Táto technológia, ktorá sa používa na zintenzívnenie prác a zvýšenie produktivity ropných vrtov už viac ako pol storočia, je azda najbúrlivejšou diskusiou medzi environmentalistami, vedcami, bežnými občanmi a často aj samotnými pracovníkmi v ťažobnom priemysle. Medzitým zmes, ktorá sa čerpá do vrtu počas hydraulického štiepenia, obsahuje 99 % vody a piesku a iba 1 % chemických činidiel.

Čo bráni ťažbe ropy

Hlavným dôvodom nízkej produktivity vrtov, spolu so zlou prirodzenou priepustnosťou formácie a nekvalitnou perforáciou, je zníženie priepustnosti zóny tvorby dna. Tak sa nazýva oblasť zdrže okolo vrtu, ktorá je vystavená najintenzívnejšiemu vplyvu rôznych procesov, ktoré sprevádzajú výstavbu vrtu a jeho následnú prevádzku a narúšajú počiatočný rovnovážny mechanický a fyzikálno-chemický stav nádrže. Samotné vŕtanie prináša zmeny v rozložení vnútorných napätí v okolitej hornine. K poklesu produktivity vrtu počas vŕtania dochádza aj v dôsledku prenikania vrtnej kvapaliny alebo jej filtrátu do zóny tvorby vrtu.

Príčinou nízkej výdatnosti vrtov môže byť aj nekvalitná perforácia v dôsledku používania dierovačov s malým výkonom, najmä pri hĺbkových vrtoch, kde energiu výbuchu náloží pohlcuje energia vysokých hydrostatických tlakov.

Pri prevádzke vrtu dochádza aj k poklesu priepustnosti zóny tvorby dna, čo je sprevádzané porušením termobarickej rovnováhy v systéme ložiska a uvoľňovaním voľného plynu, parafínu a asfaltovo-živicových látok z ropy, ktoré upchávajú pórový priestor nádrže. Intenzívna kontaminácia zóny tvorby dna je tiež zaznamenaná v dôsledku prenikania pracovných tekutín do nej počas rôznych operácií vŕtania studní. opravárenské práce. Zdvihnúť injekčné jamky zhoršuje sa v dôsledku upchatia pórového priestoru formácie produktmi korózie, bahnom, ropnými produktmi obsiahnutými vo vstrekovanej vode. V dôsledku takýchto procesov sa zvyšujú filtračné odpory kvapalín a plynov, klesajú prietokové rýchlosti vrtu a existuje potreba umelej stimulácie zóny tvorby dna, aby sa zvýšila produktivita vrtu a zlepšilo sa ich hydrodynamické spojenie s formáciou.

technológiefrakovanie

Na zvýšenie výťažnosti ropy, zintenzívnenie prevádzky ropných a plynových vrtov a zvýšenie injektivity vstrekovacích vrtov sa používa metóda hydraulického štiepenia alebo frakovania. Technológia spočíva vo vytvorení vysoko vodivého zlomu v cieľovej formácii pôsobením tekutiny vstrekovanej do nej pod tlakom, aby sa zabezpečil tok vyrobenej tekutiny na dno vrtu. Po hydraulickom štiepení sa prietok v studni spravidla prudko zvyšuje - alebo sa čerpanie výrazne znižuje. Technológia hydraulického štiepenia umožňuje „oživiť“ nečinné vrty, kde ťažba ropy alebo plynu tradičnými metódami už nie je možná alebo nerentabilná.

Hydraulické štiepenie (HF) je jedným z najviac účinnými prostriedkami zvýšenie produktivity vrtu, pretože to vedie nielen k zintenzívneniu rozvoja zásob nachádzajúcich sa v zóne odvodnenia vrtu, ale za určitých podmienok vám tiež umožňuje výrazne rozšíriť túto zónu pridaním slabo odvodnených zón a medzivrstiev do rozvoja - a preto dosiahnuť vyššiu konečnú výťažnosť ropy.

Príbehmetóda hydraulického štiepenia

Prvé pokusy o zintenzívnenie ťažby ropy z ropných vrtov sa uskutočnili už v 90. rokoch 19. storočia. V Spojených štátoch, kde sa v tom čase rýchlo rozvíjala produkcia ropy, bola úspešne otestovaná metóda stimulácie produkcie z tesných hornín pomocou nitroglycerínu. Myšlienkou bolo použiť výbuch nitroglycerínu na rozbitie hustých hornín v zóne dna vrtu a zvýšenie toku ropy do dna vrtu. Metóda bola nejaký čas úspešne používaná, napriek jej zjavnému nebezpečenstvu.

Prvé komerčne úspešné hydraulické štiepenie sa uskutočnilo v roku 1949 v Spojených štátoch, potom sa ich počet začal dramaticky zvyšovať. Do polovice 50. rokov 20. storočia počet uskutočnených hydraulických štiepení dosiahol 3 000 ročne. V roku 1988 celkový počet vykonaných hydraulických štiepení presiahol 1 milión operácií, a to len v USA.

