Проведение гидроразрыва преследует две главные цели:
1) Повысить продуктивность пласта путем увеличения эффективного радиуса эксплуатирования скважины. В пластах с относительно низкой проницаемостью гидроразрыв - лучший способ повышения продуктивности.
2) Создать канал притока в приствольной зоне нарушенной проницаемости. Нарушение проницаемости продуктивного пласта - важное для понимания понятие, поскольку тип и масштаб процесса разрыва проектируется именно с целью исправления этого нарушения. Если есть возможность создать проходящую сквозь зону повреждения трещину, заполненную проппантом, и привести падение давления до нормальной величины градиента гидродинамического давления, то продуктивность скважины возрастет.
После разрыва под воздействием давления жидкости трещина увеличивается, возникает ее связь с системой естественных трещин, не вскрытых скважиной, и с зонами повышенной проницаемости; таким образом, расширяется область пласта, дренируемая скважиной. В образованные трещины жидкостями разрыва транспортируется зернистый материал (проппант), закрепляющий трещины в раскрытом состоянии после снятия избыточного давления. В результате ГРП кратно повышается дебит добывающих или приемистость нагнетательных скважин, за счет снижения гидравлических сопротивлений в призабойной зоне и увеличения фильтрационной поверхности скважины, а также увеличивается конечная нефтеотдача, за счет приобщения к выработке слабо дренируемых зон и пропластков.
Метод ГРП имеет множество технологических решений, обусловленных особенностями конкретного объекта обработки и достигаемой целью. Технологии ГРП различаются, прежде всего, по объемам закачки технологических жидкостей и проппантов и, соответственно, по размерам создаваемых трещин. Наиболее широкое распространение получил локальный гидроразрыв, как эффективное средство воздействия на призабойную зону скважин. При этом бывает достаточным создание трещин длиной 10-20 м с закачкой десятков кубических метров жидкости и единиц тонн проппанта. В этом случае дебит скважин увеличивается в 2-3 раза.
Технология применения ГРП в первую очередь основана на знании механизма возникновения и распространения трещин, что позволяет прогнозировать геометрию трещины и оптимизировать ее параметры. Первые достаточно простые модели, определяющие связь между давлением жидкости разрыва, пластической деформацией породы и результирующими длиной и раскрытием трещины, отвечали потребностям практики до тех пор, пока операции ГРП не требовали вложения больших средств. Внедрение глубокопроникающего и массированного ГРП, требующего большого расхода жидкостей разрыва и проппанта, привело к необходимости создания более совершенных двух- и трехмерных моделей трещинообразования, позволяющих более достоверно прогнозировать результаты обработки. В настоящее время в промысловой практике распространение получили псевдотрехмерные модели, представляющие собой совокупность двух известных двумерных моделей, описывающих рост трещины и течение жидкости в ней в двух взаимно перпендикулярных направлениях.
Важнейшим фактором успешности процедуры ГРП является качество жидкости разрыва и проппанта. Главное назначение жидкости разрыва - передача с поверхности на забой скважины энергии, необходимой для раскрытия трещины, и транспортировка проппанта вдоль всей трещины.
Технологические жидкости гидроразрыва должны обладать достаточной динамической вязкостью для создания трещин высокой проводимости за счет их большого раскрытия и эффективного заполнения проппантом. Также они должны иметь низкие фильтрационные утечки для получения трещин необходимых размеров при минимальных затратах жидкости. Также они должны обеспечивать минимальное снижение проницаемости зоны пласта, контактирующей с жидкостью разрыва; обеспечивать низкие потери давления на трение в трубах; иметь достаточную для обрабатываемого пласта термостабильность и высокую сдвиговую стабильность, т.е. устойчивость структуры жидкости при сдвиге; легко выноситься из пласта и трещины гидроразрыва после обработки; быть технологичными в приготовлении и хранении в промысловых условиях; иметь низкую коррозионную активность; быть экологически чистыми и безопасными в применении; иметь относительно низкую стоимость.
1.5 Оценка технологической эффективности ГРП
В соответствии с принятой в настоящее время классификацией современных методов увеличения нефтеотдачи пластов гидроразрыв относится к группе физических методов.
