активные вещества (системы VCA) или полимерные гелеобразующие агенты, зависит от специфических факторов пласта:
- Температура и минералогический состав пласта определяют химическую стабильность и эффективность модификаторов вязкости.
- Для применения при высоких температурах необходимы термостойкие разрушители геля, такие как инкапсулированные окислители или капсулы для кислотного травления, чтобы обеспечить разрушение гелеобразной кислоты и эффективную очистку после обработки.
- Профиль кажущейся вязкости должен быть подобран таким образом, чтобы жидкость для гидроразрыва пласта, работающая на кислоте, сохраняла свои свойства.достаточная вязкостьВ процессе прокачки (увеличение ширины трещины и суспензии проппанта) он может быть полностью разрушен гелеобразователями, что обеспечивает эффективную обратную прокачку.
Правильный выбор добавок минимизирует повреждение пласта, обеспечивает эффективное кислотное травление для повышения эффективности гидроразрыва и максимизирует улучшение характеристик низкопроницаемых и низкопористых коллекторов. Недавние полевые испытания показали, что кислотные растворы для гидроразрыва пласта на основе VCA с тщательно подобранными гелеразрушающими агентами обеспечивают улучшенную очистку, меньшие потери жидкости и более эффективную стимуляцию коллектора по сравнению с традиционными системами.
Эксплуатационные параметры, влияющие на успешность кислотной стимуляции
Оперативное управление в процессе гидроразрыва пласта с использованием кислоты оказывает существенное влияние на результаты. Ключевые параметры работы включают скорость закачки, объем закачиваемой кислоты и управление профилем давления:
- Скорость насосаОпределяет скорость распространения трещин и их геометрию. Более высокая скорость способствует более глубокому проникновению кислоты и устойчивому взаимодействию кислоты с породой, но должна быть сбалансирована, чтобы избежать преждевременного расходования кислоты или неконтролируемого роста трещин.
- объем впрыска кислоты: Влияет на длину и ширину трещин, образованных кислотным травлением. Для низкопроницаемых пластов обычно требуются большие объемы кислоты, хотя оптимизация объема кислоты в сочетании с модификаторами вязкости может сократить ненужный расход химикатов, сохраняя при этом проводимость.
- Контроль давленияУправление призабойным и поверхностным давлением в режиме реального времени обеспечивает поддержание трещины в открытом состоянии, компенсирует потерю жидкости и направляет кислотные растворы вдоль целевых зон трещины.
На практике было показано, что поэтапные или чередующиеся схемы закачки кислоты — при которых чередуются типы кислот или их вязкость — способствуют формированию каналов, развитию изогнутых трещин и оптимизации площади дренажа нефтяного пласта. Например, двухэтапная чередующаяся закачка кислоты может создавать более глубокие и проводящие каналы, превосходя одноэтапные методы как в лабораторных, так и в полевых условиях.
Соответствие методов кислотной обработки неоднородности пласта имеет решающее значение. В сланцевых пластах с переменным минералогическим составом и естественными трещинами для определения времени и последовательности инъекций используются прогностическое моделирование и мониторинг в реальном времени. Корректировки, основанные на характеристиках трещин (например, ориентация, связность, улучшение естественных каналов фильтрации), позволяют операторам точно настраивать рабочие параметры для максимальной стимуляции и минимального повреждения пласта.
Прогностическое моделирование и интеграция данных
Современные методы проектирования гидроразрыва пласта с использованием кислотной среды теперь включают в себя прогностические модели, которые сопоставляют рабочие параметры, свойства жидкости для гидроразрыва и проводимость после гидроразрыва. Усовершенствованные модели учитывают:
- Механизм и скорость кислотно-пороховой реакции, демонстрируя, как изменяется морфология кислот и процесс травления в полевых условиях.
- Факторы, специфичные для конкретного водохранилищатакие факторы, как пористость и проницаемость, минералогическая неоднородность и существующие сети трещин.
Эти модели используют эмпирические данные, результаты лабораторных исследований и машинное обучение для прогнозирования того, как изменения вязкости, скорости закачки, концентрации кислоты и температурных профилей влияют на методы создания трещин при гидроразрыве пласта и на долгосрочную оптимизацию площади водосбора водохранилища.