V domácej praxi sa metóda hydraulického štiepenia používa od roku 1952. Vrchol aplikácie metódy bol dosiahnutý v roku 1959, po ktorom sa počet operácií znížil a potom táto prax úplne prestala. Od začiatku 70. do konca 80. rokov sa hydraulické štiepenie pri domácej ťažbe ropy v priemyselnom meradle nevykonávalo. V súvislosti s uvedením veľkých ropných polí na západnej Sibíri do prevádzky jednoducho zmizla potreba intenzifikácie ťažby.

… A dnešný deň

Oživenie praxe hydraulického štiepenia v Rusku začalo až koncom 80. rokov 20. storočia. V súčasnosti sú na popredných miestach z hľadiska počtu hydraulického štiepenia Spojené štáty americké a Kanada. Nasleduje Rusko, kde sa využíva najmä technológia hydraulického štiepenia ropné polia Západná Sibír. Rusko je prakticky jedinou krajinou (okrem Argentíny) mimo USA a Kanady, kde je hydraulické štiepenie bežnou praxou a je vnímané celkom adekvátne. V iných krajinách je aplikácia technológie hydraulického štiepenia obtiažna z dôvodu miestnej zaujatosti a nepochopenia technológie. Niektoré z nich majú výrazné obmedzenia na používanie technológie hydraulického štiepenia až po priamy zákaz jej používania.

Viacerí odborníci tvrdia, že používanie technológie hydraulického štiepenia pri výrobe ropy je iracionálny, barbarský prístup k ekosystému. Metódu zároveň široko využívajú takmer všetky veľké ropné spoločnosti.

Aplikácia technológie hydraulického štiepenia je pomerne rozsiahla – od nízkopriepustných zásobníkov až po vysokopermeabilné zásobníky plynu, plynového kondenzátu a ropné vrty. Okrem toho je pomocou hydraulického štiepenia možné riešiť špecifické problémy, napríklad eliminovať piesok vo vrtoch, získať informácie o rezervoárových vlastnostiach testovacích objektov v prieskumných vrtoch atď.

V posledných rokoch je vývoj technológií hydraulického štiepenia v Rusku zameraný na zvýšenie objemu vstrekovania propantu, výrobu dusíkového štiepenia, ako aj viacstupňového hydraulického štiepenia v nádrži.

Vybavenie prehydraulické štiepenie

Zariadenia potrebné na hydraulické štiepenie vyrába množstvo podnikov, zahraničných aj domácich. Jednou z nich je spoločnosť TRUST-ENGINEERING, ktorá predstavuje široký sortiment zariadení pre hydraulické štiepenie v štandardnom prevedení, ako aj vo forme úpravy vykonanej na želanie zákazníka. .

Ako konkurenčná výhoda produktov LLC "TRUST-ENGINEERING" je potrebné poznamenať vysoký podiel lokalizácie výroby; aplikácia najmodernejších konštrukčných a výrobných technológií; použitie komponentov a komponentov od svetových lídrov v tomto odvetví. Je dôležité si všimnúť vysokú kultúru dizajnu, výroby, záruky, pozáručnej a popredajné služby. Zariadenia na hydraulické štiepenie vyrábané spoločnosťou TRUST-ENGINEERING LLC sa dajú ľahšie kúpiť vďaka prítomnosti zastúpení v Moskve ( Ruská federácia), Taškente (Republika Uzbekistan), Atyrau (Republika Kazachstan), ako aj v Pančeve (Srbsko).

Samozrejme, metóda hydraulického štiepenia, ako každá iná technológia používaná v ťažobnom priemysle, nie je bez určitých nevýhod. Jednou z nevýhod frakovania je, že pozitívny efekt prevádzky môžu byť negované nepredvídanými situáciami, ktorých riziko je pri takomto rozsiahlom zásahu dosť vysoké (napríklad je možné nepredvídané porušenie tesnosti blízkej vodnej nádrže ). Zároveň. Hydraulické štiepenie je dnes jednou z najefektívnejších metód stimulácie studní a otvára nielen nízkopriepustné nádrže, ale aj nádrže strednej a vysokej priepustnosti. Najväčší efekt z hydraulického štiepenia možno dosiahnuť zavedením integrovaného prístupu k návrhu hydraulického štiepenia ako prvku vývojového systému, berúc do úvahy rôzne faktory, ako je vodivosť nádrže, systém rozmiestnenia vrtov, energetický potenciál nádrže, zlom. mechanika, charakteristiky lomovej kvapaliny a propantu, technologické a ekonomické obmedzenia.