Технологическая эффективность применения методов увеличения нефтеотдачи характеризуется:
- дополнительной добычей нефти за счет повышения нефтеотдачи пласта;
- текущей дополнительной добычей нефти за счет интенсификации отбора жидкости из пласта;
- сокращением объема попутно добываемой воды. Дополнительно добытая нефть за установленный период времени определяется арифметической разностью между фактической скважин с ГРП и расчетной добычей без проведения ГРП (базовая добыча);
При подсчете добычи нефти за истекший период основная задача заключается только в правильном определении базовой добычи нефти. Одним из методов является повариантный расчет технологических показателей разработки, базирующийся на физически содержательных математических моделях. В этом случае достаточно надежная адаптация расчетных показателей к фактическим возможна при наличии исходных физических параметров и длительной истории эксплуатации. При надежной адаптации метод позволяет определять изменения добычи по группам скважин, залежам и особо привлекателен возможностью количественной оценки взаимовлияния (интерференции) скважин. Точность результатов зависит как от надежности и полноты исходной информации, так и возможностей математической модели.
Что касается расчетных методов оценки, то, исходя из конкретной ситуации, необходимо отметить следующее. Скважины с ГРП рассредоточены практически по всей территории крупного месторождения. Создание расчетной модели объектов даже по отдельным площадям сопряжено с огромным объемом работ и задействованием мощной вычислительной техники. К тому же, к настоящему времени по скважинам имеется очень скудная геолого-физическая и геолого-промысловая информация, часть которой подвержена изменениям в процессе эксплуатации скважин, во времени. В итоге, в значительной мере затрудняется адаптация расчетной модели и получения надежных прогнозных технологических показателей разработки.
1.6 Хранение и транспортировка нефти
Сначала нефть поднимается на поверхность земли в трубу, которая идет от каждой скважины. Примерно 10-15 близлежащих скважин подключены этими трубами к одному замерному устройству, где измеряется, сколько нефти добыто. Потом нефть поступает на подготовку по стандартам ГОСТ: из нее удаляются соли, вода, механические примеси (мелкие частицы породы), если необходимо, то и сероводород, а также нефть разгазируется полностью, до атмосферного давления, по причине нахождения в нефти возможного большого количества газа. Товарная нефть поступает на нефтеперерабатывающий завод. Но завод может быть далеко, и тогда в дело вступает компания "Транснефть" - магистральные трубопроводы для готовой нефти (в отличие от промысловых трубопроводов для сырой нефти с водой). По трубопроводу нефть качается такими же точно ЭЦН-насосами, только положенными набок. Отделенная от нефти вода закачивается обратно в пласт, газ сжигается на факеле или идет на газоперерабатывающий завод. А нефть либо продается (за границу трубопроводами или танкерами), либо идет на нефтеперерабатывающий завод, где перегоняется путем нагревания: легкие фракции (бензин, керосин, лигроин) идут на топливо, тяжелые парафинистые - на сырье для пластиков и т.п., а самые тяжелые мазутные с температурой кипения выше 300 градусов обычно служат топливом для котельных.
Транспортировка нефти и газа на нефтеперерабатывающие химические заводы и на электростанции очень удобна. По железным и автомобильным дорогам нефть перевозят в цистернах, а по морям и океанам - в нефтеналивных судах - танкерах. Но во многих случаях нефть и газ можно подавать на любые расстояния по трубам. Нефтепроводы и газопроводы - магистрали из стальных труб, уложенных неглубоко в земле протянулись на десятки тысяч километров.
А вот хранить нефть и газ сложнее, чем любое другое полезное ископаемое. Для хранения нефти и получаемых из нее нефтепродуктов, например бензина, нужно строить специальные металлические резервуары. Они похожи на гигантские консервные банки. Стенки нефтехранилищ окрашивают серебристой алюминиевой краской, хорошо отражающей солнечные лучи, чтобы нефть и нефтепродукты не нагревались. Для хранения газа необходимы герметичные, газонепроницаемые резервуары. Чтобы газ при хранений (и при перевозке через моря и океаны) занимал как можно меньше места, его сжижают, охлаждая до температуры - 160° С и ниже. Сжиженный газ хранят в резервуарах из прочных алюминиевых сплавов и специальной стали. Стенки делают двойные, а между стенками закладывают какой-нибудь материал, плохо проводящий тепло, чтобы газ не нагревался. Но самые крупные хранилища газа удобнее и дешевле сооружать под землей. Стенками подземных газохранилищ служат непроницаемые пласты горных пород. Чтобы эти породы не вываливались и не обрушивались, их бетонируют. Существует несколько способов хранения сжиженных газов под землей. В одних случаях хранилище представляет собой полость, горную выработку, расположенную довольно глубоко. В других случаях - яму, котлован, закрытый герметичной металлической крышкой, или, лучше сказать, крышей.