Ключевые принципы согласования полевых ограничений и оперативного проектирования включают в себя:
- Выбор вязкости и состава кислоты основывается на предполагаемой кинетике реакции кислоты с породой, ожидаемом температурном профиле и целях завершения работ (например, максимизация проницаемости породы с низкой пористостью или решение проблем, связанных с плохими естественными каналами фильтрации).
- Использование подходов, основанных на анализе данных, позволяет динамически корректировать графики впрыскивания кислоты, скорость работы насоса и дозировку разрушающего агента, оптимизируя как размер трещины, так и восстановление после лечения.
Примеры, полученные в ходе недавних полевых испытаний, показывают, что эти методы прогнозирования повышают проводимость после гидроразрыва пласта и улучшают прогнозы добычи нефти, что позволяет применять более эффективные и надежные стратегии кислотного гидроразрыва пласта в сложных сланцевых и карбонатных коллекторах.
Расширение зоны дренажа нефти и поддержание проводимости трещин.
Устранение препятствий при формировании пласта и улучшение связности.
Кислотное травление является основным механизмом применения кислотных растворов для гидроразрыва пласта, позволяющим преодолеть проблему закупорки пласта, такую как накопление конденсата и образование минеральных отложений, в сланцевых коллекторах. При закачке кислоты — обычно соляной кислоты (HCl) — она реагирует с реактивными минералами, такими как кальцит и доломит. Этот механизм кислотно-породной реакции растворяет минеральные отложения, расширяет поровое пространство и соединяет ранее изолированные поры, непосредственно улучшая пористость и проницаемость в нефтяных коллекторах. Скорость кислотно-породной реакции, а также конкретный состав используемого кислотного раствора для гидроразрыва пласта варьируются в зависимости от минералогического состава сланца и состава закупорки.
В богатых карбонатами сланцах более высокие концентрации HCl приводят к более выраженному травлению и удалению закупорок благодаря более быстрой и эффективной реакции кислоты с породой. Подбор состава кислоты в соответствии с конкретным содержанием карбонатов и силикатов в пласте оптимизирует процесс удаления, эффективно восстанавливая естественные каналы фильтрации и решая проблемы, связанные с плохими решениями для естественных каналов фильтрации. Шероховатость поверхности существующих трещин увеличивается в результате растворения кислотой, что напрямую коррелирует с повышением проводимости трещин и созданием более прочных каналов для потока углеводородов. Этот механизм подтвержден экспериментальными данными, демонстрирующими значительное улучшение добычи газа и индекса закачиваемости после обработки кислотой в низкопроницаемых пластах.
Поддержание стабильной проводимости трещин имеет решающее значение для долгосрочной продуктивности скважин по добыче сланцевой нефти. Со временем искусственно созданные трещины могут терять проводимость из-за разрушения проппанта, диагенеза, внедрения или миграции мелких частиц. Эти процессы уменьшают открытые каналы, созданные давлением разрушения при гидроразрыве пласта, что серьезно влияет на извлечение углеводородов. Математическое моделирование и лабораторные исследования показывают, что без надлежащего управления деградация проппанта может снизить добычу до 80% за 10 лет. Такие факторы, как давление закрытия, размер проппанта и исходные свойства поверхности трещины, играют ключевую роль. Выбор подходящего проппанта и активное управление давлением в скважине необходимы для поддержания расширенных каналов, созданных кислотным травлением, для обеспечения стабильного потока нефти и газа.
Расширение и поддержание сети трещин
Стратегическое расширение зоны дренажа нефтяных месторождений зависит от эффективного проектирования и применения контролируемых кислотных систем. Эти системы представляют собой специально разработанные кислотные жидкости для гидроразрыва пласта, содержащие добавки, такие как замедлители, гелеобразователи и поверхностно-активные вещества, для регулирования подачи кислоты, контроля скорости реакции кислоты с породой и минимизации утечки жидкости во время обработки. В результате достигается более целенаправленный процесс травления, который максимизирует эффективность методов создания трещин при гидроразрыве пласта и способствует распространению как первичных, так и вторичных (изогнутых) трещин.