AT nedávne časy v ropnom priemysle sa čoraz viac využíva hydraulické štiepenie (HF). Hydraulické štiepenie je jednou z najefektívnejších metód ovplyvňovania spodnej zóny vrtov. Úplne prvé skúsenosti s hydraulickým štiepením v regióne Kogalym sa uskutočnili v roku 1989 na poli Povkhovskoye. Odvtedy prešlo veľa času, zaviedli sa rôzne technológie hydraulické štiepenie a tento proces sa stal neoddeliteľnou súčasťou fungovania všetkých oblastí podniku. Ak bolo predtým hlavnou úlohou hydraulického štiepenia obnoviť prirodzenú produktivitu nádrže, ktorá bola degradovaná v procese vŕtania a prevádzky vrtov, teraz je prioritou zvýšiť ťažbu ropy z nádrží na poliach, ktoré sú v neskorom štádiu vývoja. v dôsledku zapojenia sa do rozvoja slabo odvodnených zón a intervalov v objektoch s vysokým stupňom rozvoja zásob a zapojenia do rozvoja nízkopriepustných, vysoko členitých objektov. Dva najdôležitejšie pokroky v ťažbe ropy za posledných 15 rokov sú hydraulické štiepenie a horizontálne vŕtanie vrtov. Táto kombinácia má veľmi vysoký potenciál. Horizontálne vrty možno vŕtať buď kolmo alebo pozdĺž azimutu zlomu. Prakticky žiadna technológia ropný a plynárenský priemysel neprináša takú vysokú ekonomickú návratnosť. Zamestnanci poľa Tevlinsko-Russkinskoye sa o tom presvedčili testovaním metódy intervalového štiepenia pri studni 1744G. Yury Miklin, vedúci inžinier oddelenia EOR, nám povedal o úspešnej skúsenosti.

V ére vysokých cien energie sa výrobné spoločnosti snažia vyťažiť maximum zo svojich aktív ťažbou takého množstva uhľovodíkov, koľko je ekonomicky opodstatnené, - hovorí Yury, - na tento účel sa často využívajú predĺžené intervaly rezervoárov pri rozvoji prostredníctvom horizontálnych vrtov. Výsledky tradičného hydraulického štiepenia v takýchto vrtoch môžu byť neuspokojivé z hľadiska ekonomického a technologických dôvodov. Metóda intervalu alebo, ako sa hovorí, viacintervalová hydraulické štiepenie je schopná zabezpečiť efektívnejšiu produkciu ropných zásob zväčšením kontaktnej plochy lomu s tvorbou a vytvorením vysoko vodivých dráh pre pohyb ropy. Zhoršené vlastnosti nádrží nútia ropné spoločnosti hľadať stále viac nákladovo efektívnejšie spôsoby budovania studne na ďalšiu stimuláciu nádrží, ktoré sú predmetom záujmu, pomocou najnovších pokrokov vo vede a technike. Spoločnosti si to uvedomujú a snažia sa skrátiť čas, a teda aj náklady na dodatočné vypínacie operácie a prácu vrtných tímov pomocou špeciálneho vybavenia, ktoré sa stáva neoddeliteľnou súčasťou studne.

Jedným z východísk je doplniť studňu o vodorovnú vložku s cirkulačnými ventilmi na zostave, ktoré slúžia na čerpanie zmesi tekutiny s propanitom. Táto zostava obsahuje napučiavacie pakry určené na zaistenie a stabilizáciu vložky v otvorenom otvore.

Proces hydraulické štiepenie formácií spočíva vo vytváraní umelých a rozširovaní existujúcich trhlín v horninách zóny dna pod vplyvom zvýšených tlakov tekutiny vstrekovanej do vrtu. Celý tento systém puklín spája vrt s produktívnymi časťami formácie vzdialenými od dolného otvoru. Aby sa zabránilo zatváraniu trhlín, zavádza sa do nich hrubozrnný piesok, ktorý sa pridáva do kvapaliny vstrekovanej do studne. Dĺžka trhlín môže dosiahnuť niekoľko desiatok metrov.

Tu je potrebné vziať do úvahy, že vzdialenosť medzi miestami inštalácie cirkulačných ventilov, a teda miestami iniciácie zlomenín v horizontálnom vrte, ovplyvní produktivitu každej sekcie, - poznamenáva Yury, - to znamená, že je potrebné na výber optimálnej vzdialenosti medzi zlomami na základe geometrie navrhnutých zlomov. Musíme sa čo najviac chrániť pred prekročením puklín v nádrži, ktoré môžu spôsobiť komplikácie pri hydraulickom štiepení. V ideálnom prípade je možný maximálny prietok so vzdialenosťou medzi zlomami rovnajúcou sa polomeru drenáže. Táto podmienka nie je realizovateľná, vzhľadom na konštrukciu vrtu 1744G, takže umiestnenie zlomov bolo potrebné zvoliť s maximálnou možnou vzdialenosťou od seba.