Сланцевая нефть и газ
Что такое сланцевый газ? Это природный газ, добываемый из самых распространенных в мире осадочных, глинистых, газоносных сланцевых пород, в которых минералы расположены параллельными слоями. Сланцевый газ, так же как и традиционный природный газ, состоит преимущественно из метана с примесями сероводорода, углекислого газа, азота, водорода и гелия. В отличие от природного газа, который залегает в резервуарах, характеризующихся хорошей проницаемостью, сланцевый газ заполняет огромное количество небольших пор в твердых породах, не образуя при этом больших скоплений в них. Именно поэтому добывать его в промышленных масштабах стало возможным только в XXI веке после появления новых, более сложных и дорогих технологий, таких как горизонтальное бурение в сочетании с гидроразрывом пласта, а также продвинутое 3D-сейсмическое моделирование.
Запасы газа
В марте 2011 года статистическое агентство при Министерстве энергетики США Energy Information Administration (EIA) оценило запасы сланцевого газа в 32 странах мира. Отчет, подготовленный EIA, исключил из рассмотрения запасы сланцевого газа в России, где много традиционного газа, и богатые углеводородами страны Ближнего Востока. Помимо этого, исследование не учитывало запасы угольного метана. Общемировые извлекаемые запасы газа в мире - традиционного и нетрадиционного газа - составили, по расчетам EIA, 640 трлн. куб. м, из которых 40% (256 трлн. куб. м) приходится на сланцевый газ. Специалисты EIA отмечают, что цифра 640 трлн. куб. м консервативна. При подсчете запасов принимались во внимание только перспективные с точки зрения добычи сланцевого газа формации высокого качества. Разведочное бурение позволит в будущем уточнить запасы, учитывая такие параметры, как приток газа из скважин и площадь, на которой удастся производить добычу.
Значительное количество сланцевых месторождений находится в тех регионах, где наблюдается недостаток традиционных источников, - в частности, Китае, Южной Африке и Европе.
США и другие
Запасы сланцевого газа в США достигают 24,4 трлн. куб. м, что составляет примерно 34% от всех запасов природного газа в Соединенных Штатах (72 трлн. куб. м). Горючие сланцы имеются в 42 (из 50) штатах, залегают на глубине около 2 км.
Запасы сланцевого газа в Китае составляют 36,7 трлн. куб. м, что в 12 раз превышает запасы газа традиционного. В конце марта 2011 года КНР закончила бурение первой скважины для добычи сланцевого газа. Реализация проекта заняла 11 месяцев. Результатов пока нет.
Запасы сланцевого газа в Европе, согласно отчету EIA, составляют 18,1 трлн. куб. м. Большими запасами сланцевого газа обладают Польша (5,3 трлн. куб. м), Франция (5,1 трлн. куб. м), Норвегия (2,4 трлн. куб. м), Швеция (1,2 трлн. куб. м). Однако европейское законодательство имеет свои особенности, не позволяющие осуществлять добычу сланцевого газа так же, как в США. В США обладатель земли владеет недрами и получает доходы от содержащихся в недрах ресурсов, а в большинстве европейских стран недрами владеет государство, и отчисления нужно платить ему. В Европе нет надежного и детального геологического обзора территорий добычи, что затрудняет оценку нетрадиционных газовых ресурсов. Европейское экологическое законодательство фактически не допускает вредные для окружающей среды разработку и добычу этих ресурсов. Из-за экологической опасности Франция заблокировала добычу сланцевого газа и запретила с 1 июля 2011 года гидроразрывы, отозвав при этом ранее выданные разрешения у таких компаний, как Total, Vermillon Energy, Toreador Resources и Schuepbach Energy.
Добыча
В настоящее время добыча сланцевого газа и нефти ведется только в США и Канаде. Наиболее изучены бассейны сланцевого газа в США. Самый крупный и развитый регион добычи сланцевого газа - Barnett Shale на севере Техаса. Вторым крупнейшим источником сланцевого газа являются залежи Marcellus Shale. По прогнозам EIA, добыча сланцевого газа в США будет расти до 2035 года со среднегодовым приростом в 5,3%, при этом суммарная добыча всего природного газа - лишь на 0,5% в год. В 2035 году добыча сланцевого газа составит 46% (340 млрд. куб. м) от всей добычи природного газа в США. Себестоимость добычи сланцевого газа может значительно различаться в зависимости от типов сланцевых залежей: от 90 до 250 долларов за 1 тыс. м3. В настоящее время цена на природный газ в США, согласно EIA, составляет 148 долл. за 1 тыс. м3. В прогнозе EIA утверждается, что цены на газ в США будут держаться ниже 176 долл. за 1 тыс. куб. м до 2022 года.