Системы контролируемой кислотности, особенно гелеобразные и гелевые кислоты, применяемые in situ, помогают контролировать распределение и длительность воздействия кислоты в трещинах. Эти системы замедляют взаимодействие кислоты с породой, увеличивая глубину проникновения и обеспечивая более полное кислотное травление для повышения эффективности трещинообразования. Такой подход увеличивает объем стимулированной породы, расширяет площадь дренажа нефтяного пласта и решает проблемы, связанные с плохими решениями естественных каналов фильтрации как в карбонатных, так и в сланцевых породах. Практические примеры показывают, что эти методы создают более широкие и взаимосвязанные сети трещин, что приводит к увеличению добычи углеводородов.
Поддержание улучшенных показателей проницаемости в условиях динамического пластового напряжения является еще одним ключевым фактором. Распространение трещин в породах, подверженных высокому напряжению смыкания, часто приводит к уменьшению ширины трещин или их преждевременному закрытию, что ухудшает проводимость. Для противодействия этому применяются различные стратегии:
- Технология перфорации с учетом напряженного взаимодействия:Этот метод позволяет контролируемо инициировать и распространять трещины, оптимизируя компромисс между затратами энергии на стимуляцию и расширением сети трещин. Например, в Цзиянгской депрессии эта технология позволила снизить требуемую энергию на 37%, одновременно улучшив как связность, так и экологические показатели.
- Предварительная обработка кислотой:Использование систем на основе поливодородных кислот или других жидкостей для предварительного кислотного гидроразрыва пласта может снизить давление разрушения трещин и уменьшить начальную закупорку пласта, создавая условия для более эффективного и долговечного образования трещин.
- Геомеханическое моделирование:Интеграцияизмерение уровня стресса в реальном времениМониторинг пласта позволяет прогнозировать и корректировать параметры кислотной обработки, способствуя поддержанию проводимости трещин, несмотря на изменяющиеся условия напряженного состояния пласта.
Эти методы в сочетании с оптимизированными добавками для гидроразрыва пласта и составом кислотных жидкостей для гидроразрыва обеспечивают сохранение достигнутого повышения проницаемости. Они помогают нефтеоператорам расширять и поддерживать сети трещин, повышая проницаемость пород с низкой пористостью и поддерживая долгосрочную добычу ресурсов.
В целом, благодаря сочетанию инновационных методов кислотного травления, передовых систем контролируемого кислотного воздействия и геомеханически обоснованных стратегий гидроразрыва пласта, современные методы стимуляции пластов теперь направлены как на максимизацию зон непосредственного дренажа углеводородов, так и на сохранение проводимости трещин, необходимой для поддержания текущей производительности добычи.
Заключение
Эффективное измерение и оптимизация вязкости жидкости для кислотного гидроразрыва пласта имеют решающее значение для максимизации образования трещин, эффективности кислотного травления и долговременного осушения нефтяных пластов в сланцевых формациях. Передовые методы основаны на глубоком понимании динамики жидкости в пластовых условиях, а также на интеграции лабораторных и полевых данных для обеспечения их актуальности для практического применения.
Часто задаваемые вопросы
В1: Каково значение вязкости жидкости для гидроразрыва пласта в сланцевых нефтяных месторождениях?
Вязкость жидкости для кислотного гидроразрыва пласта имеет решающее значение для контроля образования и распространения трещин в сланцевых нефтяных пластах. Высоковязкие жидкости, такие как сшитые или гелеобразные кислоты, образуют более широкие и разветвленные трещины. Это обеспечивает лучшее распределение кислоты и продлевает контакт кислоты с породой, оптимизируя механизм реакции кислоты с породой и обеспечивая глубокое и равномерное травление. Оптимальная вязкость жидкости максимизирует ширину и сложность трещин, напрямую влияя на эффективность кислотного травления для повышения трещиностойкости и оптимизации общей площади дренажа нефтяного пласта. Например, было показано, что загущенные жидкости на основе CO₂ улучшают ширину трещин и поддерживают проницаемость после обработки, в то время как низковязкие жидкости позволяют создавать более длинные и узкие трещины с более легким распространением, но могут привести к недостаточному травлению или каналированию потока кислоты. Выбор правильной вязкости в составе жидкости для кислотного гидроразрыва пласта обеспечивает эффективное разрушение закупорок пласта, долговременную проводимость трещин и существенное расширение продуктивной площади дренажа.
Вопрос 2: Как давление пробоя при гидроразрыве пласта влияет на образование трещин?