Berúc do úvahy šikmú podstielku, horizontálne studne najlepšia cesta zväčšiť oblasť kontaktu s produktívnou formáciou. Holding hydraulické štiepenie podľa technológie "Zone Select" je nasledovné: po prvé, hydraulické štiepenie najvzdialenejší interval cez usporiadanie, v ktorom je cirkulačný ventil už otvorený. Potom sa z povrchu vypustí guľa spolu s výtlačnou kvapalinou z povrchu do hadičky (hadičky), ktorá po dosiahnutí dna studne najskôr otvorí druhý cirkulačný ventil na ošetrenie ďalšej sekcie a potom sedí v špeciálne sedadlo, odrezanie ošetrovaného intervalu. Pri dvoch intervaloch liečby sa používa jedna loptička. Úmerne s nárastom počtu intervalov spracovania sa zvyšuje aj počet loptičiek. Okrem toho by každá ďalšia guľa mala mať väčší priemer ako predchádzajúca. Gule sú vyrobené z hliníka, a to je dôležité. Po stimulácii požadovaného počtu intervalov a načerpaní vypočítaného množstva zmesi kvapaliny a piesku opustí flotila hydraulického štiepenia studňu. Na vrt je inštalovaná flotila stočených hadíc (coiled hading), ktoré preplachujú, frézujú gule a rozvíjajú studňu s určením prítokového profilu a produkčných možností studne. Vývoj sa uskutočňuje s dusíkom - to je najsľubnejší smer na zníženie tlaku na dno studne. TPE "Kogalymneftegaz" použil túto technológiu na ošetrenie dvoch intervalov studne 1744G na poli Tevlinsko-Russkinskoye. V porovnaní so susednými horizontálnymi a smerovými vrtmi po hydraulickom štiepení štandardnou technológiou dosahoval tento vrt vyšší technologický výkon. Počiatočná rýchlosť toku ropy pri vrte 1744G bola asi 140 ton za deň.

Nakoniec by som rád poznamenal, že ide o aplikáciu vo veľkom meradle hydraulické štiepenie umožňuje zastaviť pokles ťažby ropy na poliach TPE „Kogalymneftegaz“ a zvyšuje produkciu zásob zo stredne a málo produktívnych nádrží. Výhodami vykonávania intervalového hydraulického štiepenia v horizontálnych vrtoch pomocou technológie „Zone Select“ je nielen zväčšenie efektívnej plochy kontaktu medzi nádržou a studňou vypúšťajúcou nádrž, ale aj prekonanie poškodenia zóny dna nádrže. vrt po vŕtaní, ako aj uvedenie do rozvoja slabo odvodnených oblastí s nízkou pórovitosťou a priepustnosťou. To naznačuje, že horizontálne vrty využívajúce intervalové hydraulické štiepenie sú efektívnejšie a nákladovo efektívnejšie.

Riaditeľ VŠCHT SR RAS Sergej Grigorievič Černyj.

Prečo je hydraulické štiepenie (HF) potrebné, prečo je potrebné ho simulovať, čo je pokročilý model a koho to zaujíma - na tieto a ďalšie otázky odpovedá riaditeľ Ústavu výpočtových technológií sibírskej pobočky Ruskej federácie. Akadémie vied, doktor fyzikálnych a matematických vied Sergey Grigoryevich Cherny.

1. Prečo je potrebné hydraulické štiepenie

Hydraulické štiepenie bolo vynájdené na rozvoj ložísk nerastných surovín a výstavbu podzemných stavieb v zložitých geologických a fyzikálnych podmienkach - keď sú potrebné metódy riadeného ničenia a vykladania horninových masívov, vytváranie drenážnych systémov v nich, izolačné clony atď. . Hydraulické štiepenie zaujíma osobitné miesto medzi metódami zintenzívnenia prevádzky vrtov na ťažbu ropy a plynu a zvyšovania injektivity vstrekovacích vrtov. V rokoch 2015-2017 sa v Rusku vykonalo 14-15 tisíc operácií hydraulického štiepenia ročne a asi 50 tisíc v USA.

Metóda hydraulického štiepenia spočíva vo vytvorení vysoko vodivého zlomu v nedotknutom horninovom masíve, aby sa zabezpečil tok plynu, ropy, ich zmesi, kondenzátu atď., ku dnu vrtu kyseliny. Vstrekovací tlak je vyšší ako lomový tlak, takže vzniká lom. Na fixáciu v otvorenom stave sa používa buď propant, ktorý zlomí lom, alebo kyselina, ktorá koroduje steny vzniknutého lomu. Názov propant pochádza z anglickej skratky „propping agent“ – propant. V tejto kapacite sa používa napríklad kremenný piesok alebo špeciálne keramické guľôčky, ktoré sú pevnejšie a väčšie, a tým aj priepustnejšie.

2. Prečo je potrebné modelovanie lámania

Vytvorenie technológie hydraulického štiepenia si vyžaduje modelovanie jej procesu. To umožňuje predpovedať geometriu lomu a optimalizovať celú technológiu hydraulického štiepenia. Najmä je veľmi dôležité zabezpečiť správny tvar zlomu v počiatočnom úseku jeho šírenia v okolí studne. Je potrebné, aby nemal ostré ohyby, ktoré môžu viesť k upchávaniu kanála na odčerpávanie vyrobeného oleja alebo plynu. Vynára sa prirodzená otázka: kde získať geofyzikálne údaje o nádrži potrebné pre model, ako je priepustnosť, pórovitosť, stlačiteľnosť, stav napätia a iné?

Táto otázka vznikla dávno pred vývojom technológie hydraulického štiepenia a veda ponúkala mnoho metód na určenie rôznych parametrov úloh. Zahŕňa to analýzu jadier (vzorky hornín získaných počas vŕtania) a viaceré tlakové a deformačné senzory inštalované v rôznych častiach vrtu a metódy seizmického prieskumu, pri ktorých sú hranice rôznych materiálov v hornine určené časom prechodu. elastických vĺn indukovaných z povrchu a ich parametrov a dokonca aj merania prirodzenej rádioaktivity, ktoré môžu ukázať napríklad umiestnenie ílových medzivrstiev.

Geofyzici majú osvedčené technológie na určenie hlavných napätí v nedotknutom skalnom masíve, vrátane tých, ktoré sú založené na terénnych vrtoch a geofyzikálnych meraniach. Využíva sa aj technológia minifraktury, pri ktorej sa podľa parametrov získaných v procese vytvárania malej zlomeniny kalibrujú modely, ktoré predpovedajú správanie sa väčšej zlomeniny. Samozrejme, žiadny z prístupov nemôže poskytnúť úplný obraz, preto sa metódy získavania informácií o nádrži neustále zdokonaľujú, a to aj v našom ústave. Napríklad sme ukázali, že parametre lomu horniny obklopujúcej vrt možno určiť riešením inverzných problémov na základe modelov filtrácie bahna a nameraných tlakových závislostí vrtu. Tiež určujeme štruktúru a parametre oblasti blízko vrtu na základe výsledkov ťažby vrtov, pričom inverzný problém riešime na základe Maxwellových rovníc.

3. Ako dlho sa modelovanie hydraulického štiepenia vykonáva?

Relatívne dávno, od 50. rokov 20. storočia, takmer okamžite po tom, ako sa hydraulické štiepenie začalo používať ako metóda na zvýšenie produktivity vrtu. Potom, v roku 1955, bol navrhnutý jeden z prvých modelov hydraulického štiepenia – model Khristianovich-Zheltov, ktorý ďalej vyvinuli Girtsm a de Klerk a známy po celom svete ako model Khristianovich-Girtsma-de Klerk (KGD). O niečo neskôr vznikli ďalšie dva známe, hojne používané a v súčasnosti používané modely: Perkins-Kern-Nordgren (PKN) a model rovinno-radiálnej trhliny. Tieto tri modely reprezentujú tri základné geometrické koncepty v súbore rovinných jednorozmerných modelov:

• priamočiare šírenie trhlín z lineárneho zdroja nekonečnej výšky;
• priamočiare šírenie trhlín z lineárneho zdroja konečnej výšky;
• radiálne symetrické šírenie trhlín z bodového zdroja.

Tri základné koncepty a ich modifikácie adekvátne opisujú hydraulické štiepenie pre typické orientácie vrtov v tradičných ropných a plynových poliach, ktoré zahŕňajú vertikálne alebo odchýlené vŕtanie a jeden hydraulický zlom na vrt. Tieto modely nestratili na aktuálnosti a vďaka svojej rýchlosti sa používajú v moderných simulátoroch hydraulického štiepenia, a to ako na získanie primárnych informácií o zlomenine, tak aj na optimalizáciu parametrov hydraulického štiepenia.

V súčasnosti však v dôsledku vyčerpania tradičných, ľahko vyťažiteľných zásob, nadobúda vo svete čoraz väčší význam rozvoj nekonvenčných polí, ktoré sa vyznačujú zložitejšou štruktúrou zásob ropy a plynu. Charakteristickými znakmi takýchto nádrží je nízka (tesný piesok) a ultranízka (bridlicový plyn a ropa) alebo naopak extrémne vysoká (pieskovec s ťažkým olejom) priepustnosť nádrží, prítomnosť rozsiahleho systému puklín, ktoré môžu obsahovať jednu alebo viac rodín. orientovaný v rôznymi smermi a vzájomne sa krížiť. Veľmi často sa rozvoj takýchto nekonvenčných odborov stáva ekonomicky nerentabilným bez takej stimulácie výroby, akou je hydraulické štiepenie. Zároveň tradičné modely hydraulického štiepenia tieto procesy dostatočne nepopisujú a sú potrebné nové, prepracovanejšie (moderné, pokročilé, vylepšené) modely.

4. Dokáže ICT SB RAS vyriešiť problém modelovania hydraulického štiepenia pre nekonvenčné polia

Hydraulické štiepenie je komplexná technológia a vývoj modelu celého procesu nie je v silách jedného ústavu, preto sa skupiny vedcov po celom svete sústreďujú na rôzne časti tejto technológie. VVD má rozsiahle skúsenosti s modelovaním počiatočného štádia šírenia hydraulického zlomu: od jeho vzniku až po dosiahnutie veľkosti niekoľkých metrov. V tomto štádiu, na rozdiel od rozvinutej trhliny, ktorej veľkosť dosahuje stovky metrov, je zakrivenie silne badateľné a silne ovplyvňuje, čo treba brať do úvahy.