Давление пробоя — это минимальная сила, необходимая для инициирования трещин в породе во время гидроразрыва пласта. В сланцевых нефтеносных пластах с низкой проницаемостью точное управление давлением пробоя имеет фундаментальное значение. Если приложенное давление слишком низкое, трещины могут не раскрыться, ограничивая проникновение жидкости. Если же оно слишком высокое, процесс гидроразрыва может стать неконтролируемым, что создаст риск нежелательного распространения трещин. Надлежащий контроль способствует развитию трещин вдоль естественных плоскостей и даже по изогнутым путям, улучшая стимуляцию пласта. Более высокое давление пробоя, при адекватном управлении, создает более сложные сети трещин и повышает связность, необходимую для того, чтобы кислота достигала и обрабатывала более широкую область. Такие методы, как надрезание скважины, используются для снижения давления пробоя и лучшего контроля инициирования трещин, влияя как на геометрию трещин, так и на эффективность их распространения. Такой грамотный контроль давления пробоя при гидроразрыве пласта имеет центральное значение для передовых методов создания трещин в нетрадиционных пластах.
В3: Почему кислотное травление и расширение полезны для коллекторов с низкой проницаемостью и низкой пористостью?
В пластах с низкой проницаемостью и низкой пористостью имеется ограниченное количество естественных каналов фильтрации, что ограничивает подвижность и добычу нефти. Кислотное травление при гидроразрыве пласта использует реактивные жидкости для растворения частей горной породы вдоль трещин, тем самым расширяя эти пути потока. Это уменьшает закупорку пласта и обеспечивает новые каналы для более свободного перемещения жидкостей. Современные методы стимуляции пластов, включая комбинированные и предварительные кислотные системы, позволили добиться повышения и длительной проводимости, а также улучшения нефтеотдачи. Эти методы особенно ценны для улучшения пластов с низкой проницаемостью и повышения проницаемости пород с низкой пористостью, как показали полевые и лабораторные исследования. Результатом является существенное увеличение продуктивности скважин, при этом кислотно-травленные и расширенные трещины функционируют как улучшенные каналы для потока углеводородов.
Вопрос 4: Какова роль пористости и проницаемости горных пород в успехе кислотного гидроразрыва пласта?
Пористость и проницаемость напрямую определяют движение флюидов и доступность кислоты в нефтяных пластах. Горные породы с низкой пористостью и низкой проницаемостью препятствуют распространению и эффективности кислотных растворов для гидроразрыва пласта, ограничивая успех операций по стимуляции. Для решения этой проблемы состав кислотных растворов для гидроразрыва пласта специально разрабатывается с учетом добавок, контролирующих реакцию, и модификаторов вязкости. Повышение пористости за счет реакции кислоты с породой увеличивает доступное пустое пространство для хранения углеводородов, а повышение проницаемости облегчает поток через сети трещин. Многочисленные исследования показали значительное увеличение как пористости, так и проницаемости после обработки кислотой, особенно там, где ранее естественные каналы фильтрации были плохо развиты. Улучшение этих параметров позволяет оптимизировать распространение трещин, поддерживать темпы добычи и расширять площадь контакта пласта с поверхностью.
В5: Как реакция кислоты с горными породами влияет на эффективность расширения водосборной площади?
Механизм кислотно-породной реакции определяет, как происходит растворение породы и как происходит травление и расширение трещин в процессе кислотного гидроразрыва пласта. Эффективный контроль скорости кислотно-породной реакции имеет решающее значение: слишком высокая скорость приводит к истощению кислоты вблизи ствола скважины, ограничивая проникновение; слишком низкая скорость может привести к недостаточному травлению. Управление реакцией посредством регулирования вязкости жидкости, концентрации кислоты и добавок позволяет добиться целенаправленного травления вдоль поверхностей трещин, обеспечивая более широкую и глубокую взаимосвязь трещин. Современные методы моделирования и лабораторные исследования подтверждают, что оптимизация кислотно-породной реакции приводит к образованию каналообразных, высокопроводящих трещин, которые значительно расширяют площадь дренажа нефти. Например, было установлено, что каналообразные трещины, протравленные кислотой, обеспечивают в пять раз более высокую проводимость, чем непротравленные трещины в карбонатных формациях. Таким образом, тщательная корректировка состава жидкости для кислотного гидроразрыва и параметров закачки напрямую определяет масштаб и эффективность улучшения площади дренажа.
Дата публикации: 10 ноября 2025 г.