Preto vyvíjame smer zlepšovania modelov z hľadiska zohľadnenia trojrozmernosti procesu šírenia v nich. Pre reálny popis šírenia čela trhliny v ľubovoľnom trojrozmernom prípade je potrebné použiť trojrozmerné kritérium na nájdenie prírastku čela trhliny a voľbu smeru jeho šírenia, berúc do úvahy zmiešané zaťaženie vo všetkých tri stresové režimy. Medzi existujúce diela, venovaný trojrozmerným modelom šírenia, je odchýlka čela trhliny určená iba druhým režimom. Používajú dvojrozmerné ploché kritériá. Skonštruovali a overili sme nový plne trojrozmerný numerický model šírenia lomu z dutiny pod tlakom vstrekovanej kvapaliny komplexnej reológie s trojrozmerným kritériom šírenia. Umožnil opísať vývoj trhliny od okamihu jej vzniku po výstup do hlavného smeru, berúc do úvahy jej zakrivenie.

Ešte jeden charakteristický znak Tento model je súčasným zohľadnením samotného vrtu a premenlivého zaťaženia spôsobeného prúdením tekutiny v pukline šíriacom sa z vrtu. Pri práci s 3D modelovaním šírenia zlomenín sa jamka zvyčajne nenachádza v modeli. V najlepšom prípade sa uvažuje o premenlivom zaťažení zlomeniny, spôsobenej vstreknutím newtonskej tekutiny do nej z bodového zdroja.

Treba si tiež uvedomiť, že technologický vývoj nekonvenčných nádrží je sprevádzaný návrhom nových kvapalín na hydraulické štiepenie a rôznych prísad do nich (vlákna, vločky a pod.), ktoré výrazne menia reologické správanie týchto kvapalín. Napríklad rastúci záujem o tesné a ultratesné nekonvenčné nádrže s vysokým obsahom ílu viedol k vývoju špeciálnych kompozícií s vysokým podielom plynu a nízkym podielom vody. Tieto tekutiny nezhoršujú filtračné vlastnosti horniny a nespôsobujú jej fyzickú deštrukciu pri ich vstrekovaní.

V našej monografii, vydanej v roku 2016, sme zhrnuli modely zlomenín vyvinuté VŠCHT SB RAS. Zhromažďuje výsledky publikované vo vysoko hodnotených časopisoch zaradených do citačných databáz WoS a Scopus, ako sú Engineering Fracture Mechanics, International Journal of Fracture a iné.

5. Prečo potrebujete upravený model

Ako sa bude rozvinutá trhlina nachádzať, je viac-menej známe. Existuje termín preferovaná lomová rovina - rovina preferovaného šírenia trhliny. Ak sú známe napätia (sily) stláčajúce horninu a ich smery (tiež je problém ich určiť, venujú sa tomu geofyzici), tak túto rovinu nie je ťažké určiť. Moderné modely a simulátory sa zameriavajú na konfiguráciu lomu v tejto rovine. Keď puklina práve vychádza zo studne, polohu a smer ovplyvňujú nielen napätia v hornine, ale aj studňa, plášťová šnúra a perforácie (diery v hornine), ich tvar a veľkosť. A smer trhliny na začiatku procesu sa nie vždy zhoduje s rovinou, v ktorej bude rozvinutá trhlina ležať. Nevyhnutne dochádza ku zakriveniu trhliny, pri ktorej dochádza k stlačeniu trhliny. Takéto zovretie môže viesť nielen k prilepeniu propantu, ale aj k silnému poklesu tlaku v studni. Teraz v simulátoroch sa tento pokles tlaku zohľadňuje pomocou empirického koeficientu - kožného faktora a nie veľmi úspešne. Náš model nám umožňuje presnejšie predpovedať a opísať tento efekt.

6. Môže byť upravený model hydraulického štiepenia aplikovaný priamo na polia

IKT sa spočiatku nezameriavali na implementáciu známych modelov a vývoj technológií, ale sústredili sa na vytváranie ich vedeckých základov. Takéto základy však majú aj prím praktické využitie. Napríklad na začiatku procesu hydraulického štiepenia je potrebný väčší tlak na iniciáciu zlomeniny ako na jej udržanie. A nie vždy je ľahké určiť tento tlak, ale jeho množstvo a typ potrebné vybavenie. Približné analytické odhady sú prezentované vo svetovej literatúre, boli pokusy o výpočet, ale nenašlo sa konečné riešenie problému. Vyvinuli sme model iniciácie lomu, ktorý predpovedá lomový tlak, typ vytvoreného lomu a jeho orientáciu na základe konfigurácie a napätí v hornine.

Tento model nie je možné priamo aplikovať v teréne. Výpočet a nastavenie trvá nejaký čas. Okrem toho je potrebná presná znalosť smerov napätia, ich hodnôt a smerov perforácie. Zvyčajne tieto informácie nie sú k dispozícii, pretože presnosť meraní nie je vždy dostatočná, kvôli vysokým nákladom sa nemerajú všetky napätia v hornine, smery perforácií sa nedajú presne určiť, pretože sú od miesta vzdialené niekoľko kilometrov kde je šnúra puzdra pripevnená k perforáciám.

Model však dokáže povedať, ktoré orientácie vrtov sú najnebezpečnejšie z hľadiska neúspešného hydraulického štiepenia, z hľadiska vzniku pozdĺžneho lomu (čo je pri viacstupňovom hydraulickom štiepení nežiaduce), tlakových intervalov potrebných na spustiť hydraulické štiepenie. Takúto štúdiu na objednávku Schlumbergera sme robili napríklad pre pole v Ománe, ktoré sa nachádza v hĺbke viac ako štyri kilometre a je značne stlačené nielen vo vertikále, ale aj v horizontálny smer, kvôli čomu na ňom bola menej ako polovica úspešných pokusov o hydraulické štiepenie.

7. Aká je budúcnosť hydraulického štiepenia v kontexte „novej ropy“

Súčasný stav tradičných zásob ropy a plynu možno charakterizovať slovom „vyčerpanie“. Všetky veľká kvantita vyrobené z nekonvenčných, ťažko obnoviteľných nádrží. Príkladom sú nosiče takzvanej „bridlicovej ropy“ alebo, ak mám použiť správny výraz, „olej z tesných nádrží“ v USA a Kanade, alebo formácia Bazhenov v Rusku. Tá druhá, hoci má obrovské rezervy, je oveľa náročnejšia na rozvoj. Hornina má mnoho vlastností nielen v porovnaní s tradičnými zberateľmi, ale aj s „bridličkami“ populárnymi na americkom kontinente. Po prvé, ide o slabé stovky a desiatky krát priepustnosť a pórovitosť. To znamená, že obsahuje menej ropy a horšie sa presúva do studne. Ropa z takýchto hornín sa nedá vyrobiť bez použitia hydraulického štiepenia.

Po druhé, horniny tohto typu sa vyznačujú silným vrstvením a plasticitou, či skôr tekutosťou, vysokým pórovým tlakom, čo komplikuje hydraulické štiepenie aj jeho modelovanie. Z hľadiska posledného je potrebné dodatočne zohľadniť anizotropiu napätí, materiálové, plastické efekty pri popise šírenia lomu a nelinearitu deformácií pri usadzovaní lomu na propante. Dovolím si poznamenať, že okrem samotného hydraulického štiepenia si vývoj tohto útvaru vyžaduje riešenie mnohých vedeckých a technologických problémov, na ktorých pracujú vedci zo Skolkova a Moskovskej štátnej univerzity, v Petrohrade a Novosibirsku.

Rusko očakáva zvýšený tlak na sankcie. Spojené kráľovstvo a USA aktívne hľadajú nové dôvody pre diskrimináciu Ruské podnikanie. Výsledky najnovšej vlny sankčnej politiky, ktorá sa začala v roku 2014, však zďaleka nie sú jednoznačné. Dokonca aj nezávislé štúdie ukazujú, že ruský palivovo-energetický komplex obmedzeniami príliš neutrpel, navyše podnietili rozvoj priemyslu v Rusku. Prípadné posilnenie protiruských sankcií sa podľa odborníkov z priemyslu tiež nestane kritickým pre ruský palivový a energetický komplex, ale iba vtedy, ak vláda a energetické spoločnosti včas zmobilizujú sily na vytvorenie domáceho strojárskeho priemyslu, ktorý vyrába zariadenia na ťažbu. ťažko obnoviteľných zásob ropy (TRIZ).

Rusko sa musí naučiť extrahovať TRIZ

Energetické centrum Obchodnej školy SKOLKOVO deň predtým prezentovalo výsledky svojej štúdie „ Perspektívy ruskej ťažby ropy: život pod sankciami“, ktorá analyzovala vplyv sankcií uvalených v USA a EÚ na ruský ropný sektor, najmä na spúšťanie nových tradičných polí v Rusku, rozvoj projektov na mori a ťažbu ropy Bazhenov. Autori štúdie vypracovali aj scenárovú prognózu ruskej produkcie ropy do roku 2030.

Dokument konštatuje, že v horizonte do roku 2020 má Rusko napriek všetkým obmedzeniam potenciál ďalej zvyšovať objemy produkcie na úkor už pripravených polí. Tento krátkodobý rast však môže byť obmedzený dohodami s OPEC. V strednodobom horizonte do roku 2025 ani v prípade prísnych obmedzení prístupu k technológiám a nízkej ceny ropy neutrpia objemy produkcie katastrofálne. V čom hlavný dôvod pokles produkcie počas tohto obdobia nemusí byť ani tak nedostatočný prístup západné technológie na realizáciu nových projektov, koľko chýba technologické možnosti zintenzívniť výrobu na existujúcich poliach.

Táto štúdia ukázala, že hydraulické štiepenie je najdôležitejšou technológiou na udržanie ruskej produkcie ropy, keďže dokáže udržať produkciu na existujúcich poliach.

Použitie MSHF (viacstupňové hydraulické štiepenie) sľubuje zvýšenie produkcie v perspektívnych nekonvenčných oblastiach.

Autori štúdie zdôrazňujú, že v súčasných podmienkach by sa technologickou prioritou mal stať vývoj vlastných technológií hydraulického štiepenia a viacstupňového hydraulického štiepenia, výroba vozového parku hydraulického štiepenia a viacstupňového hydraulického štiepenia v rámci krajiny a vzdelávanie personálu. priemyselných spoločností a regulátorov. Práce v tomto smere však zatiaľ prebiehajú zjavne nedostatočným tempom. Ako vo svojej správe uviedla odborníčka Energetického centra Obchodnej školy SKOLKOVO Ekaterina Grushevenko, v období od roku 2015 do augusta 2017 sa nevyrobila ani jedna flotila hydraulického štiepenia. Rotačne riadené systémy boli podľa webovej stránky Vedeckého a technického centra Gazprom Neft PJSC koncom roka 2016 v štádiu testovania. Expert zdôraznil, že už teraz sú dve tretiny zásob ropy v ťažko dostupných zásobách.

Do roku 2020 sa neočakáva zníženie výroby

Riaditeľ Energetického centra Obchodnej školy SKOLKOVO Tatiana Mitrová vo svojom prejave pri prezentácii tejto štúdie poznamenala, že prvé sankcie voči Rusku a rus energetické spoločnosti boli zavedené v roku 2014, ale neboli publikované žiadne špecializované štúdie o ich vplyve na ropný priemysel.

„Nevedeli sme, aký výsledok dosiahneme. Prvá hypotéza naznačovala, že následky budú veľmi vážne,“ povedala Mitrová. Výsledky však ukázali trochu iný obraz o vplyve sankcií.

„V súčasnosti neexistujú žiadne vážne dôsledky sankcií prevádzkové činnosti spoločnosti nie sú cítiť. V posledných rokoch sa produkcia skutočne zvýšila, a to aj napriek nízkym cenám a sankciám. Ropný priemysel zaznamenal úspech. Ale pozitívne Súčasná situácia by nemalo byť zavádzajúce, už samotná analýza komplexu sankcií naznačuje ich veľmi široký výklad, a to je hlavná hrozba sankčného tlaku,“ uviedol odborník.

Do roku 2020 sa podľa nej podľa výsledkov simulácie nepočíta so znížením výroby, keďže hlavné projekty sú už financované.

„Od roku 2020 budú negatívne trendy čoraz zreteľnejšie a môžu viesť k zníženiu produkcie ropy v Rusku o 5 % do roku 2025 a o 10 % do roku 2030 v porovnaní so súčasnou úrovňou produkcie. Pokles výroby v takomto rozsahu, samozrejme, nie je pre ruskú ekonomiku katastrofálny, no napriek tomu je dosť citlivý,“ povedala Mitrová.

Zdôraznila, že sankcie sú dlhou históriou a na to, aby sa im ruský ropný priemysel prispôsobil, je potrebné ďalšie úsilie zo strany štátu a firiem na vývoj vlastných technológií a výrobu potrebného vybavenia.

„Existuje obrovská časť produkcie ropy, ktorá priamo závisí od technológie hydraulického štiepenia. Práve dostupnosť tohto zariadenia má najväčší vplyv na objem produkcie ropy v krajine. Ale vývoj a implementácia výroby tejto technológie je skôr úlohou ruská vláda a priemyslu,“ vysvetlil riaditeľ Energetického centra.

Vyžaduje sa nový priemysel

Vedúci smeru „Plyn a Arktída“ obchodnej školy SKOLKOVO Roman Samsonov vo svojom prejave poznamenal, že podľa jeho osobných postrehov možno v Rusku iba na pozadí sankcií pozorovať pokrok vo vývoji a výrobe vlastných high-tech zariadení.

„Situácia s výrobou high-tech zariadení je zložitá, ale dá sa naučiť, ako ju riadiť. V skutočnosti hovoríme o vytvorení celého multifunkčného podsektora ropného a plynárenského inžinierstva,“ povedal Samsonov.

Podľa účastníkov štúdie „Perspektívy ruskej ťažby ropy: život pod sankciami“ bola taká rozsiahla úloha vytvorenia nového subsektora ťažkého strojárstva v sovietskych časoch vyriešená len vďaka vládnym nariadeniam. V podmienkach moderny trhové hospodárstvo, v ktorej sa Ruská federácia v súčasnosti rozvíja, zatiaľ nie sú rozpracované mechanizmy na realizáciu tejto úlohy.

To je však len v Rusku. Pri pohľade na skúsenosti západné krajiny, ktorý úspešne prekonal všetky ťažkosti pri výrobe TRIZ, je zrejmé, že takáto metóda sa už dlho našla. Najzreteľnejšie je to vidieť na príklade amerického bridlicového priemyslu, ktorý aktívne požičiaval aj počas tohto obdobia nízke cenyčo jej pomohlo prežiť. Je zrejmé, že takýto tolerantný postoj bánk k tomuto sektoru ťažby ropy by sa nezaobišiel bez účasti štátu. Vďační bridlicoví hráči teraz pomáhajú americkým orgánom obmedzovať OPEC a iných producentov ropy, čím aktívne ovplyvňujú globálny trh s ropou a plynom.

Jekaterina Deinego